TVK PROJECT
progettazione avanzata di telai per go kart da
competizione
Relatore: Ing. Fabio Renzi
TVK Project S.r.l.
Motorsport Expotech 2008
Modena, 16/10/2008
Chi siamo
La TVK Project s.r.l. è una società “giovane” in cui sono confluite competenze di alto livello
provenienti da diversi settori:
•Motorsport
•Ricerca universitaria
•Sviluppo software
Mission
La nostra missione è quella di rendere disponibili le più avanzate tecniche
di studio dei veicoli da competizione
tramite una gamma di software specializzati per la progettazione e la messa a punto dei go kart agonistici
uniti a servizi di formazione, di personalizzazione del prodotto
e di sviluppo di soluzioni “on demand”
La linea di prodotti Kart Performance
•KP Chassis: uno strumento di progettazione completo e affidabile per chi costrusice kart da competizione.
Consente il disegno e l’analisi strutturale di telai per kart, e la previsione del comportamento torsionale e
dinamico.
•KP Studio Pro: destinato ai piloti professionisti e alle squadre corsa, è un applicazione che consente la
modellazione di un veicolo virtuale, la previsione in real time del tempo sul giro e il confronto tra diversi
setup. L’applicazione è completata con la possibilità di acquisire i dati da telemetria per il confronto tra
comportamento reale e comportamento simulato.
•KP Studio Light: basato sullo stesso concept della soluzione Pro, è destinato ai piloti amatoriali, per i quali
fornisce importanti elementi di valutazione del set-up del veicolo, coniugati alla massima semplicità di
utilizzo.
Introduzione
Il kart è un veicolo da corsa molto particolare. Sua caratteristica saliente è la
semplicità costruttiva.
•Assenza di sistemi sospensivi
•Assenza di differenziale
•Asimmetria (sedile, motore,
cuscinetti)
Il ruolo del telaio
L’assenza di differenziale e sospensioni fa si che il telaio divenga un
elemento critico ai fini dell’handling e delle performance del veicolo
•
Il telaio deve isolare il pilota dalle asperità del manto stradale
•
Assenza di sospensioni
=> La ripartizione del carico verticale
sulle quattro ruote durante accelerazione, frenata e cornering è affidata
alle proprietà elastiche del telaio
•
Assenza di differenziale => Necessità di sollevare la posteriore interna
durante la percorrenza di una curva (insieme al cinematismo di sterzo)
La tecnica di guida
Il telaio di un kart
•
•
•
•
Generalmente costituiti da tubolari metallici
Geometria prevalentemente piana
Sono soggetti ad omologazione
Il principale parametro di merito è la rigidezza torsionale [Nmm/°]
Rigidezza torsionale e handling
•
•
•
•
•
•
La rigidezza torsionale è il principale
indice delle caratteristiche elastiche di un
telaio
La rigidezza dipende dalla geometria, dal
materiale e dal diametro dei tubi utilizzati
I moderni telai offrono la possibilità di
modulare la rigidezza aggiungendo o
rimuovendo apposite barre
Sulla performance globale del veicolo
influiscono anche le caratteristiche dei
fuselli e dell’assale (rigidezza globale)
Telai “flessibili” => Adatti per circuiti con
basso grip (trasferimento carico su ruote
esterne e reazioni progressive del
mezzo)
Telai ”rigidi” => Adatti per circuiti con alto
grip (reazioni del veicolo più pronte e
miglior funzionamento dei pneumatici)
I trasferimenti di carico
•
•
•
•
I trasferimenti di carico , influenzando l’entità delle forze laterali
espletate da pneumatico, risultano importanti a i fini della valutazione
dell’handling veicolo
Kart fermo => Dovuti al cinematismo di sterzo
Kart in movimento => Dovuti alle accelerazioni
In entrambi i casi l’elasticità del telaio gioca un ruolo molto importante
nell’entità dei trasferimenti di carico
I trasferimenti di carico – Veicolo fermo
• Il meccanismo di sterzo non è
piano, ma articolato nello
spazio (caster elevato)
• Durante la rotazione dello
sterzo le ruote anteriori variano
la propria altezza
• In conseguenza, il piano di
appoggio veicolo varia e la
posteriore interna tende a
sollevarsi
La progettazione dei telai per kart
•Tradizionalmente la progettazione avviene in maniera empirica,
sulla base dell’esperienza del costruttore.
