Raffaele Berardi | Ralph DTE

4 settembre 2009

Motorismo: Parametri iniziali del progetto di un motore

Rubrica: Motorismo

Titolo o argomento: Parametri iniziali del progetto di un motore

Si sceglie il tipo di motore da progettare: motore da competizione, motore benzina o motore diesel.

Tanto per fare un esempio immaginate di dover realizzare un nuovo progetto di un motore da corsa, ovviamente alcuni parametri del progetto non spetterà a voi sceglierli essendo presente un regolamento. Pertanto la cilindrata massima (V), il numero massimo di cilindri (Zmax), la presenza o meno della sovralimentazione, saranno parametri fissati.

Premesso questo e considerando il caso di un motore da corsa di formula che dovrà avere una durata di sole 4 ore (un valore infinitamente ridotto rispetto a quello di vetture stradali), ci porremo l’obiettivo di incrementare al meglio le prestazioni rispetto al precedente progetto tentando di minimizzare il peso e l’ingombro ed aumentando la rigidezza torsionale e flessionale. Il progettista dovrà essere abile nel realizzare un motore in grado di superare anche di poco le 4 ore di vita utile del motore al massimo regime di rotazione. Non girando nella realtà il motore sempre al massimo, questo durerà sicuramente anche più delle 4 ore previste.

Velocità Media del Pistone

E’ il primo valore da fissare:

Dove “Vm” è la velocità media del pistone, “C” è la corsa del pistone, “n” il numero di giri/min. Con gli attuali combustibili ci si può spingere sino a Velocità medie del Pistone di Ben 26m/s (metri al secondo). Tale valore ovviamente si riferisce a motori particolarmente prestanti quali ad esempio quelli di F1.

Numero di giri del motore

Il consiglio solitamente è quello di tenersi su un valore persino superiore a quello attuale della concorrenza. Anche gli avversari crescono e sviluppano come voi. Potreste trovare sorprese durante la successiva stagione.

Corsa del Pistone

Si ottiene conoscendo la Velocità media del Pistone ed il massimo numero di giri raggiungibile. Vedi la prima formula espressa sopra.

Numero cilindri

Volume singolo cilindro

Dove “V” è la cilindrata totale ed “N” è il numero dei cilindri.

Alesaggio

L’alesaggio invece varrà

I valori che si ottengono dal calcolo dell’alesaggio e dal calcolo della corsa si arrotondano per difetto al decimo di millimetro. Questo perchè con l’usura del motore questi valori possono aumentare dando cilindrate leggermente maggiori. Non si deve mai rischiare di superare le cilindrate imposte da regolamenti o altro.

Maggiori approfondimenti alla sezione “Motorismo” della pagina “Motori“.

4 settembre 2009

Sensori altezza vettura

Rubrica: Telemetria
Titolo o argomento: Sensori altezza vettura (esempio a SPA)

Vengono utilizzati per rilevare in ogni istante l’altezza della vettura da terra. Hanno un ruolo fondamentale specie in quei tracciati che presentano importanti dislivelli. Vedi ad esempio spa francorchamps. In questo tipo di tracciati infatti è fondamentale che la vettura non arrivi al contatto del fondo scocca con l’asfalto per evidare pericolosi “spanciamenti” con conseguenti perdite di aderenza non governabili. I sensori di altezza rilevano accuratamente l’altezza che intercorre tra il fondo della vettura e l’asfalto della pista. Possono essere misurate distanze da pochi millimetri fino a 350mm. La risoluzione può andare dai 0,03mm ai 0,42mm ed una risposta del segnale di soli 900ms (millisecondi). Il segnale in uscita da questo tipo di sensori è ad un solo canale e può essere inviato ad un “data logger”. Solitamente, se si verificano errori durante le misurazioni, la trasmissione dei dati riparte nei successivi 200ms. Al contrario se gli errori nel rilevamento delle misure continuano, il voltaggio del segnale in uscita va a 0 Volt e l’ingegnere sa che deve procedere ad un controllo del dispositivo.

Copyright

La PI Research ha autorizzato il blog www.ralph-dte.eu ed i siti ad esso collegati, alla pubblicazione di parte del materiale messo a disposizione. E’ severamente vietato riprodurre il materiale presente in questa rubrica. Chiunque pubblicasse su altri siti, forum o blog tale materiale, andrà ad incorrere in problemi legali dei quali non siamo responsabili.

