Progetto, simulazione e prototipazione di un motociclo ad assetto variabile

La motocicletta è uno dei sistemi meccanici più affascinanti a cui la comunità scientifica ha rivolto molta attenzione negli ultimi anni, al fine di comprenderne il funzionamento dinamico e le criticità. In questa direziona va il presente lavoro di tesi di dottorato. Dopo un’approfondita e attenta ricerca bibliografica nel settore “motociclistico”, con particolare attenzione alla cinematica, alla dinamica, alla stabilità ed alla ergonomia del sistema, sono stati condotti degli studi preliminari per individuare le principali problematiche dei motocicli. Per effettuare tali studi è stato realizzato un codice, BikeCin, che, con una completa e intuitiva interfaccia grafica, permette di risolvere le equazioni non lineari che governano la cinematica del motociclo. In base ai risultati forniti da questo, e allo studio dei principali fenomeni fisici che governano il moto del motociclo, si è deciso di concentrare l’attività di ricerca sulla definizione e progettazione di un dispositivo elettro-meccanico fortemente innovativo per il controllo attivo dell’assetto del motociclo. Varie ipotesi sono state fatte e criticamente confrontate dal punto di vista dinamico, strutturale, dell’efficacia sulla variazione d’assetto, economico e della sicurezza di funzionamento, fino a sceglierne una. Questa soluzione è stata oggetto di studi approfonditi per verificarne l’efficacia. Allo scopo è stato realizzato ed implementato il modello virtuale multibody, BikeLab, completamente parametrico e scalabile, del sistema veicolo-pilota, comprensivo del dispositivo in parola. Il pilota virtuale è connesso al motociclo con le braccia, completamente articolate, e con il bacino. Il pilota agisce sul motociclo con la coppia di sterzo controllata sui parametri rollio attuale e posizione rispetto al tracciato. Tale tecnica detta lookahead è stata implementata in automatico ed evoluta rendendo variabile la distanza a cui il pilota virtuale “guarda”, in funzione della velocità, così come farebbe un vero pilota. Tra i punti forti del BikeLab c’è l’integrazione di un robusto e accurato modello di pneumatico, un’evoluzione della Magic Formula realizzata per i motocicli. Il modello permette di indagare anche la sensibilità del comportamento dinamico del veicolo rispetto ai principali parametri geometrici e dinamico-inerziali. Il confronto dei risultati del modello con i dati sperimentali disponibili in letteratura ha messo in luce una ottima accuratezza. Con il modello mutlibody è stata poi investigata la maneggevolezza del motociclo mediante la simulazione di manovre di slalom e l’influenza del dispositivo ipotizzato su questa proprietà dinamica Studi di stabilità del vicolo sono stati condotti con l’ausilio di un software appositamente realizzato, BikeModes, che implementa modelli per analisi modale consolidati in letteratura, come quelli presentati dai pionieri del settore il prof. V. Cossalter, ed il prof. R.S. Sharp. Dallo studio dei modi nel piano e fuori del piano si ottengono gli autovalori di tali sistemi. L’utilizzo del grafico del luogo delle radici ha permesso di evidenziare i modi propri del veicolo e la loro stabilità e frequenza al variare della velocità dello stesso. Simulazioni dinamiche state condotte per visualizzare per visualizzare tali modi. I dati così ottenuti sono stai utilizzati per realizzare un prototipo dimostrativo di tale dispositivo ed allo scopo è stato progettato un sistema elettronico di controllo con display per l’utente programmabile. La soluzione innovativa sviluppata è coperta da due brevetti. Tale dispositivo verrà collocato nel motociclo categoria SuperMotard SM 449 F01 studiato progettato e realizzato nell’ambito di questa tesi. Il processo di progettazione e verifica del telaio intorno al motore è il risultato di un lungo processo di Reverse Engineering condotto mediante tecnica mista: non a contatto con scanner laser e fotorilevazione a partire dalle sezioni principali dei componenti del motore; a contatto per le parti per le quali era richiesta una maggior accuratezza.