Ralph DTE - Design Technologies Engineering

17 aprile 2009

Sensori inerziali: accelerometro e giroscopio

Rubrica: Telemetria (sensori di spostamento)
Titolo o argomento: Sensori basati su potenziometro lineare

L’importanza dell’acquisizione di dati in una corsa moderna è indiscussa. I dati possono essere utilizzati non solo per confermare feedback dal conducente, ma anche per quantificare problemi. Un ingegnere di pista che ha buoni dati dalla sua telemetria ed ha una buona familiarità con le misure entro le quali deve trovarsi il veicolo, sa come intervenire in ogni situazione e con maggiore precisione quanto più è precisa la telemetria stessa. Questo aiuta a portare il veicolo più vicino alle sue prestazioni ottimali nel limitato tempo di prova e pratica permesso. Lo stesso si fa confrontando gli effetti di vari schemi di guida. Gli aspetti del comportamento dei veicoli possono essere valutati dai cosiddetti “studi inerziali,” studiando l’accelerazione e il movimento della macchina.

Misure di accelerazione longitudinale e laterale mostrano semplicemente quanto duramente la macchina sta frenando, girando, e accelerando.
Analisi dettagliate dell’accelerazione laterale mostrano il bilanciamento della vettura durante le curve.

I dati necessari per gli studi inerziali vengono dai sensori che rilevano la velocità delle ruote e dai sensori inerziali. I sensori inerziali includono accelerometri e “rate sensors” chiamati comunemente giroscopi.

Accelerometro
Un accelerometro può essere posizionato per misurare:

Accelerazione longitudinale (per studiare accelerazione e decelerazione del veicolo). Vedi anche il Beccheggio sul nostro sito del reparto corse.
Accelerazione laterale (per studiare come sta girando l’auto lungo la curva). Vedi anche Rollio e Imbardata sul nostro sito del reparto corse.
Accelerazione verticale (per sapere come stanno lavorando le sospensioni). Vedi anche il fenomeno di Pompaggio sul nostro sito del reparto corse.

Posizionamento accelerometro

Un’alternativa all’utilizzo di un accelerometro per misurare l’accelerazione longitudinale è ricavarsi la derivata della velocità misurata. Questo è incluso in un Math Channel presente nel software di Analisi PI Version 6 di PI Research. Tuttavia qualsiasi inesattezza nella misura della velocità di ogni ruota data ad esempio dal bloccaggio di una ruota o dalla crescita del diametro di un pneumatico in seguito al surriscaldamento, o ancora inesattezze dovute agli effetti che si manifestano nella percorrenza della curva porteranno a una valutazione imprecisa dell’accelerazione longitudinale.

Accelerometro a 3 assi PI Research

Accelerometro giroscopio Pi Research della F1 degli anni ’90

Giroscopio

Un giroscopio misura il tasso angolare di svolta. Ad esempio, se un giroscopio sta girando ad un tasso di una rotazione (360°) ogni 10 secondi, allora misurerà 36 livelli al secondo. I cambiamenti agli angoli di rollio, imbardata e beccheggio su una macchina con sospensioni rigide, sono generalmente piccoli, e quindi non vengono misurati nel modo migliore utilizzando un giroscopio.

