Titolo della tesi:
Relatori:
S.
della Valle, D. de Falco
Candidato:
P. Marmo
1. Descrizione dell’attività di tesi.__________________________________________ 2
2. Motivazioni.________________________________________________________ 2
3. Soluzioni adottate.____________________________________________________ 3
4. Struttura della tesi.___________________________________________________ 4
L’attività sviluppata in questa tesi di laurea è stata di tipo sostanzialmente progettuale in quanto finalizzata alla 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 ampio programma di ricerca che ha come obiettivo la definizione e la messa a punto di dispositivi per il controllo della dinamica dei motoveicoli. In particolare tale programma prevede la messa a punto, in forma integrata, dei seguenti dispositivi:
q Controllo della trazione, di tipo semiattivo, in grado di operare in condizioni di emergenza come durante le manovre di accelerazione e nei cambiamenti improvvisi delle condizioni di aderenza dei pneumatici.
q Controllo semiattivo delle sospensioni.
Lo studio del comportamento dinamico del motoveicolo risulta in gran parte inesplorato nonostante i numerosi sforzi finora compiuti nell’ambito della comunità scientifica. In particolare riveste grande importanza il problema della stabilità del moto del sistema motoveicolo – guidatore che è fortemente influenzato dal comportamento del pilota e da quello dei pneumatici nel contatto con la superficie stradale.
Inoltre, molto più che negli autoveicoli, la dinamica laterale e quella longitudinale risultano fortemente accoppiate: ad esempio lo studio della stabilità della dinamica laterale risulta molto influenzato dalle caratteristiche di trazione, frenata, trasferimento di carico sulle ruote ecc.
Ciò’ rende necessario il ricorso a modelli di simulazione ed ancor più’ ad attività sperimentali condotte in laboratorio su banchi dedicati al rilievo di caratteristiche specifiche del comportamento dinamico.
L’indagine bibliografica effettuata ha portato alla conclusione che i banchi utilizzati per prove dinamiche sui motocicli sono sostanzialmente del tipo a rulli, ovvero le ruote vengono appoggiate su rulli di acciaio che, a seconda del tipo di prova da effettuare, in alcuni casi vengono solo frenati dall’esterno (ovvero il moto è trasmesso dal motoveicolo al rullo a cui è appoggiata la ruota motrice), in altri vengono invece mossi dall’esterno.
Il contatto così realizzato tra ruote e rulli riproduce solo marginalmente il tipo di contatto che effettivamente si realizza tra ruote e strada, non solo per il diverso coefficiente di aderenza in dipendenza della natura delle superfici a contatto ma, soprattutto, per la geometria che assumono le superfici di contatto in dipendenza del fatto che il rullo è cilindrico: infatti per quanto grande possa essere il raggio, la distribuzione di pressione sull’area di contatto è alterata con conseguenze rilevanti sull’effettivo coefficiente di aderenza che si instaura.
Ne è conferma il fatto che la problematica derivante dalla forma delle superfici che vengono a contatto viene sempre superata, mediante accorgimenti tecnici a volte anche molto complicati, nell’ambito dei test riguardanti il comportamento dei soli pneumatici, proprio perché esso ne è fortemente influenzato.
La caratteristica saliente richiesta quindi al banco in questione è stata quella di realizzare una superficie di contatto scorrevole per le ruote piana per simulare al meglio in laboratorio il tipo contatto pneumatico-strada.
Altra caratteristica richiesta è stata quella della possibilità di vincolare il motoveicolo in modo tale che, rispetto agli obiettivi delle prove da effettuare, fossero presenti soltanto alcuni gradi di libertà. Infatti è evidente che, riproducendo con un banco soltanto il moto relativo tra motoveicolo e strada dando il moto al piano di appoggio, non agiscono sul primo le forze d’inerzia che sono invece effettivamente presenti quando esso procede su strada; pertanto i vincoli devono essere in grado di reagire con componenti di forza opportune.
La problematica progettuale relativa alla realizzazione di una superficie di contatto piana è stata superata (vd. schema in copertina) interponendo tra le ruote e le relative piastre di acciaio di supporto un “tappeto” di Kevlar scorrevole (per effetto della forza di trazione esercitata dalla ruota posteriore del motoveicolo) tra 2 rulli di estremità di momenti d’inerzia opportuni, ad uno dei quali è applicato anche un freno.
Questa soluzione ha dovuto essere successivamente rielaborata nel sistema di scorrimento del tappeto sulla piastra di appoggio a causa della grande quantità di calore che si produce per attrito per l’alta velocità del moto relativo e l’elevato carico di chiusura esercitato da ogni ruota sulla relativa piastra di appoggio.
Ciò’ è stato ottenuto interponendo un secondo sistema rulli-tappeto che avesse, nella zona di contatto delle ruote, velocità relativa nulla rispetto al primo in modo tale che, al tappeto a diretto contatto con le ruote si “assegnasse” solo il compito di trasmissione delle forze di trazione mentre all’altro, insieme alle piastre ed al lubrificante tra essi iniettato, il solo compito di sostegno del carico verticale.
Nella fase di progettazione ogni singolo elemento è stato disegnato in 3D al calcolatore, utilizzando il programma AUTOCAD, e successivamente sono stati realizzati i disegni di vista in 2D per l’officina.
La costruzione del banco sta avvenendo all’interno dei laboratori del DIME in una zona posizionata su un basamento antisismico che garantisce un buon isolamento attivo e passivo delle vibrazioni.
La tesi è articolata sostanzialmente in due parti: nella prima, comprendente i primi tre capitoli, sono riportati i concetti fondamentali riguardanti la dinamica del veicolo e del motoveicolo; nella seconda, comprendente il quarto ed il quinto capitolo, sono riportate le fasi progettuali e realizzative del banco. In particolare:
· Nel cap. 1 sono riportati i concetti fondamentali di dinamica del veicolo con particolare rilievo dato al comportamento dei pneumatici.
· Nei capp. 2 e 3 si introducono definizioni e concetti relativi alla cinematica e dinamica del motociclo.
· Nel cap. 4 vengono descritte le caratteristiche del banco, con ampio risalto agli aspetti progettuali trattati nell’attività di questa tesi, mediante i disegni dei diversi elementi meccanici che lo costituiscono ed i relativi calcoli di verifica strutturale.
· Nel cap. 5 vengono riportati i risultati del lavoro svolto, e vengono evidenziati i punti che devono essere ancora approfonditi.