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Impostazione progettuale dell'autoveicolo

01FLXMN, 01FLXJM, 01FLXLX, 01FLXLZ, 01FLXMA, 01FLXMC, 01FLXMH, 01FLXMK, 01FLXNX, 01FLXOA, 01FLXOD, 01FLXPI, 01FLXPL

A.A. 2022/23

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica (Mechanical Engineering) - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Civile - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Energetica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Fisica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/13
ING-IND/14
3
3
D - A scelta dello studente
D - A scelta dello studente
A scelta dello studente
A scelta dello studente
2020/21
L’insegnamento si propone di fornire agli allievi conoscenze di base riguardanti il comportamento dinamico di un autoveicolo, con particolare riferimento alle prestazioni in termini di trazione, frenata, consumo energetico e comportamento direzionale. Sono oggetto di studio alcuni dei sottosistemi principali dell'autotelaio (ruote pneumatiche, trasmissioni e freni) analizzandone le funzioni, le soluzioni architetturali e costruttive più diffuse ed introducendo metodologie per il loro progetto funzionale e l'analisi del loro effetto sul comportamento dinamico del veicolo.
This course provides students with basic knowledge concerning the dynamics of a motor vehicle, with focus on the performance in terms of traction and braking, energy consumption and handling. Some of the main subsystems of the chassis are investigated (i.e. pneumatic tyres, transmission, driveline and brakes), concentrating on functions, architectures and technical solutions, and introducing methods for the design and for the analysis of their effect on vehicle behaviour.
• Conoscenza della dinamica longitudinale e laterale dell’autoveicolo e dei suoi principali componenti: pneumatici, freni, sospensioni, sterzo e trasmissione. • Capacità di: - eseguire calcoli previsionali delle prestazioni dinamiche dell’autoveicolo; - prevedere il comportamento dinamico qualitativo di un autoveicolo in relazione alla sua architettura e all’impostazione/taratura di un suo sottosistema.
• Knowledge of longitudinal and lateral dynamics of a motor vehicle and its basic components: tires, brakes, suspension, steering and transmission. • Ability to: - performing calculations about the dynamic performance of the vehicle; - predicting the trend of the dynamic behaviour of a vehicle in relation to its architecture and to the setting / calibration of a subsystem.
Sono richieste conoscenze di base nell'ambito della meccanica teorica e applicata, del disegno tecnico e dei fondamenti di calcolo differenziale e integrale.
It is assumed that students attending this course already have basic knowledge and understanding of theoretical and applied mechanics, technical drawing and of fundamentals of differential and integral calculus.
- L’ autoveicolo: definizione, sistemi di riferimento, gradi di libertà, grandezze caratteristiche. - Meccanica dello pneumatico Limiti del modello di attrito Coulombiano nel contatto pneumatico-strada, ipotesi di ruota cedevole su suolo rigido. Effetto rigidezza pneumatico, pressione di gonfiaggio e carico verticale sull'area e pressione media dell’impronta. Struttura e metodo di fabbricazione di uno pneumatico. Modello a spazzola in condizioni di scorrimento longitudinale semplice e deriva semplice: distribuzione di tensione nell'orma di contatto, andamenti delle forze a terra e del momento di autoallineamento e loro sensitività al carico verticale ed al coefficiente di attrito ruota-strada. Posizione asse di sterzo: braccio a terra longitudinale e angolo di incidenza longitudinale; effetti sulla stabilità di marcia rettilinea e sulla sensibilità alla condizione limite di aderenza. Comportamento linearizzato: dipendenza della rigidezza di deriva e della rigidezza a scorrimento dal carico