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Modellazione Full-Vehicle e ottimizzazione dinamica del prototipo Formula SAE SRT19

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L'attività svolta ha avuto un duplice obiettivo: la modellazione Full-Vehicle della vettura SRT19 (prototipo del Salento Racing Team, squadra corse dell’Università del Salento) e la simulazione delle prove ufficiali previste dalla competizione Formula SAE. Il software MSC Adams/Car consente di costruire e verificare rapidamente prototipi virtuali funzionali di veicoli completi e/o dei loro sottosistemi, eseguendo gli stessi test che, generalmente, verrebbero eseguiti in un laboratorio di prova o in pista, a valle della realizzazione completa della vettura stessa.

Un modello di tipo “Full-Vehicle” è un assieme di differenti “Subsystem” rappresentativi di tutti i sottosistemi che costituiscono il veicolo reale; ciascuno di essi è basato su un “Template” che è di tipologia affine al sottosistema stesso che deve caratterizzare (suspension, steering, antirollbar, wheel, body, powertrain e brake_system per il veicolo in esame). All’interno di ciascun template sono presenti tutte le informazioni relative al modello; tali informazioni possono essere direttamente inserite e modificate all’interno dell’ambiente “MSC Adams Car Template Builder” sia con inserimento diretto sia attraverso specifici “Property Files” strutturati in maniera tale da rappresentare interamente un componente (bumpstops, dampers, differentials, powertrains, reboundstops, springs e tires per il veicolo in esame). In ambiente “MSC Adams Car Standard Interface” invece, dove sono gestiti subsystems o assemblies, l’utente ha facoltà di modificare tutte le informazioni inerziali, geometriche, strutturali e dinamiche ma non può alterare la topologia del sistema, che quindi resta una scelta effettuata nel precedente ambiente; è all’interno di questo ambiente che vengono eseguite le simulazioni dinamiche e tutti i setup della vettura, dopo averla modellata all’interno dell’ambiente di progettazione precedentemente descritto.

Una profonda conoscenza e comprensione dei differenti sottosistemi è alla base di una corretta modellazione degli stessi in ambiente MSC Adams e di un’adeguata interpretazione dei risultati ottenuti durante le relative simulazioni dinamiche. I sistemi modellati singolarmente, a livello template, sono:

  1. Sistema Sospensivo;
  2. Sistema Antirollio;
  3. Sistema Sterzante;
  4. Gruppo Ruota;
  5. Sistema Frenante;
  6. Motore e Trasmissione;
  7. Chassis.

FIGURA 1 (SRT19: FULL-VEHICLE ASSEMBLY)

Dopo la fase di assemblaggio e verifica statica del modello di tipo Full-Vehicle, definito il setup di partenza all’interno dei differenti template, si procede alla sua ottimizzazione, con l’obiettivo di raggiungere il miglior risultato ottenibile dalle singole prove previste dal regolamento:

  1. Tilt Test: la vettura, inclinata a 60° sull’orizzontale da spenta e col pilota più alto a bordo, non deve presentare perdite di fluidi e deve restare con gli pneumatici a contatto sulla tavola;
  2. Brake Test: il pilota, dopo una piccola accelerazione da fermo di lunghezza variabile, deve frenare senza sbandare né spegnere il motore, portando a bloccaggio i quattro pneumatici;
  3. Acceleration Event: prova di accelerazione longitudinale sui 75 metri con partenza da fermo; quattro test con due piloti diversi ed, ai fini della classifica, è preso il tempo minore tra i quattro registrati;
  4. Skidpad Event: prova di accelerazione laterale su un tracciato a forma di otto con due giri per direzione di percorrenza; i secondi giri fanno punteggio e per la classifica si considera il tempo minore dei quattro test.

Le simulazioni di tipo Full-Vehicle preimpostate nel software, per molti dei casi di analisi, non replicano in maniera fedele le prove che si vogliono effettivamente valutare ed ottimizzare. Per tale motivo, in questi casi, è necessario creare autonomamente l’evento e la relativa strada, tramite le rispettive funzioni “Event Builder” e “Road Builder”.

FIGURA 2 (SRT19: SKIDPAD EVENT)

Raggiunto il set di setup ottimizzati sulla vettura virtuale, ed ottenuti i migliori risultati teorici da ciascuna prova dinamica, si passa alla fase preliminare di test fisici della monoposto, affinando tali setup per raggiungere i migliori risultati possibili in pista. Questo doppio passaggio, se basato su una corretta modellazione e simulazione nella prima fase, permette di ridurre drasticamente i tempi della seconda, generalmente quella economicamente e logisticamente più dispendiosa tra le due.

Università del Salento

Autore: Matteo Balena
Supervisore: Prof. Giulio Reina