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Corso di Sistemi di Trazione Lezione 19: Sterzatura cinematica e handling A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA 2014-2015.

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1 Corso di Sistemi di Trazione Lezione 19: Sterzatura cinematica e handling A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA

2 I problemi della guidabilità di un veicolo: –Sterzatura cinematica –Handling –Per veicoli a 2 e 4 ruote sterzanti Prove di omologazione per veicoli Prove di steering pad Il colpo di sterzo Argomenti

3 Inquadrare il problema della sterzatura dei veicoli: –per basse e alte velocità –per veicoli a 2 ruote sterzanti e a 4 ruote sterzanti –In funzione della deriva dei pneumatici, dell’angolo di assetto, del rollio Analizzare la guidabilità di un veicolo e la conseguente “richiesta di comportamento” al guidatore Obiettivi della lezione

4 I due “problemi” della guidabilità La capacità di manovra: –rispetto degli ingombri –procedure di omologazione L’inserimento in curva: –manegevolezza –stabilità –risposta Sterzatura cinematica Handling

5 Sterzatura di un veicolo a due ruote sterzanti (2WS) a bassa velocità (sterzatura cinematica)

6 Cosa succede a bassa velocità I pneumatici: –hanno angoli di deriva trascurabili –effettuano movimento coincidente con la direzione del loro piano medio Veicolo disposto con angolo di assetto β>0 tale che la sua parte anteriore è all’esterno della traiettoria descritta dal suo baricentro

7 Sterzatura di un veicolo 2WS ad alta velocità (sterzatura dinamica)

8 Cosa succede ad alta velocità Deriva non più trascurabile I pneumatici devono generare forze trasversali per bilanciare la forza centrifuga Angolo di assetto β<0 opposto rispetto al caso di bassa velocità (stesso raggio della curva lungo cui si muove il veicolo) Parte anteriore del veicolo interna rispetto alla traiettoria del baricentro

9 Veicolo a 4 ruote sterzanti (4WS) Nasce dalla necessità di superare i limiti imposti dalle 2 ruote sterzanti Non è possibile superarli con i metodi convenzionali di intervento su sospensioni e pneumatici Viene introdotto k=δ P /δ A δ P = angolo di sterzo posteriore δ A = angolo di sterzo anteriore

10 Sterzatura 4WS a bassa velocità (sterzata in controfase)

11 Cosa succede a bassa velocità (1/2) Possibilità di trascurare angoli di deriva Possibilità di ridurre il raggio minimo di sterzatura a parità di δ A Riduzione di δ A consente riduzione ingombri vano passaruote con conseguenti maggiori spazi per organi meccanici del vano motore e sospensioni anteriori

12 Cosa succede a bassa velocità (2/2) k crescente → aumento ingombro ruote posteriori Necessaria ottimizzazione k per ottenere riduzione raggio minimo di sterzatura senza incrementare eccessivamente i passaruota posteriori β=0 al limite → direzione moto veicolo coincide con direzione velocità baricentro ed è tangente alla traiettoria

13 Comportamento dinamico 4WS a alta velocità (sterzata in fase)

14 Cosa succede ad alta velocità Deriva non più trascurabile Riduzione angolo di assetto β come risultato della sterzatura in fase del retrotreno k>0 Si arriva al caso limite di β=0

15 Quali manovre rientrano nel campo di applicazione dei due problemi? Le manovre a bassa velocità rientrano nel campo della sterzatura cinematica Le manovre ad alta velocità nel campo di quella dinamica e quindi dell’Handling

16 La sterzatura cinematica Definizione della geometria dei meccanismi di sterzo Determinazione degli ingombri in manovra per veicoli articolati e non Omologazione dei veicoli

17 Veicolo a carrello Autoveicolo generico O O Sistemi di sterzo

18 Veicoli articolati e loro massime dimensioni

19 Designazione delle variabili di ingombro

20 R Sterzatura di un autoarticolato

21    X X X X1 X3 X2 O O' O"   Sterzatura di un autotreno

22 R min R max m12.50 m5.30 Prova di omologazione: definizione della fascia di ingombro

23 Fa Cod Esempio di test: il colpo di coda

24 La definizione di handling (1/2) La traduzione letterale è “maneggevolezza” È il comportamento dinamico del veicolo Insieme di criteri di valutazione di tutte le grandezze riguardanti sicurezza e “gradevolezza” della guida

25 La definizione di handling (2/2) Si misura quantificando: –accelerazione centrifuga a Y –velocità di avanzamento del veicolo V x –angolo di assetto β –velocità d’imbardata r –angolo di rollio Φ –angolo di sterzo δ (anteriore per 2WS, anteriore e posteriore per 4WS) –angolo di beccheggio θ