verticale. Rigidezza di deriva di un assale. Scorrimento combinato, ellisse di aderenza e interazione tra forza longitudinale e laterale. Modelli empirici, asimmetria caratteristiche (ply steer and conicity), perdite per deriva, scorrimento e isteresi. - Dinamica longitudinale del veicolo Stima della posizione del baricentro (semipassi e altezza da terra) con prove sperimentali dedicate. Trazione: equazioni del moto, carichi verticali e trasferimenti di carico, resistenze all'avanzamento di un veicolo a velocità costante. Stima coefficienti di perdita tramite prova di coast-down. Potenza disponibile dal motopropulsore e potenza inerziale. Energia cinetica e massa apparente traslante di un veicolo. Motori elettrici (quadranti di funzionamento, rendimento) e termici per autoveicoli (mappe consumo specifico, rendimento utile, E-line, calcolo consumo combustibile). Trasmissione: componenti per un veicolo 2WD. Perché un cambio di velocità? Iperbole di trazione ideale e caratteristica di forza di trazione alle ruote per cambio a rapporti discreti e continui. Range di rapporti di trasmissione tipici per cambio automobilistico: esempio rapporti per 6-speed DCT e 8-speed AT. Classificazione cambi di velocità, schemi e soluzioni costruttive (MT, DCT, AT, CVT), effetto coppia e velocità sul rendimento. Pendenza massima superabile da un autoveicolo al variare dell'architettura di trasmissione: FWD, RWD, AWD ideale, AWD a ripartizione di coppia fissa. Rapporto di ripartizione ottimizzato per una data condizione di aderenza. Effetto condizioni di aderenza e fattore di ripartizione sulla prestazione. Rotismi epicicloidali e loro impiego come differenziali tra le ruote e tra gli assi. Prestazioni: accelerazione, elasticità, rapporto di trasmissione per massimizzare l'accelerazione. Criteri dei scelta rapporti trasmissione minimo, massimo e dei rapporti intermedi di un cambio di velocità: rapportatura geometrica e progressiva (teoria ed esercizio numerico). - Meccanica della frenatura Carichi dinamici in frenata: effetto standard di carico e condizioni limite. Frenatura ideale e frenata con bloccaggio delle ruote di un solo assale. Curve a decelerazione costante. Frenatura reale con ripartizione fissa. Efficienza di frenatura. Verifica grafica bloccaggio assali al variare dello standard di carico e dell'aderenza. Ripartizione fissa tra le forze frenanti dei due assali: impegno di aderenza assali e veicolo in frenata, efficienza di frenatura assali e veicolo. Specifiche di progetto sistema frenante. Correttori di frenata (limitatrice, riduttore, taratura fissa e variabile), EBD. Verifiche previste da normativa ECE 13. Tempo e spazio di arresto di un veicolo. Limiti di omologazione per frenatura di servizio e di emergenza. Componenti di un impianto frenante idraulico passivo: servofreno e pompa a doppia mandata. Curva caratteristica p-F. Rapporto di asservimento servofreno a depressione. Effetto livello di depressione sulle caratteristiche p-F, F-corsa. Ritardo di risposta e effetto rapidità di esecuzione manovra: Emergency Valve Assist, Hydraulic Brake Assist. Sistemi attivi che agiscono sui freni: ABS (layout, logica di controllo di basso e di alto livello). - Dinamica laterale del veicolo Sterzatura cinematica e dinamica. Modello a bicicletta: analisi cinematica e dinamica del moto a regime in curva. Equazione del sottosterzo e dell'assetto e relativi gradienti. Dinamica laterale lineare: risposta a regime di un veicolo allo sterzo per veicolo sottosterzante, neutro e sovrasterzante; guadagni di curvatura, di imbardata, accelerazione laterale ed assetto; velocità critica, instabilità e equilibrio in controsterzo. Dinamica laterale non lineare: effetto non linearità assali; caratteristica di sottosterzo e di assetto veicolo reale; sensitività alla coppia motrice, ai trasferimenti di carico e all'impostazione delle barre antirollio.
