Relatore: Ing. Fabio Renzi TVK Project S.r.l. TVK PROJECT progettazione avanzata di telai per go kart da competizione Relatore: Ing. Fabio Renzi TVK Project S.r.l. Motorsport Expotech 2008 Modena, 16/10/2008

Chi siamo La TVK Project s.r.l. è una società “giovane” in cui sono confluite competenze di alto livello provenienti da diversi settori: Motorsport Ricerca universitaria Sviluppo software Mission La nostra missione è quella di rendere disponibili le più avanzate tecniche di studio dei veicoli da competizione tramite una gamma di software specializzati per la progettazione e la messa a punto dei go kart agonistici uniti a servizi di formazione, di personalizzazione del prodotto e di sviluppo di soluzioni “on demand”

La linea di prodotti Kart Performance KP Chassis: uno strumento di progettazione completo e affidabile per chi costrusice kart da competizione. Consente il disegno e l’analisi strutturale di telai per kart, e la previsione del comportamento torsionale e dinamico. KP Studio Pro: destinato ai piloti professionisti e alle squadre corsa, è un applicazione che consente la modellazione di un veicolo virtuale, la previsione in real time del tempo sul giro e il confronto tra diversi setup. L’applicazione è completata con la possibilità di acquisire i dati da telemetria per il confronto tra comportamento reale e comportamento simulato. KP Studio Light: basato sullo stesso concept della soluzione Pro, è destinato ai piloti amatoriali, per i quali fornisce importanti elementi di valutazione del set-up del veicolo, coniugati alla massima semplicità di utilizzo.

Introduzione Il kart è un veicolo da corsa molto particolare. Sua caratteristica saliente è la semplicità costruttiva. Assenza di sistemi sospensivi Assenza di differenziale Asimmetria (sedile, motore, cuscinetti)

Il ruolo del telaio L’assenza di differenziale e sospensioni fa si che il telaio divenga un elemento critico ai fini dell’handling e delle performance del veicolo Il telaio deve isolare il pilota dalle asperità del manto stradale Assenza di sospensioni => La ripartizione del carico verticale sulle quattro ruote durante accelerazione, frenata e cornering è affidata alle proprietà elastiche del telaio Assenza di differenziale => Necessità di sollevare la posteriore interna durante la percorrenza di una curva (insieme al cinematismo di sterzo)

La tecnica di guida

Il telaio di un kart Generalmente costituiti da tubolari metallici Geometria prevalentemente piana Sono soggetti ad omologazione Il principale parametro di merito è la rigidezza torsionale [Nmm/°]

Rigidezza torsionale e handling La rigidezza torsionale è il principale indice delle caratteristiche elastiche di un telaio La rigidezza dipende dalla geometria, dal materiale e dal diametro dei tubi utilizzati I moderni telai offrono la possibilità di modulare la rigidezza aggiungendo o rimuovendo apposite barre Sulla performance globale del veicolo influiscono anche le caratteristiche dei fuselli e dell’assale (rigidezza globale) Telai “flessibili” => Adatti per circuiti con basso grip (trasferimento carico su ruote esterne e reazioni progressive del mezzo) Telai ”rigidi” => Adatti per circuiti con alto grip (reazioni del veicolo più pronte e miglior funzionamento dei pneumatici)

I trasferimenti di carico I trasferimenti di carico , influenzando l’entità delle forze laterali espletate da pneumatico, risultano importanti a i fini della valutazione dell’handling veicolo Kart fermo => Dovuti al cinematismo di sterzo Kart in movimento => Dovuti alle accelerazioni In entrambi i casi l’elasticità del telaio gioca un ruolo molto importante nell’entità dei trasferimenti di carico

I trasferimenti di carico – Veicolo fermo Il meccanismo di sterzo non è piano, ma articolato nello spazio (caster elevato) Durante la rotazione dello sterzo le ruote anteriori variano la propria altezza In conseguenza, il piano di appoggio veicolo varia e la posteriore interna tende a sollevarsi