Ringrazio vivamente:
Il mio caro amico “Giorgio” per la gentile concessione della sua telemetria.
La PI research per i preziosi dati concessi.
Link correlati
La curva ideale di apertura del gas – Articolo in modalità PRO
La telemetria delle F1 degli anni ’90
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Sensori di spostamento: Potenziometro lineare
Sensori inerziali: Accelerometro – Giroscopio
Sensori di spostamento: LVDT linear variable differential transformer
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Sensori per l’aerodinamica: Calibrare il tubo di Pitot
Sensori di velocità: ABS, controlli trazione, controlli stabilità
Telemetria, accelerazione laterale e qualche dubbio…
Sensori di velocità: Un chiaro esempio
Sensori altezza vettura
Parentesi sui controlli attivi su un volante di Formula1
Sensori di torsione
Sensori di torsione: Un chiaro esempio
Sensori di spostamento: Un chiaro esempio: Estensione/Compressione
Interpretare le prestazioni del differenziale autobloccante tramite la telemetria

3 settembre 2009

Ricordate Supercar? Braive, l’auto che va da sola.

Rubrica: Automotive technologies

Titolo o argomento: Un’auto che va da sola mentre leggete il giornale…

Oggi è possibile ed è consigliata, a mio avviso, alle persone meno portate a sopravvivere nel traffico. Eh già perchè per essere un’intelligenza artificiale guida davvero bene.

Il laboratorio di visione artificiale e sistemi intelligenti VisLab (vislab.it) che collabora con L’Università di Parma ha presentato il primo prototipo mai realizzato di auto completamente autonoma. Si chiama BRAiVe e guida da sola nel traffico, rispetta il codice stradale, evita gli ostacoli ed i pedoni, mantiene le distanze di sicurezza e segue correttamente la sua carreggiata. Cosa non da poco: sa anche parcheggiare discretamente.

Dotata di dieci telecamere, tre laser a singolo piano, un laser a quattro piani, sedici fasci laser, sistemi Dgps e Imu, è in grado di riconoscere l’ambiente circostante e gli ostacoli incontrati lungo il percorso.

L’auto dispone di videocamere e laserscanner sul fronte per individuare le auto che precedono. Le telecamere laterali invece (poste su scocca e specchietti) controllano i possibili mezzi che si avvicinano dai restanti tre lati. Inoltre, tali telecamere, permettono comode operazioni di parcheggio. Un sistema GPS provvede ad individuare in ogni istante la posizione del veicolo rispetto alla strada.

In particolare, con il veicolo BRAiVe il laboratorio dell’ateneo parmigiano ha avviato la sperimentazione di una nuova tecnologia (Upda – Unified Perception and Decision Architecture) mirata ad incrementare, contemporaneamente, il livello percettivo del veicolo, mediante la fusione di diversi sensori, e il livello decisionale, grazie ad una rappresentazione tridimensionale del mondo.

2 settembre 2009

Motorismo: I compromessi iniziali del progetto

Rubrica: Motorismo

Titolo o argomento: I compromessi iniziali del progetto

Inizialmente, in un nuovo progetto di un motore, si deve tener conto dei carichi imposti dalla pressione dei gas, i carichi imposti dalle forze di inerzia e dalle dilatazioni termiche. Allo stesso tempo si devono evitare pesi e volumi eccessivi, nonché costi alti.

E’ fondamentale ottenere una struttura solida di cui solo in un secondo momento si andranno a calcolare i dettagli. La buona riuscita di un progetto dipende dall’abilità e dall’esperienza del progettista, dal numero di prove sperimentali eseguite e, sottolineamo ancora, dal fondamentale compromesso con i costi di fabbricazione e di assemblaggio. Infatti se si vuole ottenere un vantaggioso rapporto resistenza/costi ci si deve spingere ai limiti della progettazione con “coefficienti di sicurezza” del progetto piuttosto bassi.

Questo significa che se si andrà a sollecitare in maniera non prevista un organo come la biella ad esempio (è il caso delle note elaborazioni stradali…) sarà molto facile romperla. Basterà raggiungere un numero di giri poco più elevato di quello al quale interviene il limitatore.

