Corso di Sistemi di Trazione

Presentazione sul tema: "Corso di Sistemi di Trazione"— Transcript della presentazione:

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

2 Argomenti 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 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”.

3 Obiettivi della lezione
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 Il docente descrive gli obiettivi della lezione. Anche in questo caso può utilizzare l’ effetto di animazione: Entrata, Dissolvenza, Veloce, Al clic del mouse.

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)
A velocità molto basse i pneumatici hanno angoli di deriva trascurabili e quindi ci si avvicina alle condizioni di sterzatura cinematica: il veicolo si dispone in modo tale che la sua parte anteriore si trova all'esterno della traiettoria descritta dal suo baricentro ( > 0).

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)
A velocità maggiori i pneumatici, per generare le forze necessarie per contrastare la forza centrifuga, lavorano con angoli di deriva elevati. La parte anteriore del veicolo si trova all’interno della traiettoria del baricentro ( < 0).

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=δP/δA δP= angolo di sterzo posteriore δA= angolo di sterzo anteriore

10 Sterzatura 4WS a bassa velocità (sterzata in controfase)
A velocità molto basse i pneumatici hanno angoli di deriva trascurabili e quindi ci si avvicina alle condizioni di sterzatura cinematica: il veicolo si dispone in modo tale che la sua parte anteriore si trova all'esterno della traiettoria descritta dal suo baricentro ( > 0).

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 δA Riduzione di δA 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)
A velocità maggiori i pneumatici, per generare le forze necessarie per contrastare la forza centrifuga, lavorano con angoli di deriva elevati. La parte anteriore del veicolo si trova all’interno della traiettoria del baricentro ( < 0).

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 Sistemi di sterzo O O Autoveicolo generico Veicolo a carrello

18 Veicoli articolati e loro massime dimensioni
max m max 2.50 m 4.00 m max m max m

19 Designazione delle variabili di ingombro
Autotreno Autoarticolato R G Autosnodato Autovettura Semirimorchio P SA SP PR SPR LR L SAR AR<0 AR

20 Sterzatura di un autoarticolato
X X1 X2 U L R M O" O       

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

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

23 Esempio di test: il colpo di coda
Fa Cod

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 aY velocità di avanzamento del veicolo Vx 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 Le informazioni ricavabili dalla prova di steering-pad sono relative al comportamento sovra o sottosterzante del veicolo, la maggiore o minore facilità di guida, la "sincerità" di risposta alla azione di sterzo, la rigidezza al rollio e il comfort di marcia in curva.

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 aY 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 Le informazioni ricavabili dalla prova di steering-pad sono relative al comportamento sovra o sottosterzante del veicolo, la maggiore o minore facilità di guida, la "sincerità" di risposta alla azione di sterzo, la rigidezza al rollio e il comfort di marcia in curva.

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 Le informazioni ricavabili dalla prova di steering-pad sono relative al comportamento sovra o sottosterzante del veicolo, la maggiore o minore facilità di guida, la "sincerità" di risposta alla azione di sterzo, la rigidezza al rollio e il comfort di marcia in curva.

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 Le informazioni ricavabili dalla prova di steering-pad sono relative al comportamento sovra o sottosterzante del veicolo, la maggiore o minore facilità di guida, la "sincerità" di risposta alla azione di sterzo, la rigidezza al rollio e il comfort di marcia in curva.

30 Curve di sottosterzo per un veicolo 2WS – δ/aY
L’esame della curva di sottosterzo ay - VOL permette di distinguere due tratti differenti: L'inclinazione del primo tratto lineare dà una indicazione del grado di sottosterzo della vettura in esame: all'aumentare della pendenza ci si trova di fronte a vetture sempre più sottosterzanti, cioè, a parità di raggio di curvatura, si deve sterzare sempre di più. La gradualità con la quale il secondo tratto, approssimativamente quadratico, "satura" fornisce un indice della "facilità" di guida: una saturazione molto brusca implica la necessità di dovere, improvvisamente, far compiere al volante una rotazione molto ampia e del tutto inaspettata per quelle che erano le condizioni di guida nell'istante immediatamente precedente.

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 Le informazioni ricavabili dalla prova di steering-pad sono relative al comportamento sovra o sottosterzante del veicolo, la maggiore o minore facilità di guida, la "sincerità" di risposta alla azione di sterzo, la rigidezza al rollio e il comfort di marcia in curva.

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 Le informazioni ricavabili dalla prova di steering-pad sono relative al comportamento sovra o sottosterzante del veicolo, la maggiore o minore facilità di guida, la "sincerità" di risposta alla azione di sterzo, la rigidezza al rollio e il comfort di marcia in curva.

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 Le informazioni ricavabili dalla prova di steering-pad sono relative al comportamento sovra o sottosterzante del veicolo, la maggiore o minore facilità di guida, la "sincerità" di risposta alla azione di sterzo, la rigidezza al rollio e il comfort di marcia in curva.

34 Curve di sottosterzo per un veicolo 2WS – Φ/aY e β/aY
L’esame della curva di sottosterzo ay - VOL permette di distinguere due tratti differenti: L'inclinazione del primo tratto lineare dà una indicazione del grado di sottosterzo della vettura in esame: all'aumentare della pendenza ci si trova di fronte a vetture sempre più sottosterzanti, cioè, a parità di raggio di curvatura, si deve sterzare sempre di più. La gradualità con la quale il secondo tratto, approssimativamente quadratico, "satura" fornisce un indice della "facilità" di guida: una saturazione molto brusca implica la necessità di dovere, improvvisamente, far compiere al volante una rotazione molto ampia e del tutto inaspettata per quelle che erano le condizioni di guida nell'istante immediatamente precedente.

35 Aumento di carico (1/2) Curva δ/aY: 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/aY: 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) Le informazioni ricavabili dalla prova di steering-pad sono relative al comportamento sovra o sottosterzante del veicolo, la maggiore o minore facilità di guida, la "sincerità" di risposta alla azione di sterzo, la rigidezza al rollio e il comfort di marcia in curva.

36 Aumento di carico (2/2) Curva β/aY: 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 Le informazioni ricavabili dalla prova di steering-pad sono relative al comportamento sovra o sottosterzante del veicolo, la maggiore o minore facilità di guida, la "sincerità" di risposta alla azione di sterzo, la rigidezza al rollio e il comfort di marcia in curva.

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 Output nascita dell' angolo ANT
reazione a terra pneumatici anteriori YANT rotazione intorno al baricentro con velocità r nascita dell’angolo  nascita dell' angolo POST reazione a terra pneumatici posteriori YPOST 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
L’esame della curva di sottosterzo ay - VOL permette di distinguere due tratti differenti: L'inclinazione del primo tratto lineare dà una indicazione del grado di sottosterzo della vettura in esame: all'aumentare della pendenza ci si trova di fronte a vetture sempre più sottosterzanti, cioè, a parità di raggio di curvatura, si deve sterzare sempre di più. La gradualità con la quale il secondo tratto, approssimativamente quadratico, "satura" fornisce un indice della "facilità" di guida: una saturazione molto brusca implica la necessità di dovere, improvvisamente, far compiere al volante una rotazione molto ampia e del tutto inaspettata per quelle che erano le condizioni di guida nell'istante immediatamente precedente.

42 Considerazioni Rampa di sterzo = perturbazione al moto
Nascita ed evoluzione curve aY, 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 YANT e YPOST Output inserimento in traiettoria della vettura Diminuzione del ritardo esistente fra input e output → Transitorio più breve