Riassunto analitico
Lo scopo della presente trattazione riguarda la caratterizzazione e lo sviluppo sperimentale degli ammortizzatori monotubo KONI 2812 MKII, montati sulla Dallara F320, e la creazione di strumenti analitici per la determinazione della caratteristica di smorzamento ottimale al fine di migliorare la performance della vettura. Tale ricerca è stata svolta in collaborazione con BVM Racing.
Dopo una breve introduzione riguardante lo scopo del progetto e le relative applicazioni in ambito motorsport, l’autore fornisce una panoramica sui principali concetti teorici utilizzati per svolgere la presente analisi: in particolare, maggior importanza è stata fornita alla spiegazione dell’architettura e dei principi di funzionamento degli ammortizzatori in questione. Riguardo quest’ ultimo argomento, viene proposta una breve descrizione di un modello valvole semplificato, la cui comprensione si è rivelata utile durante le fasi di sviluppo sperimentale.
Successivamente, vengono descritte le procedure più comuni adottate per le prove a banco degli ammortizzatori: inoltre, viene chiarita l’importanza di definire ed adottare una procedura standard e consistente per tutto l’arco dei test svolti. Tra le varie opzioni disponibili, è stato adottato un controllo del ciclo basato su velocità tramite l’adozione di un input sinusoidale.
In seguito, vengono mostrati i risultati ottenuti tramite l’utilizzo del dinamometro idraulico Multimatic, la cui gestione ed elaborazione dati è stata svolta utilizzando Dynosoft2000. In questa fase il principale obiettivo è stato quello di determinare in prima battuta la caratteristica di smorzamento dell’ammortizzatore originale e seguentemente gli effetti indotti su tale caratteristica dalla modifica dei componenti interni dell’ammortizzatore. Tra le varie soluzioni testate, è emerso che le cartucce di bassa velocità e le lamelle di alta velocità siano i principali elementi su cui agire per alterare le curve di smorzamento.
Siccome le curve di smorzamento dell’ammortizzatore non forniscono una correlazione diretta con la performance della vettura, il modello ad un quarto di veicolo è stato utilizzato per il calcolo di un coefficiente di smorzamento ottimale. Tale modello, implementato su Matlab, è stato integrato all’interno di un software standalone appositamente creato per la raccolta e l’elaborazione dei dati ottenuti mediante il sistema di acquisizione dati vettura Bosch WinDarab.
In conclusione, gli effetti indotti dagli ammortizzatori sulle dinamiche vetture sono stati valutati tramite sessioni di test in pista durante le quali ammortizzatori con diverse caratteristiche di smorzamenti sono stati analizzati. La valutazione di tali effetti viene proposta tramite un caso studio nel quale, a seguito di un problema di bilanciamento vettura riscontrato presso il tracciato di Imola, viene mostrato come l’implementazione di un set di ammortizzatori caratterizzato da una curva di smorzamento differente dall’originale abbia portato benefici in termini di guidabilità.
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Abstract
The scope of the present work was to experimentally characterise and develop the Dallara F320 shock absorbers, namely the Koni 2812 MKII monotube dampers, and to create analytical tools to determine the optimal damping characteristic for each racetrack to maximize the vehicle’s handling.
The research has been held in collaboration with BVM Racing.
After a brief introduction about the project scope and the motorsport application field, the author provides an overview on the relevant theoretical concept used to conduct the present analysis: in particular, the focus has been given to the explanation of the KONI MKII shock absorber architecture, working principle and force generation mechanism. Concerning the latter subject, a brief description of a basic valve model and the associated fluid dynamics is provided, which understanding has proved to be useful during the damper’s experimental development.
Afterward, a description of the common procedures adopted in damper testing is provided; moreover, the importance of defining and adopting a standard procedure throughout the conducted test is highlighted. Among the various testing options, a velocity-based test featuring a sinusoidal input wave was adopted.
Then, the results obtained during the experimental tests are shown. The data were collected using the Multimatic hydraulic dynamometer test bench featuring Dynosoft 2000 for the data acquisition and processing. In such phase the focus was to firstly determine the stock damper’s characteristics and secondly to assess the effects caused by the modification of each internal damper component. Among all the conducted experiments, it was evidenced that the parts which are mainly responsible for the damping characteristics are the low-speed cartridges and the high-speed shim valves.
Since the damping characteristic alone do not provide a direct correlation with the vehicle handling performance, a quarter car model was adopted to calculate an optimal damping coefficient. The model was implemented in Matlab, in which a complete standalone software was created be used as a tool to display and process the main damper’s data collected by the Bosch WinDarab acquisition system.
Finally, the dampers effects on car’s performance were assessed with track test sessions where a standard set of dampers and a modified one were respectively fitted on the car. In such regard, a real case study is proposed in which a specific handling problem has been solved through the use of a modified damping characteristic.
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