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.