Posizionamento giroscopio

Giroscopio PI Research

Esempio

Riprendiamo l’esempio dell’articolo precedente (Telemetria parte 3) e ricordiamo che la sezione del tracciato presa in considerazione corrisponde al momento in cui il pilota, a seguito di un errore, è andato abbondantemente sul cordolo creando forti oscillazioni sulle sospensioni lato sinistro. Come stiamo per vedere in questo articolo, il pilota ha causato una perdita di velocità improvvisa evidenziata nel primo dei due grafici (nell’immagine in basso) da un improvviso scalino sul diagramma della velocità. Ma non solo: questa volta sotto il diagramma della velocità, abbiamo impostato il diagramma “Lateral G” ossia il diagramma dell’accelerazione laterale. Quest’ultima viene rilevata dall’asse perpendicolare al senso di marcia dell’accelerometro. Cosa osserviamo sul grafico dell’accelerazione laterale? Finché il grafico si trova sotto lo zero, la vettura sta sterzando a sinistra. Sopra lo zero la vettura sta sterzando a destra. Vediamo che il grafico passa per lo zero in quanto il pilota che inizialmente sterzava verso sinistra, dopo essere passato sul cordolo, inizia a sterzare verso destra per entrare nella curva successiva. Più è alta la tenuta di strada della vettura e più il grafico si allontana dallo zero (stiamo parlando solo dell’accelerazione laterale al momento). Quando il grafico si trova nei pressi dello ZERO il pilota procede in un rettilineo, o si trova nell’istante (come in questo esempio) in cui passa da una curva a sinistra ad una verso destra (o viceversa), o ancora, sta perdendo aderenza… Ovvero il suo sistema: telaio-sospensioni-gomme non sta funzionando a dovere e scivola.

Accelerometro - Esempio telemetria

Accelerometro: esempio telemetria

Copyright
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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
La differenza tra la telemetria ed il rilevamento dati
Sensori di spostamento: Potenziometro lineare
Sensori inerziali: Accelerometro – Giroscopio
Sensori di spostamento: LVDT linear variable differential transformer
Sensori per l’aerodinamica: Tubo di Pitot
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

15 aprile 2009

Moto TURBO “low cost”: passione a costo zero – 3

Rubrica: Le nostre prove
Titolo o argomento: Moto turbo – parte terza

Si gira la chiavetta, si preme start, il motore non esita un solo istante e va in moto… Suona bene, preciso, accattivante. Qualche colpo di gas e si avvertono subito le intenzioni di questa moto. Sergio ci racconta la sua esperienza di Guida dopo aver percorso pochissima strada dal termine della realizzazione del modello. Dice: “Non si tratta di una moto inguidabile come molti pensano; la modesta sovrapressione data dalla presenza del turbo non si avverte nemmeno ai bassi dove il motore gira rotondo e la moto risulta guidabile. Ai medi regimi la spinta diventa corposa ma con garbo. La forcella si estende ed il gusto è garantito.” Il problema della ciclistica – continua Sergio- è nel carattere per così dire sottosterzante di questa moto. Un problema che aveva anche da originale e che sta pensando di risolvere con nuove modifiche che affronterà quest’anno. Il modello non è quindi definitivo e subirà tutta una serie di affinamenti per scoprire dove può condurlo una passione così forte. In previsione nei prossimi mesi a venire c’è la partecipazione a diversi moto raduni di Honda elaborate…

Moto Special - Moto turbo a bassa pressione

Non vediamo l’ora di scoprire in seguito le nuove impressioni di guida di Sergio e tutti i lavori che sta minuziosamente mettendo in cantiere per il futuro. Tanti, tantissimi complimenti a Sergio per il favoloso lavoro di artigianato che conquisterà il cuore di molti lettori appassionati 😀

Un ringraziamento particolare va a Sergio Fileni della Officina Meccanica Fileni di Jesi per l’intervista concessaci e tutto il tempo dedicato allo smontaggio di alcune parti per effetturare scatti più chiari possibili.

Link correlati:

Moto turbo “low cost” – parte 1
Moto turbo “low cost” – parte 2
Moto turbo “low cost” – parte 3

15 aprile 2009

Moto TURBO “low cost”: passione a costo zero – 2

Rubrica: Le nostre prove
Titolo o argomento: Moto turbo – parte seconda

E’ stato montato un Turbocompressore frutto di più parti correttamente abbinate tra loro: Il compressore è un IHI di una Lancia Delta, la turbina è una Garrett presa da una vecchia Mini De Tommaso. Le giranti sono state fresate per essere portate alla dovuta dimensione e sono state riequilibrate su un apposito macchinario per l’equilibratura. Il carburatore proviene da una Renault 5 GT turbo. Ottimo per la situazione.

