Riassunto analitico
In un motociclo, il gruppo composto da ruota e pneumatico gioca un ruolo fondamentale per la dinamica del veicolo: è solo grazie alla complessa interfaccia tra cerchio-pneumatico-suolo che possono nascere quelle forze e quei momenti che fanno sì che un veicolo possa essere governato, guidato, e portato al limite. Per un’azienda motociclistica, la caratterizzazione dinamica in termini di massa ed inerzia di un cerchio - che solitamente viene acquistato da enti esterni - è prassi comune. Più complessa è invece la sua caratterizzazione in termini di rigidezza. La finalità di questa attività, sviluppata in collaborazione con il Reparto Corse Aprilia, è stata quella di elaborare una procedura ed un apparato sperimentale per la caratterizzazione delle rigidezze dei cerchi motociclistici. L’estrapolazione di tali parametri ha tre scopi principali: realizzare una banca dati di confronto tra i cerchioni utilizzati in pista; analizzare come i parametri di rigidezza dei cerchi possono influire sul comportamento del veicolo nelle simulazioni di dinamica; fornire un ulteriore variabile per comprendere se l’instaurarsi di un fenomeno di risonanza chiamato "chattering" possa essere ricondotto a tali parametri. In passato, cerchi con masse ed inerzie molto simili hanno trasferito al pilota dei feedback riconducibili al fenomeno del chattering. Nella prima fase è stato analizzato il comportamento meccanico della ruota con pneumatico. Lo scopo è stato quello di capire le complesse condizioni di caricamento del cerchio in fase di trazione e frenata in funzione dell’angolo di rollio. Tale studio ha permesso di definire per via teorica il numero minimo di parametri di rigidezza necessari per la caratterizzazione del cerchio. Note le forze applicate sul pneumatico, si è cercato di sviluppare un modello analitico per la caratterizzazione della rigidezza radiale del cerchio. Tale trattazione ha evidenziato come, in mancanza di ulteriori parametri, la presenza del pneumatico, della sua struttura, e dell’aria compressa, sia necessaria per l’estrapolazione di dati che siano utilizzabili sia per le comparazioni, sia per le simulazioni. Successivamente, dopo un’analisi di fattibilità, a fronte delle problematiche evidenziate in una prima fase di sperimentazione, è stata definita la strada progettuale per l’apparato sperimentale. Dati dei vincoli come input forniti dall'azienda, sono stati sviluppati, a partire da un foglio bianco e tramite l’ausilio di software di modellazione solida e FEM, tutti i componenti necessari per eseguire le prove nel modo più versatile, ergonomico, e sicuro. Infine, sono state impostate le procedure per la campagna sperimentale.
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Abstract
In a motorcycle, the tire-wheel group plays a fundamental role for the dynamics of the vehicle: it is only thanks to the complex interface between rim-tire-ground that those forces and moments that allow a vehicle to be governed and driven can be generated. For a motorcycle company, the dynamic characterization in terms of mass and inertia of a wheel -
which is often purchased from external entities – is a common practice. On the other hand, its characterization in terms of stiffness is more complex.The purpose of this activity, developed in collaboration with the Aprilia Racing Department,
was to define a procedure and an experimental apparatus for the characterization of the stiffness of motorcycle wheels. The extrapolation of these parameters has three main purposes: to create a comparison database between the wheels used on the track; analyze how the parameters of stiffness of the wheels can influence the behavior of the vehicle in
the dynamics simulations; provide a further variable to understand whether the onset of a resonance phenomenon called "chattering" can be traced back to these parameters. In the past, wheels with very similar masses and inertias have transferred feedback to the pilot due to the phenomenon of chattering.
In the first phase, the mechanical behavior of the wheel with tire was analyzed. The aim was to understand the complex loading conditions of the wheel during traction and braking as a function of the rolling angle. This study allowed to theoretically define the minimum number of stiffness parameters necessary for the characterization of the wheel.
Known the forces applied on the tire, we tried to develop an analytical model for the characterization of the radial stiffness of the wheel. This discussion has highlighted how the presence of the tire, its structure, and the compressed air is necessary for the extrapolation of data that can be used both for comparisons and for simulations.
Subsequently, after a feasibility analysis and a first phase of experimentation, the design path for the experimental apparatus was defined. Considering input constraints provided by the company, all the components necessary to the test are developed in the most versatile, ergonomic and safe way. The design is developed from a blank sheet and with the aid of solid modeling software and FEM.
Finally, after a preliminary calibration phase, the experimental campaign was launched. The tools used were mainly weights, load cells and comparators.
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