università degli studi di bologna facolta’ di ingegneria internet/catalogo... · 2018-04-05 ·...
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Studio ed Studio ed
ottimizzazione di un ottimizzazione di un
sistema di sistema di
compensazione di compensazione di
coppia per vetture coppia per vetture
dotate di cambio dotate di cambio
manuale automatizzatomanuale automatizzato
Tesi di Laurea di:
Aldo Stoppa
Relatore:Prof. Ing. Luca Piancastelli
Correlatori:
Prof. Ing. Franco PersianiProf. Ing. Gianbattista ScarpiProf. Ing. Gianni CalligianaProf. Ing. Davide MoroDott. Ing. Amedeo Visconti
Università degli Studi di BolognaFACOLTA’ DI INGEGNERIA
Corso di Laurea in Ingegneria MeccanicaDisegno Tecnico Industriale
Anno Accademico 2000-2001
OBIETTIVO DELLA TESI:OBIETTIVO DELLA TESI:
Valutare la possibilità di
compensare il calo di
accelerazione nei cambi di
velocità quando si utilizza
un cambio di tipo
meccanico
Svolta in collaborazione
con il reparto ricerche e
sviluppo della Ferrari
COME DISPORRE
DELL’ENERGIA NECESARIA
DOVE POSIZIONARE IL
SISTEMA DI COMPENSAZIONE
DI COPPIA
Quesiti di base
ANALISI DEL PROBLEMA E
SCELTA DELLA CONDIZIONE
CRITICA
ANALISI DEL PROBLEMA
TEMPO DI CAMBIATA RIDOTTO
“COLPO” NELLE CAMBIATE
Nella guida sportiva non si ricerca il
confort
CAMBIO MANUALE AUTOMATIZZATO
Nella guida tranquilla si
ricerca il confort
IN TUTTI I CAMBI DI TIPO MECCANICO
Qual è il fenomeno in esame?
SCELTA DELLA
CONDIZIONE CRITICA
Cambio
manuale
automatizzato
Ricerca di
una guida
tranquilla
Cambiata al 30% della coppia massima
CONDIZIONE CRITICA:
0
5
10
15
20
25
30
35
0 2 4 6 8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
33
35
37
39
41
tempo [s]
co
pp
ia [
%]
COME DISPORRE
DELL’ENERGIA NECESSARIA
•“Soluzione elettrica”
•“Soluzione idraulica”
•“Soluzione idrostatica”
•“Soluzione inerziale”
•“Soluzione elastica”
•Utilizzare i gas di scarico
•Doppia frizione
DOVE POSIZIONARE IL
SISTEMA DI COMPENSAZIONE
DI COPPIA?
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
tempo
[rp
m]
giri motore giri primario giri obbiettivo
Per evitare problemi di sincronizzazione:
Lo posiziono sull’albero secondario del
cambio o comunque a valle di questo
SOLUZIONE IDRAULICA:
Calettata su ruota libera e riduttore
Tempi di intervento eccessivi
Calettata in modo stabile sul secondario
Perdite per ventilazione
•pompa ad ingranaggi
Costituita da:
•Turbina ad azione
•Accumulatore idropneumatico
Per
•Determinare le perdite di ventilazione
•Valutare la possibilità di utilizzare una ruota
dentata come girante
1. Allestimento
banco prova
PROVA SPERIMENTALE:
Fasi:
2. taratura
3. misurazioni
Misurazioni:
1. Caratteristica meccanica
•Taratura
Velocità di rotazione
Co
pp
ia
2. Perdite per ventilazione
curva
velocità-tempo
•Derivazione
numerica
• - perdite meccaniche
•Inerzia
Misurazioni:
•Lancio il sistema
•Lascio che si arresti
•Con e senza girante
tempo
ve
loc
ità
ro
tazio
ne
velocità di rotazione
co
pp
ia p
ers
a
Risultati della prova
sperimentale:
1. Perdite per ventilazione
2. Confronto con ruota dentata
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1044093608280720061205040396028801800720
[rpm]
[W]
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
3960360032402880252021601800144010807203600
[rpm]
[Nm
]
ruota dentata turbina
ù
Altri risultati della prova sperimentale:
1. Rendimento massimo con α=10°e β=0°
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
3960360032402880252021601800144010807203600
[rpm]
ren
dim
en
to [
%]
alfa=0 alfa=5 alfa=10 alfa=15 alfa=20 alfa=30 alfa=45
Dimensionamento
dell’accumulatore:
•Trasformazione adiabatica
•Precarica
• Pressione massima
•Temperatura
•Volume utile
3 litri
Ottimizzazione
dell’accumulatore:
•Analisi agli
elementi finiti
•Materiale composito
•Metodo dell’avvolgi
mento
Valutazioni indicative dei
pesi e dei costi
Ipotesi:
� lubrificazione a carter secco
• Rendimento
• Compattezza
• Pompa di recupero
� Integrazione con il sistema oleodinamico già presente
• Elettropompa
• Accumulatore
• Altri componenti
+
+
+
+
778.0006.9Totale
100.0000,3Turbina
428.0004Accumulatore
250.0002,6Pompa
Costo [£]Peso [kg]
Conclusioni
� E’ possibile compensare la coppia nei cambi di velocità:
La guida è confortevole
� Il volume dell’accumulatore si può ridurre significativamente se si aumenta il diametro della girante
La girante può essere una ruota
dentata del
cambio (46% rispetto alla Pelton)
Tuttavia
� Maggiore complicazione meccanica del cambio
� Ingombro dell’accumulatore
� Potenza assorbita dalla pompa
� Potenza persa per ventilazione.
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