Importante inoltre il lavoro condotto per raccordare tutte le tubazioni che dal compressore raggiungono i collettori di aspirazione. I collettori di scarico sono stati anch’essi ottenuti artigianalmente. Non manca la valvola POP OFF per far sfiatare all’esterno la sovrapressione in aspirazione nel momento in cui si chiude il gas e la valvola WASTE GATE che permette di non superare il valore della sovrapressione impostato. In questo caso ci aggiriamo intorno ad una sovrapressione di 0,4 Bar. Un valore non incisivo per l’affidabilità e la guidabilità della moto. Con questo valore è stato possibile evitare modifiche ai pistoni e al rapporto volumetrico di compressione.

L’alloggiamento del turbocompressore non è stata un’operazione facile. E’ stato collocato in basso sul fronte vicino al basamento e poco dietro la ruota anteriore. Questa scelta ha permesso di realizzare i dovuti collettori e le dovute tubazioni in modo più semplice evitando loro percorsi tortuosi che sarebbero complici di grandi perdite di carico del fluido. E’ stato aggiunto un scambiatore aria/olio per mantenere l’olio motore ai corretti valori di viscosità. Il radiatore in questione deriva da una Citroen Diane.

A livello di ciclistica si è operato sulla sospensione posteriore alzando il corpo della moto sul retro in modo da distribuire un maggior peso all’avantreno che accusa facili allegerimenti. La carena sopra i fari anteriori deriva da uno scooter, è stata tagliata, sagomata, modificata per l’esigenza. I gruppi ottici sono stati ricavati da una Yamaha e muniti di lampadine allo iodio. Anche il serbatoio è stato elaborato. La parte superiore dove allogia il tappo è stata tagliata e vi è stata applicata la parte superiore di un serbatoio della Aprilia Futura mentre il tappo del serbatoio proviene da una Gilera SP02. Questo ha permesso di ricavare un maggiore spazio per il casco quando ci si carena in velocità. Il vecchio tappo era troppo sporgente per poter permettere di rannicchiarsi sul serbatoio.

Il codone posteriore è di una Suzuki GSX (il famosissimo codone a goccia che caratterizzava Suzuki e Aprilia fino a qualche anno fa) anch’esso opportunamente modificato. Le selle (pilota e passeggero) sono state costruite anch’esse a mano ed adattate sulle nuove carene. Il faro posteriore sfrutta il corpo di un faro fendinebbia posteriore di una Peugeot 206. La ciliegina sulla torta è indubbiamente data dalla presenza del manometro del turbo sul cruscotto tra il tachimetro ed il contagiri.

Un lavoro mostruoso condotto solo ed unicamente per passione negli ultimi anni ed allo scopo di riuscire a preparare una moto esclusiva a costo ZERO.

Continua… Le sensazioni a motore acceso.

Link correlati:

Moto turbo “low cost” – parte 1
Moto turbo “low cost” – parte 2
Moto turbo “low cost” – parte 3

15 aprile 2009

Moto TURBO “low cost”: passione a costo zero – 1

Rubrica: Le nostre prove
Titolo o argomento: Moto turbo – parte prima

Più andiamo avanti e più, qualunque cosa intendiamo fare, costa caro… La bravura di un tecnico, di un motorista, di un meccanico, di un ingegnere, sta nel riuscire a realizzare una propria idea utilizzando al massimo le proprie conoscenze e la propria esperienza. Non tutti però ci riescono. Un professore di tecnologia meccanica dell’Università Politecnica delle Marche disse durante una lezione: “Un bravo Ingegnere Meccanico è colui che sa fare con 10 euro quello che una persona normale fa con 100 euro”. Insomma un bravo ingegnere è un ottimizzatore che, a parità di qualità, ottiene un risultato più che buono spendendo molto, molto meno. Più difficile invece, è trovare un tecnico che con il solo uso delle sue competenze artigianali, realizza un prodotto che trasuda passione…

E’ il caso di Sergio Fileni dell’Officina Meccanica Fileni di Jesi il quale partendo da un’ Honda VF di oltre 20 anni fa è arrivato, nel giro di qualche anno, ad una Naked FUORISERIE unica nel suo genere. Non si tratta semplicemente del fatto che il motore sia stato trasformato artigianalmente in un propulsore turbo. Si tratta del fatto di esserci riusciti a costo ZERO.