La progettazione dei telai per kart Tradizionalmente la progettazione avviene in maniera empirica, sulla base dell’esperienza del costruttore. La bontà di una soluzione progettuale viene quindi valutata in pista, ne conseguono spese di sperimentazione piuttosto sostenute. I moderni strumenti di calcolo numerico possono ridurre tempi e costi di progettazione, ma spesso sono di difficile utilizzo e comunque troppo evoluti per trovare un impiego pratico nella pratica progettuale industriale. Si evince quindi la necessità di disporre di un tool di sviluppo che associ contemporaneamente una estrema facilità di utilizzo ad un solido background scientifico. Design Costruzione Test

KP Chassis: un nuovo modo di progettare La passione per il mondo del karting e le competenze tecniche maturate nel mondo delle competizioni e della ricerca accademica hanno consentito alla TVK Project s.r.l. di mettere a punto KP Chassis un software di progettazione di elevato livello tecnico indirizzato alle aziende costruttrici di go kart che vogliono ottenere le massime prestazioni riducendo i costi di progettazione e di sviluppo. Basato su un motore di calcolo in grado di valutare, sin dalle prime fasi di sviluppo, come i parametri di progettazione influenzino al banco o in pista il comportamento del go kart, KP Chassis offre all’utente un concreto supporto decisionale consentendogli di modificare molteplici parametri relativi alle caratteristiche geometriche del telaio e di verificare in tempo reale gli effetti che le modifiche effettuate hanno sulle caratteristiche di rigidezza del telaio.

KP Chassis: progettare è più semplice Riduce sensibilmente le spese di gestione: KP Chassis fornisce un’ importante supporto alle impostazioni del set up del kart basati sul metodo tradizionale del “trial and error” velocizzando e rendendo più efficienti le regolazioni dei prototipi realizzati e consentendo, a parità di risultati, una significativa diminuzione delle giornate di test in pista. Facile da usare: grazie ad una comoda interfaccia grafica 3D interattiva KP Chassis permette di visualizzare, in modo intuitivo, sia il modello telaio su cui si sta lavorando sia i risultati ottenuti dalle analisi effettuate. Grazie ad un database consultabile in ogni momento KP Chassis consente un’organizzazione sistematica del lavoro svolto e dei risultati ottenuti. E’ possibile salvare i dati relativi alle modifiche effettuate, confrontare le diverse soluzioni progettuali ed individuare facilmente le scelte più importanti per migliorare le prestazioni.

Caratteristiche tecniche KP Chassis mette a disposizione dei costruttori di kart i più evoluti metodi di calcolo ingegneristico per la determinazione delle caratteristiche strutturali di telai e veicoli completi. Basato sul metodo degli elementi finiti, il software consente all’utente di lavorare in maniera facile e veloce all’interno di un’interfaccia grafica tridimensionale dove è possibile modificare le principali caratteristiche del telaio e del veicolo e apprezzare in tempo reale gli effetti delle modifiche sulle performance. Grazie all’algoritmo di calcolo messo a punto dal team di sviluppo della TVK Project i tempi di calcolo necessari sono estremamente contenuti e al tempo stesso i risultati ottenuti sono pienamente affidabili.

Modellazione di veicolo e sottosistemi Il veicolo e il telaio sono rappresentati mediante un modello fisico di pieno dettaglio che offre una matematizzazione eccellente del kart reale. I risultati dei calcoli sono quindi pienamente affidabili e coerenti rispetto a quanto determinato in laboratorio e in pista.

Interfaccia grafica semplice ed efficace Tutte le modifiche al progetto possono essere implementate semplicemente cliccando sul componente interessato e compilando gli appositi form di modifica. Non sono necessarie conoscenze ingegneristiche, ma solo una conoscenza del veicolo e dei suoi sottosistemi.