- The vehicle: definition, reference systems, degrees of freedom, characteristic quantities. - Tire mechanics Limits of the Coulomb friction model in tire-road contact, hypothesis of flexible wheel on rigid ground. Effect of tire stiffness, inflation pressure and vertical load on contact patch dimension and average pressure. Structure of a tire and manufacturing process. Brush model in conditions of simple longitudinal and lateral slip: stress distribution in the contact footprint, trends of the ground forces and of the self-aligning moment and sensitivity to the vertical load and the wheel-road friction coefficient. Steering axis position and its effects on straight driving stability and on sensitivity to the limit adhesion condition. Linearized behavior: dependence of cornering stiffness and longitudinal slip stiffness on vertical load. Cornering stiffness of an axle. Combined slip and interaction between longitudinal and lateral force. Empirical models, ply steer and conicity. Losses in a pneumatic tire: drift losses, slip losses and hysteresis. - Longitudinal dynamics of the vehicle Estimation of the center of gravity position (longitudinal and vertical) with dedicated experimental tests. Traction: motion equations, vertical loads and load transfers, resistances to the motion of a vehicle at constant speed. Estimation of the loss coefficients by coast-down test. Power available from the powertrain and inertial power. Kinetic energy and translating apparent mass of a vehicle. Electric motors (operating quadrants, efficiency) and thermal engines for motor vehicles (specific consumption maps, efficiency, E-line, fuel consumption calculation). Transmission: components for a 2WD vehicle. Why a gearbox? Ideal traction hyperbola and characteristic traction force on the wheels for stepped and stepless transmission. Range of transmission ratios typical for automotive gearbox: example of a 6-speed DCT and 8-speed AT. Classification of transmissions, schemes and constructional drawing (MT, DCT, AT, CVT). Maximum slope that can be overcome by a vehicle equipped with different drivetrain layouts: FWD, RWD, ideal AWD, fixed torque distribution AWD. Optimized torque distribution ratio for a given grip condition. Effect of adherence conditions and torque distribution factor on performance. Epicyclic gears and their use as differentials between wheels and axles. Performance: acceleration, elasticity, gear ratio to maximize acceleration. Criteria for the selection of the minimum and maximum transmission ratios and of the intermediate ratios of a gearbox: geometric and progressive ratio selection (theory and numerical exercise). - Braking mechanics Dynamic loads under braking. Ideal braking and braking with wheels locking on a single axle. Constant deceleration curves. Real braking with fixed brake force distribution. Braking efficiency. Graphic check of axle locking when the vehicle loading and grip change. Fixed distribution between the braking forces of the two axles: friction utilization and braking efficiency. Brake system design specifications. Braking correctors (pressure reducing valve, with fixed and variable calibration), EBD. Verifications required by ECE 13 regulations. Stopping time and distance of a vehicle. Approval limits for service and emergency braking. Components of a passive hydraulic braking system: brake booster and tandem master cylinder. Characteristic curve pressure-Force. Brake boost gain. Effect of the degree of vacuum on p-F, F-stroke characteristics. Response delay and speed of manoeuvre execution: Emergency Valve Assist, Hydraulic Brake Assist. Active systems that act on the brakes: ABS (layout, low and high level control logic). - Lateral dynamics of a vehicle Kinematic and dynamic steering. Bicycle model: kinematic and dynamic analysis of steady-state motion during cornering. Understeer and sideslip angle equation and related gradients. Linear lateral dynamics: steady-state cornering response for understeering, neutral and oversteering vehicles; gains of curvature, yaw rate, lateral acceleration and sideslip angle; critical speed, instability and balance in counter-steering. Nonlinear lateral dynamics: axle nonlinearity effect; understeer characteristic and real vehicle attitude; sensitivity to the driving torque, load transfers and setting of the anti-roll bars.
Crediti 6: 60 ore in aula/laboratorio (48 ore di lezione, 6 ore di esercitazione, 6 ore di laboratorio informatico). Gli argomenti teorici presentati durante le lezioni sono accompagnati da esempi e applicazioni. Le esercitazioni in aula permettono allo studente di verificare la comprensione delle lezioni e di implementare le tecniche di calcolo proposte. Durante le esercitazioni agli allievi è richiesto di interagire attivamente con il docente, in particolare nell'impostazione della soluzione dei problemi proposti. E' raccomandata la partecipazione sia alle lezioni teoriche che alle esercitazioni in aula e di laboratorio perché assieme concorrono al raggiungimento dei risultati dell'apprendimento attesi. Il docente è disponibile su appuntamento (contattare via e-mail) per chiarimenti sugli argomenti illustrati.
Credits 6: 60 classroom hours (48 lecture hours, 6 tutorial hours and 6 computer lab). Theoretical lectures are supported by examples and applications. During specific tutorials, students are required to apply knowledge to working context problems. The tutor will provide materials and frames for solutions. However, students are asked to interact with each other and with the tutor, especially when setting the solution. The tutor will assist students during the tutorial class hours, supporting students in their learning progression and clarifying their doubts. Attendance to both lectures and tutorials is strongly recommended, being vital to achieve the expected learning outcomes. The teacher and the tutor are available weekly during the teaching period in order to meet students for consultation; please contact them by e-mail.
- Testi di riferimento M. Guiggiani, Dinamica del veicolo, Città Studi. G. Genta, Meccanica dell’autoveicolo, Levrotto & Bella. - Testi di approfondimento G. Genta, L. Morello, The Automotive Chassis Volume 1: Components Design, Springer. Naunheimer, H., Bertsche, B., Ryborz, J., Novak, W., Automotive Transmissions, Fundamentals, Selection, Design and Application, Springer. Dispense su specifici argomenti, esercizi, alcuni semplici codici in ambito Matlab e Simscape e altro materiale didattico (immagini, schemi) sono forniti durante lo svolgimento dell'insegnamento e consultabili attraverso il portale della didattica.