Sarebbe stato facile -dice Sergio- acquistare un apposito (e spesso costosissimo) KIT di elaborazione e montarlo. Al contrario non è stato affatto facile riuscire in un sogno ricavando un prodotto finito, funzionante e con un fascino dal sapore corsaiolo, utilizzando solo ed esclusivamente pezzi recuperati durante il lavoro quotidiano in officina.

Continua…

Moto Special - Moto turbo a bassa pressione

Link correlati:
Moto turbo “low cost” – parte 1
Moto turbo “low cost” – parte 2
Moto turbo “low cost” – parte 3

14 aprile 2009

I supporti motore e le vibrazioni

Rubrica: Incominciamo a parlare di automobili -8-

Titolo o argomento: Quelle vibrazioni che sanno di vecchio, e invece…

Iniziate ad accorgervi che la vostra amata vettura (amata per gli appassionati…) vibra, è più rumorosa talvolta ruvida nell’utilizzo. Non sempre la causa è imputabile a gravi e costosi problemi. Alle volte si tratta solo e semplicemente di un banalissimo supporto motore che ha terminato il corso della sua vita utile. Il motore sta su ma il tampone di gomma è quasi totalmente compresso.

Risultato?

Le vibrazioni indotte dal motore o dalla strada non vengono più adeguatamente smorzate, le marce entrano male perchè il motore non si trova nella sua posizione corretta, fastidiosi rumori metallici echeggiano nell’abitacolo e sembrano provenire proprio dal vano motore.

Certo le cause potrebbero anche essere altre, quindi

come capire se si tratta di un supporto motore?

Fateci caso… quando avviate il motore, quest’ultimo sobbalza? E quando lo spegnete anche peggio? Sentite che non appena girate la chiavetta per spegnerlo, uno scossone accompagna lo spegnimento? Se vi muovete in prima marcia lentamente, alle volte, vi capita che accelerando si senta una vibrazione metallica quasi come se due pezzi di ferro battessero? Nonostante la frizione nuova le marce entrano ma si fatica un pò di più sulla leva?

Probabilmente la vostra vettura ha percorso molti chilometri oppure ne ha percorsi pochi ma tutti in centro tra san pietrini e buche…

Comunque sia non preoccupatevi, non si tratta di un pezzo costoso. Un piccolo problema che si risolve con pochi euro e chi vi ridona il piacere della guida di una vettura che sembra scorrere su una tavola d’olio, precisa, pulita, silenziosa… Così piacevole da farvi chiedere: “E io volevo cambiarla? Per colpa di un pezzo rotto che costava (prezzo indicativo) sui 70 80 euro?”

L’unico peccato è che non è un lavoro che si può fare a casa. Ci vuole un meccanico affidabile che disponga ovviamente di una gruetta per sorreggere il motore mentre il supporto da sostituire è sganciato, e un paio di cavalletti di sicurezza qualora la vettura sia stata sollevata con un crik. Certo è che se conoscete quanto appena spiegato renderete più difficile la vita a qualche furbacchione che vuole farvi spendere centinaia d’euro o peggio, farvi sostituire l’auto…

14 aprile 2009

La fibra di carbonio è un tessuto…

…e chi la lavora è come un sarto

Se prendete un fazzoletto di stoffa e lo stendete bene su un tavolo noterete alcune cosette interessanti provando a tirarlo prima nel senso dell’ordito, poi nel senso della trama ed infine in diagonale. Tirandolo nel senso dell’ordito riscontrerete una grande resistenza e rigidezza. Tirandolo nel senso della trama la sia resistenza che rigidezza saranno assai inferiori al caso precedente. Infine, tirando in diagonale, troverete resistenza e rigidezza pressochè nulle…

Il motivo risiede nel fatto che sia nel senso dell’ordito che in quello della trama, si tirano i fili per pura sollecitazione di trazione mentre tirando in diagonale si ha la deformazione di una serie di mini parallelogrammi che, da quadrati, diventano romboidali.

