Contact Patch in Formula 1 Tyres: Analysis of Experimental Measurements and Pressure Distribution Modelling

Lo pneumatico è un componente fondamentale di qualsiasi veicolo su strada, in quanto rappresenta l’unico punto di contatto tra il veicolo e il terreno. Di conseguenza, un modello di pneumatico accurato è essenziale per comprendere il comportamento del veicolo, in particolare nel motorsport, dove prestazioni e precisione sono cruciali. Un aspetto chiave di qualsiasi modello di pneumatico è la rappresentazione accurata del contact patch, poiché esso influisce direttamente su grip, manovrabilità e dinamica complessiva del veicolo. Questa tesi si propone di analizzare come il contact patch venga influenzato da diversi parametri, tra cui carico verticale, pressione di gonfiaggio, velocità, camber e carico laterale. Attraverso l’analisi di diverse tipologie di test sperimentali, lo studio esamina come questi fattori incidano sulle dimensioni e sulla forma del contact patch, nonché sulla distribuzione di pressione al suo interno. Sono inoltre proposti due metodi alternativi per rappresentare la distribuzione di pressione lungo la larghezza del contact patch. L’approccio attuale adotta una rappresentazione discreta, mentre le alternative includono un modello discreto raffinato e una formulazione continua. Queste soluzioni mirano a migliorare l’accuratezza e l’usabilità del modello di distribuzione di pressione, fornendo uno strumento più completo per l’analisi delle prestazioni dello pneumatico. Viene anche presentata un’analisi della distribuzione di pressione lungo la lunghezza del contact patch, accompagnata da una nuova formulazione sviluppata per risultare più coerente con i risultati sperimentali. I risultati finali evidenziano una maggiore fedeltà nella rappresentazione delle distribuzioni di pressione, offrendo potenziali benefici sia nella previsione delle prestazioni dello pneumatico sia nella precisione delle simulazioni veicolo.

The tyre is a critical component of any road vehicle, as it represents the sole point of contact between the vehicle and the road. Consequently, an accurate tyre model is es- sential for understanding vehicle behavior, particularly in motorsport applications where performance and precision are paramount. A key aspect of any tyre model is the accurate representation of the contact patch, as it directly influences grip, handling, and overall vehicle dynamics. This thesis aims to investigate how the contact patch is influenced by various input parameters, including vertical load, inflation pressure, speed, camber, and lateral load. Through the analysis of different types of experimental tests, the study examines how these factors affect the dimensions and shape of the contact patch, as well as the pressure distribution within it. Additionally, this work proposes two alternative methods for representing the pressure distribution along the contact patch width. The current approach utilizes a discrete rep- resentation, whereas the proposed alternatives include both a refined discrete model and a continuous formulation. These alternatives aim to improve the accuracy and usability of the pressure distribution model, providing a more comprehensive tool for tyre perfor- mance analysis. It is also presented an analysis of the pressure distribution along the contact patch length and a new formulation made to better fit the test reslts. The final results demonstrate enhanced fidelity in representing pressure distributions, offering potential benefits for tyre performance prediction and vehicle simulation accuracy.