Titolo della tesi:
Relatori:
S. della Valle, D. de Falco
Candidato:
G. L. Lutricusi
Sommario
1. Obiettivo della tesi........................................................................................................................................... 1
2. Motivazioni tecniche e scientifiche............................................................................................................... 1
3. Problematiche alla base della progettazione e
realizzazione del banco.................................................... 1
4. Struttura della
tesi............................................................................................................................................ 3
L’obiettivo di
questa tesi era la progettazione e la realizzazione di un banco sperimentale
per lo studio del comportamento dinamico dei motoveicoli in scala reale.
La tesi si inquadra
come una delle attività previste in un programma di ricerca che ha come obiettivo
finale la definizione e messa a punto di dispositivi di controllo che
intervengano durante l'evoluzione del sistema dinamico motociclo-pilota, sia in
situazioni di emergenza che allo scopo di ottimizzarne il comportamento
rispetto alle caratteristiche di sicurezza ed efficienza oltreché di comfort e
affidabilità.
Nello studio del
comportamento dinamico del motociclo riveste particolare importanza il problema
della stabilità del moto del sistema dinamico motociclo – guidatore, che è
fortemente influenzato dal comportamento di quest’ultimo e da quello dei
pneumatici nel contatto con la superficie stradale.
Risultano fondamentali sia lo studio delle problematiche legate alla dinamica longitudinale del motociclo, quali la trazione, la frenata, il trasferimento di carico sulle ruote etc., che quelle legate alla dinamica trasversale, quali stabilità dell’equilibrio, tenuta di strada, ed inoltre i fenomeni di accoppiamento tra le due dinamiche, dipendenti sostanzialmente dal comportamento dei pneumatici.
In pratica, le prove che si condurranno sul motociclo al
banco, saranno prove a cinematica
imposta cioe' ad angoli di deriva e scorrimenti longitudinali imposti.
L'idea di base, infatti, è di provare l'intero veicolo da fermo, con le ruote
in rotazione, su un banco prova, come si fa normalmente con i singoli
pneumatici.
Il requisito
fondamentale richiesto per la progettazione del banco è stato quello di
realizzare il contatto del pneumatico con una superficie d’appoggio piana,
affinché la corrispondente distribuzione di pressione sull’area di contatto
fosse la più simile possibile a quella che si verifica nella marcia su strada.
In letteratura,
banchi con la suddetta caratteristica sono stati trovati soltanto in
applicazioni automobilistiche. In campo motociclistico, invece, i banchi fino
ad ora realizzati hanno scopi completamente diversi, ovvero quello di
caratterizzare il comportamento del motore, in termini di emissioni inquinanti,
prestazioni, ecc.
Per far fronte al
requisito fondamentale anzidetto, l’architettura del banco è stata realizzata
nel modo seguente (Fig. 1):
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Fig. 1: Banco prova motocicli |
i pneumatici sono a
contatto con un nastro (Fig. 1-1) in materiale composito scorrevole tra due rulli di
estremità (Fig. 1-2), trascinato dalla ruota motrice del motociclo; ad
uno dei rulli è collegato un freno idraulico (Fig. 1-4). Il sostegno verticale del motociclo è ottenuto
mediante piastre (Fig. 1-6) sottoposte al nastro. Per ridurre l’attrito e la
conseguente produzione di calore, dovuta al moto relativo tra la superficie
interna del nastro e le piastre, sarebbe necessaria la lubrificazione tra la
suddetta superficie e la piastra; in tal modo però, lo si renderebbe slittante
sui rulli di estremità (Fig. 2) essendo il nastro sottoposto a trazione dal freno.
Pertanto tra il
nastro ed ognuna delle piastre è stato inserito un ulteriore nastro, avvolgente
su rulli (Fig. 1-3) senza carico.
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Fig. 2: Diagramma di trazione sul nastro esterno |
Poiché a causa delle
forze trasversali agenti sulle ruote, il nastro esterno tende a deragliare, è
stato realizzato un dispositivo che realizza l'autocentraggio del nastro
esterno sui rulli; mediante l’interposizione di 2 slitte sotto i relativi
supporti di uno dei rulli esterni, il cui moto è contrastato da molle, varia
l'angolo tra gli assi dei rulli in modo da riportarlo in posizione centrata.
Infine è stato realizzato il vincolo (Fig. 1-5) con cui il motociclo ha i seguenti gradi di liberta':
§ avanzamento lungo l’asse longitudinale x (contrastato dalla reazione elastica della cella di carico)
§ rimbalzo lungo l’asse verticale z
§ beccheggio intorno all’asse trasversale y
§ imbardata intorno all’asse verticale z
Nella fase di
progettazione ogni singolo elemento è stato disegnato in 3D al calcolatore,
mediante un CAD parametrico.
Il banco e' stato
assemblato nei laboratori del DIME su un basamento antisismico che garantisce
l’isolamento delle vibrazioni.
La strumentazione
adottata è costituita dalle seguenti apparecchiature:
1.
n. 2 schede di
acquisizione con fs=20kHz ad 8 canali
2.
n. 3 accelerometri
disposti solidalmente al telaio principale su 3 assi ortogonali
3.
n. 1 cella di
carico disposta in direzione longitudinale alla quota del baricentro, per la
misura della forza complessivamente scaricata a terra
4.
n. 3 giroscopi per
la misura delle oscillazioni angolari di beccheggio, imbardata e rollio
5.
n. 1 trasduttore di
posizione angolare per la posizione dello sterzo
6.
n. 2 trasduttori di
posizione per la misura dell’ escursione delle sospensioni
7.
n. 1 tacholaser per
la misura della velocità del nastro e dei rulli.
La tesi e' articolata sostanzialmente in due parti: nella prima sono riportati i concetti di dinamica del motociclo, nella seconda, sono riportate le fasi progettuali e realizzative del banco, nonche' le considerazioni sugli sviluppi futuri.
§ Nel Cap.1 sono riportati gli obiettivi generali (fasi dell'intero progetto di ricerca sulla dinamica del motociclo)
§ Il Cap.2 introduce i concetti fondamentali della dinamica del motociclo allo stato dell'arte.
§ Il Cap. 3 e' la parte principale del lavoro svolto, in quanto esso e’ riportato l'intero progetto del banco con le soluzioni ai problemi sopra accennati.
§ Nel Cap. 4 e' illustrato il vincolo e la strumentazione utilizzata per le rilevazioni da effettuare.
§ Il Cap. 5 illustra la progettazione di un carroponte, con una capacita' di carico di 1000kg, dedicato alla costruzione del banco e per il futuro utilizzo dello stesso (ex. sollevamento e posizionamento moto).