Le principali rotture in un motore avvengono per fatica nelle zone presso le quali si ha un’elevata concentrazione di tensioni. Purtroppo non è possibile calcolare con estrema precisione le sollecitazioni massime pur essendo i carichi noti al progettista. Questo perchè i calcoli vengono notevolmente complicati dall’incertezza sulla distribuzione dei carichi. Immaginate infatti che i carichi variano con il tempo in una struttura (il motore) che oltretutto è flessibile. Pertanto i normali carichi considerati dai progettisti sono aggravati dalla flessione e dalle vibrazioni che si vengono a creare. I fattori elastici sono estremamente complessi da calcolare e questo fa sì che la prova più attendibile resti quella al banco.

Simulazione di sollecitazioni sull’albero motore (vista in sezione)

Maggiori approfondimenti alla sezione “Motorismo” della pagina “Motori“.

2 settembre 2009

Rendering: equazioni di rendering

Rubrica: Rendering -6-
Titolo o argomento: Equazioni di rendering

Si tratta di un’equazione ad opera di James T. Kajiya (introdotta nel 1986) che viene sfruttata dai motori di rendering che dispongono della G.I. Global Illumination. Questa equazione calcola la luce, presente in una particolare posizione, come la somma della luce emessa e della luce riflessa. Quest’ultima viene considerata come la luce riflessa proveniente da tutte le direzioni moltiplicata poi per il coefficiente di riflessione e l’angolo d’incidenza.

Trovi al seguente link la descrizione dettagliata dell’equazione di rendering:
http://it.wikipedia.org/wiki/Equazione_di_rendering

2 settembre 2009

Motorismo: Operare scelte logiche

Rubrica: Motorismo

Titolo o argomento: Operare scelte logiche

Un moderno motore a combustione interna, oggi, non deve soddisfare solo requisiti quali la resistenza e l’affidabilità; esso deve altresì rispettare degli standard rigorosi in merito alle emissioni inquinanti ed all’inquinamento acustico.

La ricerca si è spinta in più direzioni, dai materiali alle tecnologie di produzione (fusione, stampaggio, assemblaggio), sino alla combustione. Ottimizzare il rendimento termico di combustione è stato fondamentale negli ultimi anni per ottenere motori prestanti dai bassi consumi.

Da non sottovalutare in un progetto persino le ricerche di mercato volte a comprendere il desiderio dei possibili acquirenti, nonché le mosse della concorrenza.

Di seguito troviamo le considerazioni sulle quali si basano le scelte iniziali delle case costruttrici:

Motivazioni per un nuovo progetto;
Tipi di servizi che il motore deve soddisfare;
Requisiti di potenza e consumi;
Tipo di motore (benzina o diesel, aspirato o turbo, 2 o 4 tempi, numero e disposizione cilindri);
Tipi di combustibile utilizzati;
Stime dei costi e degli sviluppi;
Stima del tempo di realizzazione;
Stima dei costi di processo;
Valutazioni di mercato relative al periodo di commercializzazione del prodotto per verificare l’eventuale competitività.

Maggiori approfondimenti alla sezione “Motorismo” della pagina “Motori“.

1 settembre 2009

Lighting: luce diretta (controluce)

Rubrica: Lighting -8-
Titolo o argomento: Luce diretta – controluce

Si tratta di un tipo di illuminazione costituita da una fonte luminosa posizionata posteriormente al soggetto ripreso. Come abbiamo spiegato nei precedenti articoli, la fonte luminosa, può essere sia artificiale e posta all’interno di uno studio, sia naturale: il sole.

Un esempio di tecnica controluce è la “silhouette” (foto sopra), tuttavia, pur essendo molto diffusa, non è l’unica. Infatti niente impedisce di illuminare un soggetto sia posteriormente, sia con altri punti luce, magari più tenui, sul fronte (foto sotto).

Per ottenere effetti come quello della seconda foto, si può ricorrere all’uso di particolari pannelli riflettenti (di cui parleremo in maniera approfondita in seguito), oppure aggiungere un altro punto luce in posizione angolata, o ancora utilizzare un punto luce che riflette su ombrellini da studio o che illumina l’interno di un soft box. Infine un altro punto luce potrebbe essere anche solo il flash di una reflex opportunamente regolato.

