Corso di Sistemi di Trazione Lezione 15: Aderenza e manovra di frenatura dei veicoli A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA 2014-2015

Argomenti Forze scambiate dalla ruota Grafico delle pressioni Andamento delle forze per ruota motrice e frenata Scorrimento Modello fisico di veicolo Come si attua la frenatura ABS ESP Il docente inizia la lezione e descrive gli argomenti che tratterà. Le lezioni iniziano sempre con questa formula: “In questa lezione parleremo di: argomento 1 Argomento 2 Argomento n Ove opportuno, in questa come nelle altre slide, può essere utilizzato il seguente effetto di animazione: Entrata, Dissolvenza, Veloce, Al clic del mouse. Per inserire nuove diapositive, utilizzare sempre l’apposita funzione di PowerPoint: Menu Inserisci Nuova diapositiva. Scegliere, eventualmente, dal Riquadro attività, un layout diverso da quello proposto in automatico, ma SEMPRE tra quelli disponibili. Evitare il layout “Solo titolo”.

Obiettivi della lezione Comprendere gli scambi di forza tra gli pneumatici e il suolo e come questo scambio vari a seconda delle condizioni di marcia Cosa si intende per scorrimento e come si valuta Come avviene la manovra di frenatura, quali sono i limiti e le prestazioni dell’azione manuale e quali sono quelli dei dispositivi elettronici come ABS ed ESP Il docente descrive gli obiettivi della lezione. Anche in questo caso può utilizzare l’ effetto di animazione: Entrata, Dissolvenza, Veloce, Al clic del mouse.

Un ricordo sulla distribuzione delle pressioni di contatto Confronto di pressioni e risultanti Ruota in Movimento Ruota ferma

Le pressioni sull’intera impronta

Sollecitazione della ruota a taglio Diagramma del taglio tx Deformazione della ruota

Modificazione del taglio con ruota traente

Modificazione del taglio con ruota frenata

Sforzi di contatto e limiti di aderenza

Il concetto di scorrimento per ruota motrice per ruota frenata con: s = scorrimento (adim) L = spazio percorso in condizioni di puro rotolamento L0= spazio effettivamente percorso

Lo scorrimento espresso in termini di velocità per ruota motrice per ruota frenata con: w = velocità angolare ruota (rad/s) Rr= raggio di rotolamento ruota (m) v = velocità veicolo o mozzo ruota (m/s)

Andamento dell’aderenza con lo scorrimento

La manovra di frenatura Il trasferimento di carico La ripartizione di frenata fissa e variabile La frenatura con ABS

Il modello fisico di veicolo per descrivere la manovra di frenatura K O

Il modello fisico di veicolo per descrivere la manovra di frenatura l = interasse [m] n,m,h = quote del baricentro [m] Ra, Rp = reazioni normali [N] Fa, Fp = forze tangenziali terreno-ruote [N] M = massa del veicolo [kg] a = accelerazione del veicolo [m/s2] v = velocità del veicolo [m/s] Ia, Ip = momenti d’inerzia polari ridotti agli assi anteriore e posteriore [kg m2] a, p = velocità angolare degli assi anteriore e posteriore [rad/s] Ss, Sp = scorrimento anteriore e posteriore  = coefficiente di aderenza r = raggio della ruota [m] ma, mp = momenti frenanti anteriore e posteriore [Nm] mFa, mFp = momenti delle forze tangenziali sulle ruote [Nm]

Ripartizione di frenata 100/0 0.89 g 0.8 g 0.7 g 0.6 g 0.5 g 0.4 g 0.3 g 0.2 g 0.1 g 0.24 g Limite di ribaltamento 90/10 80/20 70/30 60/40 50/50 40/60 30/70 10/90 0/100 20/80

Le equazioni del modello (1/2) equilibrio alla traslazione del veicolo (1) equilibrio alla rotazione rispetto al polo k (2) equilibrio alla rotazione rispetto al polo o (3) equilibrio alla rotazione ruota anteriore (4) equilibrio alla rotazione ruota posteriore (5) relazione tra forza tangenziale e carico ruota anteriore (6) relazione tra forza tangenziale e carico ruota posteriore (7)

Le equazioni del modello (2/2) scorrimento della ruota anteriore (8) scorrimento della ruota posteriore (9) definizione di momento delle forze tangenziali anteriore (10) definizione di momento delle forze tangenziali posteriore (11)

Soluzione alle differenze finite vf = velocità finale dell’intervallo di tempo t vi = velocità iniziale dell’intervallo di tempo t t = intervallo di tempo d’integrazione af = velocità angolare della ruota anteriore finale dell’intervallo di tempo t ai = velocità angolare della ruota anteriore iniziale dell’intervallo di tempo t pf = velocità angolare della ruota posteriore finale dell’intervallo di tempo t pi = velocità angolare della ruota posteriore iniziale dell’intervallo di tempo t

Soluzione Si conoscono ma, mp, ai, pi, t, vi, la curva di aderenza in funzione dello scorrimento e tutti i parametri geometrici del veicolo. Si inseriscono le equazioni 8 e 9 nelle 6 e 7 e queste nella 1 Risolvendo il sistema formato dalla 1 modificata e dalle 2 e 3 si ottiene vf Inserendo 2 e 6 nella 10 e 3 e 7 nella 11 si ottengono mFa, mFp Dalle equazioni 4 e 5 si ricavano af, pf. Usando i valori finali ricavati come valori iniziali dell’intervallo di tempo successivo si ripete il calcolo fino all’arresto del veicolo o al bloccaggio delle ruote.

Funzionamento dell’ABS

La decelerazione nella frenatura con ABS

Definizioni di frenata esitante e frenata insufficiente Frenata insufficiente - La frenata è definita insufficiente quando lo sforzo sul pedale del freno è insufficiente durante l’intera frenata. Frenata esitante - La frenata è definita esitante quando il guidatore nella fase iniziale esercita uno sforzo insufficiente che poi tende ad incrementare troppo lentamente.

Rappresentazione grafica delle frenate insufficienti ed esitanti Grafico Decelerazione / Tempo. a) Frenata Insufficiente; b) Frenata Esitante; c) Frenata BAS. Fonte: Mercedes.

Il sistema Mercedes BAS Il Brake Assist (BAS) è un sistema di sicurezza attivo integrato con la servo-assistenza dell’impianto frenante. Interviene allorquando il guidatore in una situazione di emergenza frenasse molto rapidamente. In base alla velocità con cui viene azionato il pedale del freno, il sistema riconosce se vi sia una situazione di frenata emergenza. In tal caso viene aperta una valvola elettromagnetica situata nel servofreno e quest’ultimo entra pienamente in azione. Se il guidatore toglie il piede dal pedale la valvola viene chiusa dal sistema.

Il controllo elettronico della stabilità Vari acronimi ESP, ESC, DSC, VDC Obbligatorio su auto immatricolate dopo 1°Novembre 2014 Ha lo scopo di frenare e/o ridurre la coppia motrice alle singole ruote, in caso di sotto/sovrasterzo o di sbandata, basandosi su: 4 sensori di velocità (1 ogni ruota) integrati nel mozzo ruota (stessi dell’ABS). 1 sensore di angolo sterzo, che comunica alla centralina la posizione del volante e quindi le intenzioni del guidatore. 3 accelerometri (1 per asse spaziale) normalmente posizionati a centro vettura.