Suggested readings M. Guiggiani, The Science of Vehicle Dynamics: Handling, Braking, and Ride of Road and Race Cars, Springer. G. Genta, L. Morello, The Automotive Chassis Volume 2: System Design Further readings G. Genta, L. Morello, The Automotive Chassis Volume 1: Components Design, Springer. Naunheimer, H., Bertsche, B., Ryborz, J., Novak, W., Automotive Transmissions, Fundamentals, Selection, Design and Application, Springer. Lectures notes on specific topics, exercises and other material are available on the subject page. Tutorials: texts of problems and Matlab/Simscape codes are provided on the course website before the lectures.
Modalità di esame: Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
L’esame mira a valutare la comprensione degli argomenti affrontati durante l'insegnamento e la capacità di applicare strumenti e metodi adeguati all'analisi, previsione e modellazione del comportamento dinamico di un veicolo e sarà esclusivamente in forma scritta mediante la piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus e lockdown browser). La durata dell’esame è di 120 min. L’esame si compone di tre sezioni relative a tre argomenti dell'insegnamento. Il peso di ciascuna sezione è circa un terzo del punteggio totale. Ciascuna sezione sarà composta da un certo numero di domande che potranno ricadere nelle seguenti tipologie: aperte, a riposta multipla, numeriche calcolate. Il peso relativo di ciascuna domanda verrà indicato esplicitamente nel testo. Per ciascuna domanda aperta sarà chiesto di rispondere su carta e caricare una fotografia scattata con la webcam per ogni foglio scritto. Si raccomanda di usare uno o più fogli di formato A5 orizzontale per rispondere alle domande. E’ necessario verificare che la qualità delle immagini caricate sia adeguata. Per ciascuna domanda numerica sarà chiesto di riportare dapprima il numero relativo alla soluzione richiesta e nella domanda immediatamente successiva una foto del procedimento seguito per arrivare alla soluzione. Se il risultato numerico fosse errato ma il procedimento corretto, il punteggio conseguito sarebbe la metà del punteggio associato alla domanda. Materiale ammesso durante lo svolgimento dell’esame: un documento identificativo, una ventina di fogli bianchi formato A4, biro, righello ed il formulario ufficiale dell'insegnamento scaricabile dal portale della didattica (cartella Esame). Non è ammesso l’uso della calcolatrice personale, si usi esclusivamente la calcolatrice disponibile tramite la piattaforma Exam. Non è consentito consultare appunti o libri né usare formulari diversi da quello ufficiale. Lo smartphone deve rimanere spento per tutta la durata della prova, rivolto con lo schermo verso il basso e appoggiato alla scrivania. Deve essere chiaramente visibile durante la fase di environment check prevista da Respondus. Potrà essere riacceso una volta usciti dalla procedura di esame per caricare i documenti nella sezione Elaborati. Durante la fase di accreditamento su respondus è indispensabile che si veda chiaramente nel video la scrivania e tutto l’ambiente a voi circostante, ruotando la videocamera a 360°, in alto e in basso. Il tempo a disposizione per l’esame verrà contato a partire dal momento in cui avrete concluso questa procedura preliminare. E’ stata aggiunta una domanda a riposta multipla nell’ultima sezione dell’esame per consentire di ritirarsi. Si ricorda che è comunque necessario rimanere collegati e rispettare le regole dell’esame per tutta la durata della prova. Una volta terminato l’esame, si richiede di caricare entro 15 min nella sezione Elaborati del portale della didattica la scansione, in un unico file in formato pdf, dei fogli già caricati attraverso la piattaforma exam. Rinominare il file indicando la data dell’esame, il vostro cognome e nome prima di caricarlo sul portale, rispettando il formato seguente: Esame_gg_mm_aaaa_Cognome_Nome.pdf In questa fase, potrete riaccendere ed usare il vostro smartphone per fotografare con qualità adeguata i vostri elaborati. - Virtual Classroom introduttiva 15 min prima dell’inizio programmato dell’esame il titolare attiverà una VC per introdurvi brevemente la prova. Dopodiché potrete accedere alla procedura automatica di respondus e lockdown browser. - Virtual Classroom di supporto Durante l’esame sarà attiva una VC di supporto accessibile con un apposito pulsante visibile per tutta la durata dell’esame online. - Correzione esame e visione facoltativa elaborati La correzione dell’esame verrà svolta in base alle risposte date e al materiale caricato durante la sessione di esame online con respondus e lockdown browser attivi. La sezione elaborati da sola non consente di acquisire il punteggio della domanda e verrà consultata solo in casi particolari. I risultati della prova verranno pubblicati, appena terminata la correzione, sulla pagina personale come risultati provvisori. La visione facoltativa degli elaborati sarà possibile su richiesta dei singoli studenti via email e concordando con il titolare un meeting online nei giorni immediatamente successivi alla pubblicazione dei risultati.
