Studio del layout generale e dell’elasto-cinematica delle sospensioni posteriori di una vettura ibrida alto prestazionale 4WD = Study of general layout and suspension’s elasticity-kinematics for a high-performance, hybrid, 4WD vehicle

Questa tesi rientra in un progetto più ampio portato avanti dalla “Danisi Engineering”, noto con l’acronimo di “ISIDE” (Integrated System Innovation Danisi Engineering): l’obiettivo è modernizzare una vettura d’epoca (Lancia Beta Montecarlo), sostituendo il suo motore di serie con un moderno 4 cilindri 1750cc, turbo, ibridizzando il powertrain tramite due motori elettrici che agiscono sull’assale anteriore e adottando sullo stesso un sistema di torque-vectoring. Si prevede poi l’assale posteriore sterzante e tutti i sistemi ADAS di ultima generazione, nonché sistemi di brake-by-wire e steer-by-wire (anteriore e posteriore). Si è scelto di utilizzare come base una vettura esistente per risparmiare sulla realizzazione di componenti costosi, come la cellula centrale, che comunque non influenzano gli aspetti dinamici che si stanno analizzando. La scelta è infine ricaduta su una vettura storica per motivi di immagine e di comunicazione. All’interno del progetto ISIDE, obiettivo specifico di questa trattazione è lo studio del layout dei principali componenti del powertrain della vettura e di realizzare, tramite Adams/CAR, un modello elasto-cinematico di una sospensione posteriore a quadrilatero che rispetti una serie di target di benchmark. L’impostazione generale mira a posizionare nella maniera più efficace possibile i seguenti componenti: motori elettrici, pacco batterie, inverter, carica batterie, presa di ricarica, blocco motore endotermico-cambio-differenziale, serbatoio carburante, parafiamma anteriore e posteriore, sedili, volante, pedaliera e tunnel centrale. Questa operazione è di carattere iterativo ed è svolta tramite il software Solidworks: le iterazioni sulle posizioni dei vari elementi ottimizzano la distribuzione di pesi fra assale anteriore e posteriore e l’altezza da terra del baricentro, mantenendo un’abitabilità sufficiente. Questi aspetti sono fondamentali perché sono alcuni dei dati di input necessari per avviare lo studio della sospensione. Tramite l’impostazione generale, si sono definiti anche gli ingombri esterni della vettura (nonché passo e carreggiate) per garantire lo spazio necessario ad accogliere tutti i componenti. Infine, vengono scelti gli pneumatici e il sistema frenante, anch’essi indispensabili per impostare un modello di sospensione efficace. Dopo aver definito il layout della vettura, si passa alla realizzazione del modello di sospensione. Per analizzare in modo puntuale il comportamento della sospensione, si definiscono alcune prove di K&C, principalmente Parallel Wheel Travel, Opposite Wheel Travel e Static Loads. Si definiscono le caratteristiche di molle, ammortizzatore, boccole e barra antirollio al fine di raggiungere gli obiettivi di comfort e, allo stesso tempo, di tenuta di strada della vettura. Si fissano anche le frequenze proprie del sistema e il suo coefficiente di smorzamento. Per effettuare le iterazioni sulle coordinate dei punti cinematici in modo più rapido, si utilizza Adams Insight. Rispettati i target elasto-cinematici imposti, si inserisce il sistema di sterzatura EPS. Per le curve riguardanti la sterzatura, non sono definiti target specifici poiché la sterzatura posteriore, non essendo ovviamente collegata direttamente allo sterzo, non contribuisce al feeling di guida. Ultimo punto, è verificare, tramite Solidworks, che l’assieme della sospensione rispetti tutti i vincoli di ingombro, dettati dal precedente posizionamento degli altri componenti.