Modifica rapida delle caratteristiche del veicolo Attraverso l’interfaccia tridimensionale, si può accedere facilmente ai sottosistemi del veicolo. Geometria, materiali sezioni e caratteristiche dei principali componenti (pneumatici, fuselli, assale …) possono essere modificati in maniera semplice e veloce. Allo stesso modo è possibile intervenire sui principali parametri di set-up veicolo e apprezzare come questi ne influenzino la performance.

Editing telai KP Chassis offre la possibilità di editing avanzato di un telaio, consentendo, al pari di un CAD, il disegno e la modifica completa della geometria. In maniera semplice, possono inoltre essere modificate le caratteristiche di sezioni e materiali dei tubolari. All’interno del modulo è poi presente una funzione dedicata alla quotatura del telaio, per la preparazione delle tavole di officina.

Analisi Calcolo a rigidezza Parametri calcolabili: rigidezza torsionale globale (avantreno/retrotreno) rigidezza flessionale rigidezza dei singoli componenti Calcolo dei trasferimenti di carico Grazie ad un algoritmo di calcolo, appositamente sviluppato, è possibile valutare i trasferimenti di carico sia in condizioni statiche, dovuto quindi al cinematismo di sterzo, sia in condizioni dinamiche, quindi in accelerazione, frenata e percorrenza di curva. Analisi

Le grandezze calcolate Mediante analisi statiche il software consente la valutazione rapida della rigidezza sia del telaio e dei suoi sottosistemi che del veicolo completo E’ possibile inoltre valutare l’entità dei trasferimenti di carico durante varie condizioni (accelerazione, frenata, cornering) E’inoltre possibile confrontare i risultati ottenuti con diverse configurazioni

Le grandezze calcolate Rigidezza torsionale telaio Rigidezza torsionale veicolo Rigidezza flessionale Rigidezza componenti

Le condizioni di carico e vincolo Torsione telaio Torsione avantreno Torsione retrotreno Flessione La rigidezza torsionale viene determinata come: La rigidezza flessionale viene invece determinata come: F: forza agente; z: abbassamento medio p.ti applic.ne Mt: coppia torcente; θ: rotazione della sezione delle “C”

Le configurazioni analizzate BIREL R31 CRG Blackstar TONYKART Venox PAROLIN Shark

Le configurazioni analizzate Birel R31 CRG Black Star Parolin Shark Tony Kart Venox Diametro Tubi Laterali [mm] 30 30-32 Diametro Tubi Ant [mm] 32 Diametro Barra Ant [mm] Posizione Barra Ant [mm] 580 586 590 551 Diametro Barra Post [mm] Posizione Barra Post [mm] 120 117 148 142 Larghezza Gola [mm] 300 329 298 Passo [mm] 1045 1067 1049 1047 Carreggiata Ant [mm] 717 627 656 650 Carreggiata Post [mm] 620 617 608 601 Peso [ kg ] 12.8 12 12.3 12.7

Confronto con codice commerciale Il SW determina valori in buon accordo con quanto calcolato dal solutore commerciale (MSC/Nastran) Lo scarto è imputabile al diverso modo in cui viene calcolata la rigidezza (in KP Chassis si assume l’ipotesi di parete sottile)

Risultati - Rigidezze La rigidezza torsionale complessiva più elevata si ottiene con il Parolin-Shark Il risultato è da imputarsi al maggior diametro dei tubi adottati e soprattuto alla posizione delle traverse, più vicine alla sezione di gola Stesso discorso vale per la rigidezza dell’avantreno

Risultati - Rigidezze Il telaio più rigido al retrotreno è il Tonykart-Venox, a causa del maggior diametro dei tubi (tutti da 32m) Nel caso della rigidezza flessionale, il Birel risulta essere il più rigido, a causa dell’ulteriore traversa tra la barra posteriore e l’anteriore

