Fra le tante sfaccettature della digitalizzazione una delle più importanti è senza dubbio la simulazione computerizzata, uno strumento estremamente versatile che permette di prevedere il comportamento di un numero enorme di “oggetti”. Questi tool sono infatti usati per studiare di tutto, dai fenomeni naturali quali la circolazione atmosferica o la formazione delle galassie al comportamento di un aereo, un veicolo o, per l’appunto, uno pneumatico. I vantaggi sono molti, dall’accorciamento dei tempi di sviluppo al minor consumo di materie prime, dato che il numero dei prototipi costruiti per i test si riduce grandemente. Un impulso a queste metodiche è arrivato anche dalla pandemia da coronavirus e dai conseguenti lockdown: con gli addetti ai collaudi e ai centri di Ricerca & Sviluppo quasi impossibilitati a muoversi e incontrarsi, la simulazione ha permesso di svolgere una gran mole di lavoro sui computer invece che in strada, permettendo di condurre prove parallele in siti anche distanti fra loro. Ovviamente questo metodo comprende anche i simulatori di guida, che permettono ad un collaudatore di valutare il comportamento delle coperture con sollecitazioni fisiche generate da un calcolatore.
Michelin ha sviluppato virtualmente una copertura da corsa
Un esempio del risparmio di tempo permesso dalla simulazione è stato lo sviluppo della monogomma Michelin per la nuova classe Le Mans Hypercar del campionato FIA World Endurance. Si tratta di vetture ibride piuttosto pesanti – peso minimo di 1030 kg – che possono essere a trazione posteriore o integrale ibrida. Pierre Alves, responsabile del programma WEC di Michelin, ha raccontato che lo sviluppo di queste coperture è stato impegnativo perché i tempi erano ristretti e, se anche si lavorava a contatto con i costruttori, era impossibile accedere alle auto reali. Tutto ciò che si poteva usare era un software di simulazione, una situazione resa ancor più complicata dal fatto che le auto di quella classe hanno la stessa velocità massima delle più leggere LPM1 ma un’unica configurazione aerodinamica per l’intera stagione. La maggior parte del lavoro di sviluppo è stato quindi effettuato nel dominio virtuale, con test in pista possibili solo per la fase di approvazione finale. Alla fine della simulazione, condotta internamente grazie alle efficaci e potenti “risorse” digitali del Gruppo, i prototipi “fisici” sono stati validati in sole 30 ore di test sul circuito di Le Castellet, nel sud della Francia. La Toyota GR010 Hybrid ibrida adotta pneumatici 31/71-18 anteriori e posteriori mentre le altre vetture a trazione posteriore usano coperture più piccole all’anteriore – le 29/71-18 – e le più grandi 34/71-18 per l’asse posteriore.
Software Siemens per test e simulazione dei pneumatici
Esistono anche soluzioni di terze parti per chi non vuole o non può produrre soluzioni interne: il dilemma make or buy può per esempio essere risolto con il software di simulazione dei pneumatici Simcenter Tyre proposto da Siemens. Simcenter è un “pacchetto” composto dal modello vero e proprio dello pneumatico Simcenter MF-Tyre/MF-Swift, dallo strumento di parametrizzazione del modello di pneumatico Simcenter MF-Tool (genera un file delle caratteristiche della copertura da testare) e dagli strumenti per i test su strada dei pneumatici. Quest’applicazione è disponibile in varie versioni per funzionare insieme ai principali software di simulazione dinamica del veicolo. Le applicazioni MF-Tyre ed MF-Swift si basano sulla Magic Formula, uno dei modelli semiempirici più usati nella simulazione dei pneumatici. MF-Swift estende le capacità di MF-Tyre alle frequenze più alte, fino a 100 Hz, per modellare il comportamento dinamico della “cintura” dei pneumatici e l’urto su ostacoli 3D allo scopo di studiare approfonditamente il comfort di marcia, la previsione del carico sul manto stradale (molto utile nella simulazione dei carrelli di atterraggio degli aerei) e l’analisi delle vibrazioni. Questi tool possono essere usati per simulare situazioni particolari quali il rilascio e il cambio di corsia in curva così come il comportamento di sistemi di controllo quali ABS, ESP e controllo della trazione. I modelli generati da MF-Tyre/MF-Swift “girano”, senza riduzioni delle variabili del modello, sulla maggior parte dei sistemi operativi Real-Time industriali, in modo da consentire analisi tempestive lungo l’intero processo. Questo software permette di usare vari ambienti di simulazione, comprese applicazioni per PC desktop e simulatori di guida, senza influire sui risultati. Questi modelli Siemens propone infine un rimorchio per le prove su strada, la cui sensoristica rileva forze e momenti ai quali è soggetto lo pneumatico nelle varie condizioni che si riscontrano nel mondo reale. Il trailer misura gli pneumatici con angoli di camber fino a 70 gradi, una possibilità che permette di testare anche le coperture per le motociclette, simulando le pieghe più accentuate.
