Sviluppo di modelli di sistemi di sterzo servoassistiti con simulazione numerica della manovra di sterzatura = Modelling and simulation of automotive servo assisted steering systems

I veicoli possono essere classificati attraverso due categorie per le loro modalità di controllo della traiettoria: veicoli guidati cinematicamente e dinamicamente. La traiettoria dei secondi viene determinata da un sistema di sterzo che variando l’angolo di deriva imprime sullo stesso veicolo le forze necessarie ad alterarne la traiettoria in curva. La coppia da applicare a questo sistema di sterzo è in costante aumento a causa dell’aumento del peso della vettura portato dal miglioramento per questioni di safety. Da ciò ne conseguono forze maggiori sviluppate tra lo pneumatico ed il suolo, e quindi per ridurre la coppia al volante applicata dal pilota vengono introdotti nel sistema di sterzo dei sistemi di servoassistenza di diversa tipologia (sia idraulica sia elettronica). Tali sistemi ricevono in input l’angolo di torsione della barra di torsione (collocata all’interno delle colonne di sterzo). Lo scopo di questo elaborato è la creazione di un modello Simulink dove vengono implementati diversi tipi di servosterzi con le relativi analisi finali grazie agli output in uscita al termine delle simulazioni. Cio è possibile a valle di un’analisi approfondita degli elementi che compongono il sistema di sterzo con rilevazione finale delle geometrie e delle proprietà fisiche. Un particolare focus è rivolto alla connessione delle colonne di sterzo per mezzo dei giunti cardanici e all’andamento del rapporto di trasmissione. Un altro sistema meccanico che viene analizzato è la sospensione. Infatti, la sua impostazione influisce sulle prestazioni del veicolo sia in curva sia nella fase di rilascio dello sterzo, come è possibile apprezzare con le modifiche effettuate sulle sue caratteristiche e con i relativi risultati dopo le simulazioni. L’insieme di tutti i sistemi descritti fornisce in output dal modello Simulink l’angolo di rotazione delle ruote frontali ma nei vari sottomodelli sono estratti tutte le grandezze che caratterizzano in particolare il sistema di sterzo ed in generale le grandezze cinematiche relative al veicolo. Per quanto concerne l’input è stata implementata la possibilità di procedere con un approccio Steer by angle o Steer by torque. La differenza dei due approcci si basa sul tipo di manovra che si vuole simulare: lo Steer by angle viene usato per simulare manovre lente in velocità dove in gioco vi sono alti valori di angolo di sterzo (es: manovra di parcheggio); invece lo Steer by torque è un approccio ideale per velocità alte e angoli di sterzo limitati (es: correzione del volante in rettilineo). Nella parte finale del documento è presente la descrizione e l’analisi di un modello di sistema di sterzo semplificato. La soluzione della condizione di stabilità di quest’ultimo sistema può essere trovata in forma chiusa procedendo con un metodo esclusivamente analitico. Quindi segue un confronto tra i due sistemi di sterzo (semplificato lineare e complesso non lineare) così da verificare se è possibile applicare la condizione di stabilità analitica in modelli di sterzi automobilistici più articolati e realistici, ed entro quali limiti tale condizione è valida.