Riassunto analitico
Oggetto del presente lavoro di tesi è lo studio del comportamento dinamico di una trattrice agricola del gruppo CNH Industrial, al variare di soluzioni sospensive e pneumatici, in manovre di handling on-road a velocità elevate (fino a 60 km/h).
Negli ultimi anni, infatti, i trattori non vengono usati esclusivamente per le lavorazioni agricole, ma anche per trasporto su strada. Questa tendenza ha portato a un aumento delle velocità massime raggiungibili, evidenziando d’altro canto i limiti in termini di comfort, guidabilità e tenuta di un veicolo i cui sottosistemi sono sempre stati concepiti e sviluppati per ottimizzare le prestazioni su campo. Ne segue che, nel settore delle macchine agricole, gli studi riguardanti la dinamica laterale su strada sono, nella quasi totalità dei casi, ancora in fase embrionale.
Questa ricerca, nasce dunque dall’esigenza aziendale di costituire degli strumenti utili alla previsione del comportamento dinamico dei trattori, già a partire dalla fase di progettazione, procedendo all’individuazione dei criteri che consentono di migliorare la prestazione handling delle macchine. In particolare, l’obiettivo della presente attività di tesi è il confronto tra quattro tipologie di sospensione dell’assale anteriore: due architetture ad assale rigido già sviluppate dall’azienda, di cui la prima simmetrica e la seconda asimmetrica e altre due a ruote indipendenti, sviluppate dai competitors, entrambe di tipo double wishbone. Ciascuna delle quattro architetture è stata inoltre testata sul trattore con tre differenti set di pneumatici provenienti da due diversi fornitori.
A tale scopo, si sono perseguite due strade. Preliminarmente è stato sviluppato un programma su Matlab, basato sulla teoria del modello monotraccia. Esso consente di caratterizzare il veicolo ed i suoi sottosistemi tramite un numero ridotto di parametri in ingresso e restituisce in uscita informazioni sul comportamento sotto/sovrasterzante del veicolo e sulla sua stabilità. Successivamente si è lavorato in ambiente multibody, tramite il software Virtual.Lab Motion, creando un modello dettagliato del trattore e delle diverse architetture della sospensione dell’assale anteriore.
Sia nel modello monotraccia, che nel modello 3D, sono state infine testate le varie configurazioni in una manovra tipica di handling, lo steering pad. I risultati delle simulazioni sono stati confrontati al fine di valutare pregi e difetti di ciascuna sospensione e set di pneumatici.
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Abstract
The subject of this thesis work is the study of the dynamic behavior of a CNH Industrial agricultural tractor changing suspension and tire solutions, in on-road handling maneuvers at high speeds (up to 60 km/h).
In recent years, the use of agricultural tractors for on-road transportation is increasing, making the maximum achievable speed grow as well. On the other hand, it has also been highlighted the limit, in terms of comfort and driveability, of vehicles whose subsystems are usually designed to optimize off-road performance. As a result, in agriculture, lateral dynamics studies on the tractors are still in an early stage.
Therefore, this research comes from the company’s need to create useful tools able to evaluate the tractors handling behavior since the design phase, identifying the criteria that improve handling performance. Thus, the aim of this work is to compare four front axle suspension architectures. Two of them are solid axle ones already available in the company offering. The other two are double wishbone architectures developed by competitors. The tractor has also been tested with three different sets of tires.
Two studies have been done. At first, a numeric code was developed in Matlab environment, based on the single-track model (bicycle model) theory. The program aim is to characterize, through a reduced set of input data, the tractor and its submechanisms, returning information about the under/oversteering behavior of the vehicle and its stability. Next, working in a multibody environment, using the Virtual.Lab Motion software, a detailed model of the tractor and the different front axle suspension architectures have been created.
In both the single-track model and the 3D model, the different configurations were finally tested in a typical handling maneuver, the steering pad. The results of the simulations were compared to highlight the pros and cons of each suspension and tire set.
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