In questi primi articoli ci soffermiamo prevalentemente sulle posizioni assunte dalla luce in uno studio fotografico, un set, o fuori all’aperto. Delle attrezzature parleremo meglio in seguito.

Continua…

1 settembre 2009

Motorismo: Introduzione alla progettazione di un motore

Rubrica: Motorismo

Titolo o argomento: Brevi cenni semplificati di introduzione alla progettazione di un motore 4 tempi

Il metodo

Si parte dalla definizione delle idee realizzando schizzi a matita. Volendo si potrebbe anche partire da disegni CAD essendo quest’ultimi modificabili, tuttavia il vecchio buon metodo della “Matita” è molto più veloce e adatto a schizzi iniziali. Bisogna avere una buona confidenza con la matita ovviamente.
Si effettua un primo dimensionamento attingendo a dati relativi ai precedenti progetti già presenti nella banca dati. Quando non si dispone di una raccolta di dati relativi ad altri lavori, si impostano valori non definitivi per eseguire i primi tentativi.
Si imposta il problema strutturale. E’ necessario definire i carichi cui la parte da progettare sarà soggetta. In seguito si effettueranno le dovute verifiche.
Si effettua una verifica classica (vedremo nei prossimi articoli di cosa si tratta). Grazie a questo passaggio è possibile risalire al dimensionamento corretto di ogni componente affinché vi sia la dovuta resistenza alle sollecitazioni.
Si procede con il disegno CAD utilizzando un approccio parametrico. Il disegno 3D sarà associato ad una tavola bidimensionale (CAD associativo), questo significa che ogni volta verrà eseguita una modifica sul 3D anche le tavole si aggiorneranno automaticamente.
Infine si esegue la verifica FEM (analisi agli elementi finiti) o GEM (analisi agli elementi geometrici). I programmi di calcolo agli elementi finiti permettono di tenere conto, per le verifiche, della reale geometria della parte che andiamo a progettare. Questo permette di mandare in produzione (o perchè no, alla prototipazione rapida) un pezzo appena disegnato e verificato restando certi della sua buona attendibilità. Le ultime parola ovviamente spettano sempre alla sperimentazione.

Maggiori approfondimenti alla sezione “Motorismo” della pagina “Motori“.

31 agosto 2009

Che cos’è il Powershift

Rubrica: Incominciamo a parlare di automobili -16-

Titolo o argomento: Il dispositivo Powershift nei cambi sequenziali

Se un tempo i dispositivi più sofisticati si trovavano solo ai livelli alti delle competizioni, negli ultimi anni molte risorse tecnologiche sono state rese disponibili già nei campionati nazionali ed europei. E’ il caso del Powershift o Ignition Cut, un dispositivo tanto semplice quanto importante per le cambiate di marcia più veloci che potete immaginare.

Si tratta di un dispositivo che viene accoppiato ai cambi sequenziali, ossia quei cambi laddove per salire o scendere di marcia si da uno strattone deciso indietro o in avanti. In questi cambi, tanto per capirci, non è possibile passare direttamente dalla quinta alla seconda senza passare per tutti i rapporti intermedi. Proprio come nelle moto.

Il Powershift o Ignition Cut non è altro che un semplice dispositivo che, nel momento in cui si agisce sulla leva del cambio, taglia la corrente alle candele per una brevissima frazione di secondo sufficiente a permettere l’inserimento del rapporto successivo. Tagliare l’alimentazione in questo frangente è fondamentale in quanto la marcia successiva può entrare solo se si allenta leggermente la presa delle ruote dentate. In altre parole è possibile se la coppia trasmessa al cambio viene meno per un’istante.

Il Powershift permette di inserire la marcia senza alzare il piede dal gas. Un semplice interruttore provvederà a tagliare l’alimentazione per voi. I tempi si aggirano intorno ai 2 decimi di secondo.

Di recente questo genere di dispositivo è stato messo a punto persino per i kart 125cc a 6 marce sequenziali: vedi il Link.

Ben altra soluzione invece quella proposta dalla Ferrari con i cambi elettroidraulici.