26 La prova di steering pad Manovra di tipo statico Il veicolo si muove lungo cerchi concentrici –a velocità differenti –con raggi differenti L’assetto del veicolo è costante e raggiunto tramite stati di equilibrio successivi (=manovra statica) Misura, in funzione dell’accelerazione trasversale, (curve di sottosterzo) –angolo di sterzo –angolo di rollio –angolo di assetto

27 Prove di steering pad a velocità medio-alte (1/2) Veicolo sottosterzante: –Risposta stabile ad azione di sterzo –R costante → valore dell’angolo di sterzo δ necessario a percorrere la curva aumenta all’aumentare dell’accelerazione centrifuga a Y –Il veicolo costringe il conducente a sterzare ulteriormente nel verso di percorrenza della curva per mantenere il veicolo su una traiettoria curvilinea di raggio R costante

28 Prove di steering pad a velocità medio-alte (2/2) Veicolo sovrasterzante: –Risposta instabile ad azione di sterzo –R diminuisce anche se l’angolo di sterzo δ necessario a percorrere la curva rimane costante –Il veicolo costringe il conducente a controsterzare per mantenere il veicolo su una traiettoria curvilinea di raggio R costante

29 Curve di sottosterzo Permettono di valutare il comportamento di una vettura Richiedono prove di steering pad per la loro costruzione Due modalità di costruzione: –Vetture dotate di apposita strumentazione –Simulazioni mediante software dedicati Accelerazione trasversale in funzione di angolo del volante o angolo di rollio o angolo di assetto

30 Curve di sottosterzo per un veicolo 2WS – δ/a Y

31 Andamento curve sottosterzo Primo tratto rettilineo Secondo tratto parabolico (accelerazioni trasversali elevate >0.4g) dovuto a: –Saturazione pneumatici –Rigidezze di deriva non lineari –Scorrezioni cinematiche ed elastiche delle sospensioni

32 Primo tratto Fornisce indicazione del grado di sottosterzo della vettura All’aumentare della pendenza si ha a che fare con vetture sempre più sottosterzanti

33 Secondo tratto Fornisce indice della “facilità” di guida del veicolo Saturazione molto brusca → necessità di far compiere al volante una rotazione molto ampia e inaspettata (rispetto alle condizioni di guida dell’istante immediatamente precedente) Si misura la “sincerità” della vettura

34 Curve di sottosterzo per un veicolo 2WS – Φ/a Y e β/a Y

35 Aumento di carico (1/2) Curva δ/a Y : veicolo con 5 persone richiede δ poco minore del caso con 1 persona a bordo → aumento maggiore di tale differenza implica veicolo dal comportamento poco uniforme Curva Φ/a Y : veicolo con 5 persone richiede incremento rollio rispetto a 1 persona a bordo → prova di steering pad (quasi statica) implica deformazione lineare (non intervengono gli ammortizzatori)

36 Aumento di carico (2/2) Curva β/a Y : aumento del carico porta angoli di assetto maggiori in valore assoluto → il baricentro del veicolo si sposta verso il posteriore, maggiore aderenza posteriore richiesta → i pneumatici richiedono angoli di deriva maggiori → il veicolo si dispone con angoli di assetto maggiori

37 Colpo di sterzo 2WS (1/3) Prova di tipo dinamico più diffusa Vettura viaggia in rettilineo a velocità costante (o variabile) e subisce perturbazione consistente (colpo di sterzo) Input sul volante (  VOL ): nascita dell'angolo  ANT

38 Colpo di sterzo 2WS (2/3) Transitorio –nascita dell' angolo  ANT –reazione a terra pneumatici anteriori Y ANT –rotazione intorno al baricentro con velocità r –nascita dell’angolo  –nascita dell' angolo  POST –reazione a terra pneumatici posteriori Y POST Output –inserimento in traiettoria della vettura

39 Colpo di sterzo 2WS (3/3)

40 Ipotesi Impulso al volante di tipo a rampa (angolo di sterzo massimo dopo un certo tempo) Velocità di avanzamento costante

41 Curve di colpo di sterzo

42 Considerazioni Rampa di sterzo = perturbazione al moto Nascita ed evoluzione curve a Y, r, β, Φ Fase di stabilizzazione delle grandezze = inserimento in curva Dalle curve si evince il ritardo (transitorio) fra input e output Ritardo minimo = vetture sportive Ritardo elevato per vetture adatte a utenti poco esperti Ritardo intermedio nella maggior parte delle vetture

43 Colpo di sterzo 4WS Input sul volante (  VOL ) -nascita degli angoli  ANT e   POST Transitorio -nascita contemporanea degli angoli  ANT e  POST -reazione a terra pneumatici Y ANT e Y POST Output -inserimento in traiettoria della vettura Diminuzione del ritardo esistente fra input e output → Transitorio più breve


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