Simulatore di guida per Continental
Lo specialista Ansible Motion ha fornito a Continental il Delta S3, uno dei suoi top di gamma per la categoria dei simulatori Driver-in-the-Loop (DiL). Lo scopo di questo macchinario, che permette ad un guidatore in carne e ossa di “guidare” un veicolo simulato, è consentire a tecnici e ingegneri Continental di testare comodamente e ripetutamente i pneumatici su una vasta gamma di terreni, luoghi, scenari e stagioni dell’anno, tutti virtuali. Continental afferma che entro il 2030 mira a diventare il produttore di pneumatici più all’avanguardia in termini di progettazione e buone pratiche sostenibili e rispettose dell’ambiente. Il simulatore Delta S3 potrebbe ridurre di circa 100.000 km all’anno i test Continental nel mondo reale, utilizzando 10.000 pneumatici in meno durante la fase di sviluppo. Questa attrezzatura permetterà di testare e validare rapidamente e in modo sostenibile diverse mescole e schemi costruttivi dei pneumatici, trovando le soluzioni migliori per aderenza, usura e scorrevolezza. Ma il Delta S3 può essere utilizzato per test soggettivi e oggettivi di guida e dinamica del veicolo completo, sia esso elettrico, ibrido o con motore a combustione interna. Boris Mergell, responsabile della ricerca e sviluppo nella business unit pneumatici di Continental, ha evidenziato che “sviluppare e testare pneumatici premium è un processo complesso e che richiede molto tempo. Utilizzando il nuovo simulatore di guida dinamico, renderemo questo processo di sviluppo ancora più efficiente in futuro”.
I vantaggi della simulazione secondo Pirelli
Anche Pirelli ha investito, ormai quasi 2 anni fa, in un nuovo simulatore inserito nel suo centro di Ricerca & Sviluppo di Milano. Si tratta di un VI-grade che prevede uno schermo cilindrico, che copre un arco di 210 gradi e ha un diametro di 7,5 m, il cui compito è riprodurre l’ambiente nel quale si “muove” il veicolo. Quest’ultimo è di tipo statico e prevede un abitacolo (o l’intera automobile) corredato da vari apparati che riproducono le sensazioni che un guidatore proverebbe in un veicolo reale: il sedile, il volante, le cinture di sicurezza sono attivi mentre diversi shaker (elementi che convertono segnali elettrici in vibrazioni meccaniche) e altri sistemi replicano i movimenti delle sospensioni e del motore. L’acquisto consentirà al produttore di pneumatici di ridurre i tempi di sviluppo dei suoi prodotti e il numero di prototipi fisici necessari. Pirelli ritiene che questo simulatore permetterà di ridurre del 30% il tempo medio di sviluppo dei nuovi pneumatici, sia per la strada sia per il motorsport, grazie alla capacità di valutare più rapidamente i prototipi virtuali. L’utilizzo di questo simulatore di guida, massimizzando lo sviluppo virtuale, riduce il numero di prototipi fisici e quindi l’impiego di materie prime, un concreto contributo alla sostenibilità che ispira Pirelli. Questo simulatore consente di inserire rapidamente nel sistema un modello computerizzato di qualsiasi vettura, fornito dal costruttore o prodotto internamente. Il lavoro di progettazione e sviluppo può svolgersi in parallelo anche sul simulatore di guida del produttore. Questo fa si che i tempi di sviluppo dei pneumatici rimangano al passo con quelli dell’auto alla quale sono destinati, cosa molto utile dal momento che l’immissione sul mercato di nuovi modelli avviene a ritmi sempre più veloci. Le attività di test sono coordinate da una control room, dalla quale è possibile inserire nel simulatore i parametri delle specifiche tecniche di pneumatico e veicolo e monitorare i risultati dei test simulati quali forze al contatto pneumatico-strada, gli indici di prestazione del pneumatico e le valutazioni soggettive del collaudatore.
Tre simulatori per Goodyear
Anche Goodyear si è affidata a VI-grade per i simulatori, acquistati in tre esemplari. Il costruttore americano ha selezionato un simulatore statico della serie Compact, consegnato alla sede Goodyear in Lussemburgo, e due simulatori dinamici DiM250 (Driver-in-Motion), uno per la sede di Akron, in Ohio, mentre l’altro andrà parimenti in Lussemburgo. Avere simulatori in 2 continenti può dare un vantaggio competitivo nella collaborazione con costruttori automobilistici perché si è più vicino alle loro sedi. Mentre la serie Compact è di tipo statico, i DiM250 sono apparati dinamici, che simulano il movimento del veicolo con spostamenti dell’abitacolo e non solo con sedile, cinture e volante attivi. L’abitacolo del pilota è infatti montato su attuatori idraulici la cui piattaforma può a sua volta traslare orizzontalmente spinta da tre grandi pistoni idraulici. Ricordiamo che per simulare un’accelerazione l’abitacolo si incline all’indietro mentre l’inclinazione in avanti corrisponde a una frenata. La traslazione in orizzontale, che avviene su un cuscino d’aria per la massima fluidità, permette di simulare le accelerazioni più protratte nel tempo, includendo così il tempo di reazione del guidatore. Questo layout porta a un sistema adatto sia alle basse sia alle alte frequenze che riesce quindi a simulare, rispettivamente, la dinamica del veicolo e il comfort. L’uso di questi simulatori permette di sviluppare, testare e validare modelli di pneumatici nelle prime fasi del ciclo di sviluppo, consentendo di identificare quelli più performanti prima di costruire i primi prototipi. Goodyear ha anche ordinato a VI-grade un programma di formazione, dedicato a collaudatori e ingegneri, che è stato erogato prima della consegna dei DiM250. Questo per accelerare il più possibile la curva di apprendimento, aumentando in definitiva il ritorno dell’investimento.