Risultati - Rigidezze Un parametro rilevante è la larghezza della sezione di gola, che molto influisce sulla rigidezza torsionale Il grafico illustra i risultati di un’analisi parametrica sul telaio Birel

Risultati – Trasferimenti di carico Su ciascun telaio sono state effettuate diverse analisi corrispondenti a differenti condizioni dinamiche 1g verticale => Sola forza peso 1g longitudinale => Frenata 2g trasversali => Percorrenza di curva

Risultati – Trasferimenti di carico 1g Verticale => Carichi equamente ripartiti tra ant e post; Asimmetria della distribuzione 1g Longitudinale => Le anteriori si caricano maggiormente 2g Trasversali => Le ruote esterne si caricano maggiormente; da notare come nel Parolin sia la ruta anteriore a scaricarsi (elevata rigidezza)

Presentazione dei risultati I risultati dei calcoli vengono presentati all’utente in maniera chiara ed efficace attraverso grafici prodotti a schermo. Inoltre KP Chassis consente l’esportazione e la stampa di un report di calcolo nel quale vengono sintetizzati i risultati delle analisi. KP Chassis mette a disposizione dell’utente la possibilità di salvare il proprio lavoro sia come singolo telaio, sia come progetto completo, offrendo quindi un modo estremamente rapido per la ripresa del lavoro, anche a distanza di tempo.

La particolare modalità “open” con la quale è stato concepito KP Chassis offre all’utente la possibilità di usufruire di customizzazioni ad hoc, per rispondere a tutte le possibili esigenze. Nuovi moduli di calcolo possono essere quindi sviluppati su richiesta in tempi rapidi ed integrati nel software principale. KP Chassis è una soluzione completa e affidabile per la progettazione di kart da competizione, che non richiede l’utilizzo di altri software. Personalizzazione

Servizi di assistenza software, formazione, consulting e ricerca Assistenza tecnica Obiettivo principale dei servizi di assistenza tecnica della TVK Project è fornire ai propri clienti il livello di assistenza adeguato all’utilizzo ottimale dei nostri software. I servizi di assistenza tecnica comprendono una suite completa di tipologie di supporto tecnico e manutenzione software fornita da un team di tecnici qualificati. In particolare: Accesso a download e aggiornamenti dei software Assistenza on-line tramite articoli e documentazione tecnica Richiesta di assistenza specifica tramite mail Training Obiettivo strategico di TVK Project è promuovere l'utilizzo efficace, consapevole ed evoluto del prodotto che distribuisce. E' per questo che crediamo fortemente nell'attività di training, inteso sia come attività di formazione e aggiornamento che di supporto. Pertanto accompagniamo i nostri clienti nell'integrazione delle nostre tecnologie con il proprio metodo di lavoro, realizzando:

Consulting Crediamo che la realizzazione in prima persona di attività di engineering avanzata sia oltre che la nostra passione e competenza primaria, anche il mezzo attraverso cui testare definitivamente la validità del prodotto che decidiamo di proporre ai nostri clienti. A tal fine offriamo servizi di consulenza per lo sviluppo di applicativi dedicati e supporto concreto alla progettazione ed all'ottimizzazione Ricerca TVK Project crede nel valore della ricerca intesa come strumento di acquisizione di nuove ed avanzate conoscenze oltre che competenze, con lo scopo di utilizzare le stesse al fine di ottenere un vantaggio competitivo per il successivo sviluppo dei nostri prodotti. E' per questo che vogliamo rafforzare i rapporti di collaborazione già esistenti con il gruppo di ricerca Tor Vergata Karting al fine di mantenere il know-how della nostra azienda allo stato dell'arte, assicurando così qualità e diffusione ai nostri prodotti.

MAIL: info@tvk-project.com Contatti TVK PROJECT s.r.l. Via Ignazio Guidi, 44 00147 Roma www.tvk-project.com MAIL: info@tvk-project.com TELEFONO: 06 5123569 FAX: 06 51882547 Domande?