I sarti conosco molto bene queste proprietà dei tessuti infatti quando vogliono ottenere un vestito dalle forme rigide e squadrate, tagliano la stoffa per dritto; al contrario quando vogliono ottenere forme morbide, flessuose, la tagliano di sbieco.

Il telaio di una monoposto è fatto in fibra di carbonio che è un tessuto… Esso presenta esattamente le caratteristiche di cui abbiamo parlato brevemente sopra. Non l’avreste mai detto eh?

10 aprile 2009

Sensori di spostamento: potenziometro lineare

Rubrica: Telemetria (sensori di spostamento)
Titolo o argomento: Sensori basati su potenziometro lineare

Talvolta chiamato estensimetro, il sensore con potenziometro lineare è disponibile in varie misure e con varie gamme di misura per soddisfare diverse applicazioni quali il rilevamento della marcia inserita, la posizione dell’acceleratore o il movimento della sospensione. L’elemento che opera il rilvemanto è un film di plastica conduttivo vincolato ad un convenzionale dispositivo a filo avvolto (wire-wound) per dare una risoluzione (ossia la precisione nel rilevamento del dato) elevatissima ed una notevole vita operativa del sensore stesso. Ogni sensore è fornito di 150mm di cavo che termina con un raccordo del tipo: AS Micro Lite HE. I sensori sono equipaggiati con due appositi sostegni per il montaggio.

Esempio

Nell’immagine sotto vediamo una schermata della nostra telemetria che si riferisce esattamente alla corsa della sospensione posteriore sinistra nel punto del tracciato indicato dalle frecce rosse (mappe lato destro). Nello specifico caso la vettura ha preso un cordolo troppo abbondantemente (con le ruote di sinistra) provocando un’eccessiva compressione delle sospensioni (non prevista dal setup) che possiamo ben rilevare sul grafico dai picchi tracciati grazie ai potenziometri lineari (a volte chiamati estensimetri). Il potenziometro lineare viene quindi montato ai capi di ogni ammortizzatore e registra istante per istante quando l’ammortizzatore stesso si sta comprimendo trasformando in segnale elettrico ogni misura rilevata. Nell’immagine vediamo due grafici: il primo indica la velocità che aveva la vettura da corsa nel tratto di pista evidenziato. Notiamo che la velocità stava scendendo gradualmente fino al punto in cui, urtando eccessivamente il cordolo, la velocità subisce una diminuzione improvvisa (rappresentata dallo scalino) alla quale corrisponde, nel grafico sotto, una serie di oscillazioni anomale del corpo sospensione con picchi che la vedono alternarsi in situazioni di completa estensione e compressione. Attenzione alla lettura, va fatta al contrario ovvero la misura indicata nell’asse delle ordinate indica la corsa rimasta dell’ammortizzatore.

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.

8 aprile 2009

Le 3R della sostenibilità: Ridurre

Rubrica: The expert on the salmon
Titolo o argomento: Le 3R della sostenibilità – parte 2

Ridurre

La riduzione dei rifiuti è infatti il primo passaggio da perseguire per raggiungere l’obiettivo. Sembra banale ma la riduzione dei rifiuti va pianificata con una riduzione degli imballaggi e delle dimensioni dei prodotti. E’ interessante fare un esempio per capire l’impatto economico di tale scelta.

