La tecnologia di misura di HBK consente di ottimizzare il tirante di un veicolo

Alla gara Formula Student partecipano università di tutto il mondo,compreso il team FaSTDa (Formula Student Team dell’Università delle Scienze Applicate di Darmstadt). I team gareggiano per stabilire chi costruirà l’automobile da corsa migliore in termini di costruzione, performance e costi.

I team gareggiano nelle seguenti categorie: veicoli con motore a combustione, veicoli con trasmissione elettrica e veicoli a guida autonoma. Vantaggi per gli studenti: Fanno esperienza pratica di sviluppo, produzione e finanziamento nell'ambito dei veicoli in modo molto più approfondito di quanto non avvenga durante gli studi universitari.

Sfida

Per vincere la gara Formula Student, il Team Formula Student dell’Università di Scienze Applicate di Darmstadt ha dovuto ottimizzare il peso e la capacità portante del tirante.

Soluzione

Per determinare il carico effettivo della forza nominale applicato al tirante e la capacità di carico di flessione max. in base alla geometria del telaio, gli studenti hanno progettato un sistema di misura utilizzando estensimetri, sistema di acquisizione dati e software di HBK.

Risultato

I risultati, ottenuti usando la precisa e comprovata tecnologia di misura di HBK, sono serviti come base per le successive misurazioni dei design leggeri sul tirante.

Applicazione

Come parte integrante della gara, gli studenti di Darmstadt hanno lavorato all’ottimizzazione del peso e della capacità portante di un componente particolare del telaio: il tirante.

Il tirante allinea e stabilizza la ruota di un veicolo ed è collegato direttamente al telaio e alla ruota. Ogni tirante è costituito da due testine sferiche collegate al telaio, i due bracci del tirante e una cosiddetta “A” con un giunto sferico inserito a pressione a formare un tirante triangolare completo.

Il primo compito da svolgere è stato determinare il carico effettivo della forza nominale applicato al tirante, oltre alla capacità di carico di flessione max. in base alla geometria del telaio. A questo scopo, gli studenti hanno progettato un sistema di misura utilizzando estensimetri HBK, sistema di acquisizione dati HBK e software HBK per la visualizzazione e l’analisi dei dati.

Il sistema di misura, adattato all’applicazione, è stato successivamente installato all’interno del veicolo per raccogliere e valutare i dati in diverse condizioni di funzionamento. Questi dati e le valutazioni relative sono serviti al team come base per le decisioni da prendere relativamente alle modifiche di design da apportare al tirante.

Impostazione delle misurazioni

Il braccio del tirante è stato identificato come il punto più debole in cui è possibile misurare in modo più chiaro la deformazione. Qualsiasi deformazione di un componente, anche dovuta a compressione, provoca una variazione nella resistenza dell’estensimetro che può essere misurata come variazione nella deformazione di carico.

In questo scenario di test, gli studenti hanno collegato:

  • Due estensimetri con uno scarto di 90° sul tirante per permettere la misurazione del carico di tensione/compressione.
  • Due estensimetri sui lati opposti del tirante per la misurazione della deformazione flessionale.

Sono stati utilizzati estensimetri standard (lineari, connessi con circuito half-bridge e autocompensanti) in linea con i compiti di misura richiesti e le condizioni ambientali normali.

Gli estensimetri sono poi stati cablati e tarati rispetto alle forze nominali. In fase di taratura, i valori di forza concreti risultanti dalla deformazione sono stati attribuiti alle diverse variazioni delle sollecitazioni.

 

 

 

Fig. 2: Estensimetri lineari con circuito half-bridge per la misurazione della deformazione dovuta a tensione/compressione (d.) e le deformazioni flessionali (s.)

Misurazioni

Una volta che i tiranti forniti con gli estensimetri sono stati rimontati sul veicolo, si è iniziato a prendere le misure in condizioni il più realistiche possibile per ottenere risultati plausibili e trasferibili. Gli studenti hanno effettuato le misurazioni in condizioni ideali di bel tempo su una pista da kart con caratteristiche simili a una pista da gara in termini di superficie asfaltata e percorso.

Il team ha definito tre diversi scenari di guida che avrebbero provocato la massima deformazione possibile sui tiranti triangolari:

  1. Guida per diversi giri di pista
  2. Avvio/Stop della guida con accelerazione massima e ritardo massimo
  3. Guida in curva con frenata

Per l’acquisizione e l’analisi dei valori misurati, il Formula Team dell’Università di Scienze Applicate di Darmstadt ha usato i componenti del noto sistema di acquisizione dati QuantumX di HBK e il software di acquisizione dati catman.

Gli amplificatori degli estensimetri di questa serie sono particolarmente adatti per l’acquisizione di dati di misura precisi e affidabili da estensimetri con configurazione full-bridge, half-bridge e quarter-bridge e costituiscono la scelta ideale per tutte le misurazioni di deformazione e forza in cui la temperatura ambiente ha un ruolo importante. In combinazione con il registratore dati QuantumX e il software catman preinstallato, danno come risultato un sistema di acquisizione dati preciso e affidabile, adatto per applicazioni mobili e facile da usare in tutte le fasi operative (configurazione, visualizzazione, automazione, valutazione, gestione dati e reportistica).

Conclusione

L’analisi delle misurazioni delle forze di trazione/compressione e di flessione effettuate con il veicolo in uso hanno mostrato che i valori delle forze nominali erano plausibili, ossia era possibile che esistessero effettivamente in quella forma. La misurazione della deformazione di flessione ha mostrato che il carico di flessione sul tirante era minimo.

I risultati, ottenuti usando la precisa e comprovata tecnologia di misura di HBK, sono serviti come base per le successive misurazioni dei design leggeri sul tirante.

Info su sSTDa Racing

FaSTDa Racing è stata fondata nel 2007 da un piccolo gruppo di studenti volenterosi dell’Università di Scienze Applicate di Darmstadt. Nella stagione 2020, il team è costituito da 50 membri provenienti da molti corsi di laurea tecnici ed economici diversi. Le abilità di ogni membro completano quelle degli altri: tutti i componenti collaborano in un unico team e in modo armonioso ed efficiente alla costruzione di un’automobile da corsa ad elevata performance da portare a termine entro 8 mesi. Ogni anno FaSTDa Racing ingaggia nuovi membri e si prepara per le gare internazionali di Formula Student.


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