Exam: Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The exam aims at evaluating the understanding of the topics covered during the course and the ability to apply tools and methods appropriate for the analysis, prediction and modeling of the dynamic behavior of a vehicle and it will be exclusively in writing through the University Exam platform integrated with proctoring tools (Respondus and lockdown browser). The duration of the exam is 120 min. The exam consists of three sections relating to three course topics. The weight of each section is approximately one third of the total score. Each section will be composed of a certain number of questions which may fall into the following types: open, multiple choice, calculated numbers. The relative weight of each question will be explicitly indicated in the text. For each open question you will be asked to answer on paper and upload a photograph taken with the webcam for each written sheet. It is recommended to use one or more A5 landscape sheets to answer questions. It is necessary to verify that the quality of the uploaded images is adequate. For each numerical question, you will be asked to first report the number relating to the solution requested and in the immediately subsequent question a photo of the procedure followed to arrive at the solution. If the numerical result was wrong but the procedure is correct, the score achieved would be half the score associated with the question. Material admitted during the examination: an identification document, twenty white A4 sheets, pens and ruler and the official course form downloadable from the teaching portal (Exam folder). The use of the personal calculator is forbidden; only use the calculator available through the Exam platform. It is not allowed to consult notes or books or to use forms other than the official one. The smartphone must remain off for the duration of the test, facing the screen downwards and resting on the desk. It must be clearly visible during the environment check phase by Respondus. It can be turned on again after exiting the examination procedure to load the documents in the Elaborati section. During the accreditation phase on respondus it is essential that you clearly show in the video the desk and all the environment around you, rotating the camera 360 °, up and down. The time available for the exam will be counted from the moment you have completed this preliminary procedure. A multiple answer question was added in the last section of the exam to allow you to withdraw. Remember that it is still necessary to stay connected and comply with the examination rules for the duration of the test. Once the exam is finished, it is requested to upload within 15 minutes in the Elaborati section of the teaching portal the scan, in a single pdf file, of the sheets already loaded through the exam platform. Rename the file indicating the exam date, your surname and name before uploading it to the portal, respecting the following format: Exam_dd_mm_yyyy_Surname_Name.pdf In this phase, you can turn on and use your smartphone to photograph your papers with adequate quality. - Introductory Virtual Classroom 15 min before the scheduled start of the exam, the teacher will activate a VC to briefly introduce the test. After that you will be able to access the automatic exam procedure. - Support Virtual Classroom During the exam, a support VC will be active, accessible with a special button visible for the duration of the online exam. - Correction of examination and optional papers view The examination will be corrected based on the answers given and the material uploaded during the online exam session with active respondus and browser lockdown. The processed section alone does not allow you to acquire the score of the question and will be consulted only in special cases. As soon as the correction is complete, the test results will be published on the personal page as provisional results. The optional viewing of the papers will be possible upon request of the individual students via email and by agreeing with the owner an online meeting in the days immediately following the publication of the results.
Modalità di esame: Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
L’esame in modalità mista ha le stesse finalità e sarà basato anch'esso esclusivamente sulla piattaforma di ateneo Exam. Gli studenti in presenza, così come quelli collegati da remoto, useranno il proprio PC personale per poter sostenere l’esame accedendo alla piattaforma di ateneo Exam. I criteri, le regole e le procedure sono quindi le stesse specificate nella sezione precedente, dedicata alla modalità di esame in remoto.
Exam: Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The exam has the same purpose and in mixed mode will also be based exclusively on the University Exam platform. In-presence students, as well as those connected remotely, will use their personal PC to take the exam by accessing the University Exam platform. The criteria, rules and procedures are therefore the same as those specified in the previous section, dedicated to the remote examination method.


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