Prendiamo una scatola di cioccolatini:

Siccome sono cioccolatini buonissimi e di alto target, il nostro esperto di marketing opta per utilizzare una scatola grande, bella e voluminosa, e all’interno ricoprire ogni cioccolatino con un involucro personalizzato. Questa scelta di marketing porta svantaggi a tutti i partecipanti della catena del valore del cioccolatino. Il fabbricante avrà un alto costo per comprare la scatola, per confezionare ogni cioccolatino uno a uno eccetera. Inoltre essendo la scatola molto grande aumenterà il costo del trasporto, già che saranno necessari molti camion, furgoncini e occupazione di magazzino per una piccola quantità di prodotto. Questi costi saranno ovviamente ricaricati sul prezzo finale del prodotto, aumentandolo pesantemente rispetto al valore del solo cioccolatino senza aggiungere nessun valore al prodotto. Nessuno è interessato alla carta del cioccolatino, si getta al momento di scartarlo.
Questo senza considerare il costo “ambientale” dato dal processo di fabbricazione delle scatole e degli imballaggi, oltre allo smog generato da un utilizzo superiore al dovuto di mezzi di trasporto.
In definitiva, si provoca un costo economico-ambientale senza ottenere nessun beneficio.

Ma per fortuna le imprese lo sanno bene, e già da diversi anni le più reattive ed efficienti hanno saputo trasformare la riduzione degli imballaggi e delle dimensioni del prodotto in un’arma competitiva. Già, perché oltre a diminuire i propri costi, si guadagnano l’immagine di aziende rispettose dell’ambiente: una pubblicità molto vantaggiosa in una società fortemente interessata alla qualità della vita. Insomma due piccioni al prezzo di uno, diminuire i costi e salvare l’ambiente.

Un esempio di impresa che sta facendo leva sulla propria efficienza ambientale è Apple.

Come si vede nel grafico, negli ultimi 10 anni questa impresa di computer/dispositivi elettronici ha saputo ridurre le dimensione dei propri prodotti e le scatole in cui vengono imballati. Per esempio l’iPod di ultima generazione ha un imballaggio che è l’82% più piccolo del primo modello, e secondo i dati della stessa Apple, in un container ce ne vanno 5 volte tanti.
Oltre a la Apple, altre imprese tecnologiche stanno promuovendo questa politica, prime tra tutte Nokia e Samsung. E’ interessante notare come anche nelle pagine web corporative, l’attenzione al riciclaggio sia menzionato alla fine, solo dopo tutti i precedenti accorgimenti legati alla riduzione e al riutilizzo.

Articolo scritto da:
Ing. Gestionale Davide Mazzanti.

8 aprile 2009

Le 3R della sostenibilità: Ridurre Riutilizzare Riciclare

Rubrica: The expert on the salmon
Titolo o argomento: Le 3R della sostenibilità – parte 1

Ridurre

Tutti conosciamo l’importanza del Riciclaggio. Negli ultimi 20-30 anni è stata fatta molta informazione al riguardo, a partire dai bambini che già a scuola imparano a differenziare carta, plastica, vetro e alluminio. Più in generale, i media e molti organismi pubblici nelle ultime decadi hanno effettuato delle campagne di sensibilizzazione al problema dei rifiuti e dell’impatto che le nostre azioni quotidiane hanno sull’ambiente.

Ma il Riciclaggio non è che l’ultimo passaggio dei tre principali che costituiscono il processo verso un futuro privo di rifiuti. Infatti il Riciclaggio permette di recuperare solo una parte del materiale raccolto e inoltre necessita di un apporto di energia per poter essere efficace. Ad esempio per riciclare una tonnellata di carta, sono necessari quasi due metri cubi di acqua e circa 2750 kWh (Chilowattora, l’unità di misura dell’energia, equivalente all’energia fornita dalla potenza di 2.750.000 watt per un periodo di 1 ora). E’ un buon traguardo, se si pensa che per produrre una tonnellata di carta normale è necessario circa il doppio di energia (~4750kWh) e 280metri cubi di acqua. Lo stesso discorso vale per il resto dei materiali riciclabile.

Le ragioni appena descritte portano a valutare il riciclaggio come l’ultimo passo in una catena di azioni che le imprese e noi come cittadini dobbiamo compiere per raggiungere un vero miglioramento ambientale. E per non dimenticarcene, ci vengono in aiuto le iniziali delle tre parole:

Ridurre, Riutilizzare e Riciclare.

O come canta Jack Johnson “Reduce, Reuse, Recycle”.

Articolo scritto da:
Ing. Gestionale Davide Mazzanti.