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Corso di Sistemi di Trazione A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA 2014-2015 Lezione 3: Resistenze al moto dei veicoli, richiami dei principi.

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1 Corso di Sistemi di Trazione A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA Lezione 3: Resistenze al moto dei veicoli, richiami dei principi della dinamica applicati ai veicoli

2 Obiettivi Definire quali forze influenzano il moto dei veicoli Comprendere i principi fisici che governano queste forze Analizzare l’espressione analitica che le caratterizza Fornire un modello dinamico di veicolo da poter usare nei modelli

3 In quali condizioni si possono calcolare le massime prestazioni Cos’è un veicolo e come si schematizza La resistenze al moto e in particolare: –Al rotolamento degli pneumatici –Aerodinamica –Superamento della pendenza –Inerzia Come si calcola la massa ‘‘corretta’’ Argomenti

4 Cosa influenza il moto dei veicoli? Le caratteristiche del veicolo stesso Le capacità ed il comportamento del guidatore Le caratteristiche della strada Le condizioni atmosferiche L’interazione con gli altri veicoli

5 1 a Fase: Determinare le massime prestazioni di un’auto Considerando assenti altri veicoli; definendo la strada: –piatta, rettilinea e indefinitamente lunga; fissando le condizioni atmosferiche; scegliendo un guidatore che ha come unico obiettivo di andare sempre alla massima velocità il comportamento del veicolo dipende esclusivamente dalle sue caratteristiche.

6 Un utile ricordo I principi della dinamica: 1Un corpo mantiene il suo stato di quiete o moto rettilineo e uniforme finché non intervenga una forza esterna a turbarlo 3Un sistema di forze agenti su un corpo è sempre equilibrato 2Quando un corpo è soggetto ad un sistema non equilibrato di forze il sistema viene equilibrato dalla forza di inerzia (derivata dalla quantità di moto) Determinazione delle reazioni vincolari in un semplice sistema isostatico F esterna R 1vert R 1or R 2vert

7 Che cos’è un veicolo per il corso Le caratteristiche costruttive del veicolo e del suo sistema di trazione Le resistenze che incontra e le forze che influiscono sul suo moto

8 Le resistenze e le forze che influiscono sul moto del veicolo La resistenza al rotolamento dei pneumatici La resistenza aerodinamica La forza necessaria al superamento della pendenza La forza d’inerzia

9 La resistenza al rotolamento Perché un pneumatico rotolando oppone resistenza? Isteresi elastica In accesso i vettori velocità e posizione sono concordi In recesso i vettori velocità e posizione sono discordi

10 L’influenza dell’isteresi elastica sulla distribuzione delle pressioni Ruota ferma Ruota in Movimento Confronto di pressioni e risultanti

11 R r =Resistenza al rotolamento (N) v =velocità (m/s) m=massa del veicolo (kg) g =accelerazione gravitazionale (m/s 2 )  =pendenza (gradi)  =densità dell'aria (kg/m 3 ) f 0 =coefficiente di resistenza dei pneumatici (adimensionale) K =coeff. res. pneumatici in dipendenza del quadrato della velocità (s 2 /m 2 ) S=superficie aerodinamica frontale(m 2 ) C z =coefficiente di portanza aerodinamica(adimensionale) Formula della resistenza al rotolamento

12 Forze aerodinamiche agenti su un veicolo Assi vento Ox’’y’’z’’ –F x’’ = resistenza –F y’’ = devianza –F z’’ = portanza Assi corpo Oxyz –F = (X a, Y a, Z a ) –M = (L a, M a, N a ) z’’ y’’ x’’ x z y O

13 Forze aerodinamiche agenti su un veicolo nel caso bidimensionale Deriva nulla x z x’’ z’’ F R ZaZa P XaXa

14 Deportanza degli alettoni in auto da competizione

15 Resistenza aerodinamica Forza opposta al moto del corpo nel fluido, diretta secondo la velocità relativa V a. È somma di tre contributi: –Resistenza di attrito –Resistenza di forma –Resistenza indotta

16 Osservazioni La resistenza di attrito è la parte di resistenza imputabile alle azioni viscose che avvengono nello strato limite La resistenza indotta (dalla portanza) è la parte legata alla generazione della portanza La resistenza di forma non dipende né dalle azioni viscose né dalla portanza

17 Coefficiente C X È il coefficiente di resistenza aerodinamica Può essere espresso come: C X = C Xa + C Xf + C Xi

18 Ordine di grandezza di C Xa Veicolo di L = 4m, a livello del mare viaggiante a 30 m/s Re = C f = C Xa = (S = 1/10 superficie bagnata) C X = (maggior parte delle auto) C Xa = 1/10 C X

19 Vortici di scia Andamento qualitativo

20 Campo aerodinamico squareback fastback

21 Effetto sagoma del cofano Spostando indietro il punto C, il flusso scorre verso i lati

22 Distribuzione delle pressioni

23 Effetto inclinazione parabrezza e del lunotto sul C X

24 R a =Resistenza aerodinamica (N) C x =coefficiente di resistenza aerodinamica (adimensionale) Formula della resistenza aerodinamica

25 Il veicolo in salita: la forza necessaria per vincere la pendenza  mgcos  mg d Baricentro c b Reazione normale anteriore Reazione normale posteriore mgsen a

26 F p =Forza necessaria al superamento della pendenza (N) La forza necessaria al superamento della pendenza

27 a =accelerazione del veicolo (m/s 2 ) m c =‘massa corretta’ (kg) o ‘massa apparente’ data da: La forza d’inerzia

28 Da cosa deriva la massa corretta


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