DINAMICA DEL VEICOLO
Per eseguire delle analisi agli elementi finiti è necessario definire le forze che agiscono sulla struttura. Le maggiori sollecitazioni subite dal telaio si verificano nelle fasi di accelerazione, frenata e in curva. In queste condizioni vi è un trasferimento di carico tra gli assi del veicolo, oppure tra ruote dello stesso asse, con un conseguente scambio di forze tra veicolo e suolo che può generare torsioni e flessioni nella struttura. La fase di frenata è stata studiata con semplici formule che hanno permesso di ricavare le forze da inserire nel software di calcolo fem. Le altre fasi, cioè la di accelerazione e quella di curvatura sono state studiate in Matlab. Questo ha permesso di ricavare dei grafici sull’andamento del valore delle forze che ci interessano e di assumere quindi il valore più elevato per le analisi che successivamente sono state svolte.
DATI VEICOLO:
massa compresa di conducente: 270 Kg
passo: 1680 mm
distanza fra baricentro e asse anteriore: 840 mm
distanza fra baricentro e asse posteriore: 840 mm
altezza baricentro: 216 mm
FRENATA:
Calcolo del trasferimento di carico subito dal veicolo durante la fase di frenata sapendo che la massima decelerazione ottenuta con pneumatici slick è pari a 1,2 g corrispondenti a 11,8 m/s2.
Questa è la forza aggiuntiva che si esercita verticalmente su ciascuna ruota anteriore.
ACCELERAZIONE:
L’accelerazione massima del veicolo che causa il trasferimento di carico tra asse anteriore e posteriore viene calcolata in base alla coppia del motore e alle caratteristiche dell’auto. Un apposito codice è stato implementato in Matlab con lo scopo di ricavare la storia temporale delle forze che ci interessano e ricavare il valore massimo.
Come si vede il veicolo subisce un’accelerazione massima pari a poco più di 5 m/s2 che è nettamente inferiore rispetto a quella in fase di frenata. Il trasferimento di carico risulterà quindi inferiore.
Il grafico sopra rappresenta la forza verticale che gli pneumatici scambiano col suolo ed è relativo alla singola ruota. Come si vede all’aumentare dell’accelerazione longitudinale il carico, che inizialmente risulta essere pressoché equivalente sulle quattro ruote, aumenta progressivamente su quelle posteriori e diminuisce equivalentemente su quelle anteriori. La differenza massima di questa forza tra le due ruote è pari a circa 180 N.
CURVATURA:
Il maggiore trasferimento di carico sulle ruote dello steso asse si verifica quando il veicolo è impegnato in una prova definita skid-pad che fa parte di ciascuna manifestazione organizzata da FSAE.
L’obiettivo di questo test è quello di misurare le qualità dell’auto in curva, e viene svolto su una superficie piana, mantenendo una curva di raggio costante.
Lo Skid-Pad è composto
da due coppie di circonferenze concentriche i cui
centri distano
E’ stato implementato un codice in Matlab in cui è stata fatta percorrere al veicolo una traiettoria di raggio prossimo ai 17 metri e si sono calcolati i valori di accelerazione laterale e conseguentemente del trasferimento di carico.
Traiettoria percorsa dal veicolo
accelerazione laterale
trasferimento di carico
Come si vede dal
grafico il trasferimento di carico risulta uguale per
le ruote anteriori e posteriori e questo è dovuto al fatto che i due assi hanno
la stessa distanza dal baricentro ed hanno la stessa rigidezza dovuta ad uno
stesso schema di sospensioni. Questo sta a significare
che percorrendo una curva di questo tipo la ruote interne alla curva si
scaricano di 400 N mentre quelle esterne alla curva si caricano dello stesso
valore.
Queste analisi sono servite a ricavare il corretto valore delle forze per eseguire le analisi
sulla struttura nelle condizioni più severe di utilizzo.