Design
•La bontà di una soluzione progettuale viene quindi valutata in
pista, ne conseguono spese di sperimentazione piuttosto
sostenute.
•I moderni strumenti di calcolo numerico possono ridurre tempi e
costi di progettazione, ma spesso sono di difficile utilizzo e
comunque troppo evoluti per trovare un impiego pratico nella
pratica progettuale industriale.
Costruzione
•Si evince quindi la necessità di disporre di un tool di sviluppo che
associ contemporaneamente una estrema facilità di utilizzo ad un
solido background scientifico.
Test
KP Chassis: un nuovo modo di progettare
La passione per il mondo del karting e le competenze tecniche maturate nel mondo delle
competizioni e della ricerca accademica hanno consentito alla TVK Project s.r.l. di mettere a punto
KP Chassis un software di progettazione di elevato livello tecnico indirizzato alle aziende costruttrici
di go kart che vogliono ottenere le massime prestazioni riducendo i costi di progettazione e di
sviluppo.
Basato su un motore di calcolo in grado di valutare, sin dalle prime fasi di sviluppo, come i
parametri di progettazione influenzino al banco o in pista il comportamento del go kart, KP Chassis
offre all’utente un concreto supporto decisionale consentendogli di modificare molteplici parametri
relativi alle caratteristiche geometriche del telaio e di verificare in tempo reale gli effetti che le
modifiche effettuate hanno sulle caratteristiche di rigidezza del telaio.
KP Chassis: progettare è più semplice
• Riduce sensibilmente le spese di gestione: KP Chassis fornisce un’ importante supporto alle
impostazioni del set up del kart basati sul metodo tradizionale del “trial and error” velocizzando e
rendendo più efficienti le regolazioni dei prototipi realizzati e consentendo, a parità di risultati, una
significativa diminuzione delle giornate di test in pista.
• Facile da usare: grazie ad una comoda interfaccia grafica 3D interattiva KP Chassis permette di
visualizzare, in modo intuitivo, sia il modello telaio su cui si sta lavorando sia i risultati ottenuti dalle
analisi effettuate.
• Grazie ad un database consultabile in ogni momento KP Chassis consente un’organizzazione
sistematica del lavoro svolto e dei risultati ottenuti.
E’ possibile salvare i dati relativi alle modifiche effettuate, confrontare le diverse soluzioni
progettuali ed individuare facilmente le scelte più importanti per migliorare le prestazioni.
Caratteristiche tecniche
KP Chassis mette a disposizione dei costruttori di kart i più evoluti metodi di calcolo
ingegneristico per la determinazione delle caratteristiche strutturali di telai e veicoli completi.
Basato sul metodo degli elementi finiti, il software consente all’utente di lavorare in maniera
facile e veloce all’interno di un’interfaccia grafica tridimensionale dove è possibile modificare le
principali caratteristiche del telaio e del veicolo e apprezzare in tempo reale gli effetti delle
modifiche sulle performance.
Grazie all’algoritmo di calcolo messo a punto dal team di sviluppo della TVK Project i tempi di
calcolo necessari sono estremamente contenuti e al tempo stesso i risultati ottenuti sono
pienamente affidabili.
Modellazione di veicolo e sottosistemi
• Il veicolo e il telaio sono rappresentati
mediante un modello fisico di pieno
dettaglio che offre una matematizzazione
eccellente del kart reale.
• I risultati dei calcoli sono quindi
pienamente affidabili e coerenti rispetto
a quanto determinato in laboratorio e in
pista.
Interfaccia grafica semplice ed efficace
• Tutte le modifiche al progetto possono
essere implementate semplicemente
cliccando sul componente interessato e
compilando gli appositi form di modifica.
• Non sono necessarie conoscenze
ingegneristiche, ma solo una conoscenza
del veicolo e dei suoi sottosistemi.
Modifica rapida delle caratteristiche del veicolo
•Attraverso l’interfaccia tridimensionale, si può
accedere facilmente ai sottosistemi del veicolo.
• Geometria, materiali sezioni e caratteristiche dei
principali componenti (pneumatici, fuselli, assale …)
possono essere modificati in maniera semplice e
veloce.
•Allo stesso modo è possibile intervenire sui
principali parametri di set-up veicolo e apprezzare
come questi ne influenzino la performance.
Editing telai
•KP Chassis offre la possibilità di editing avanzato di
un telaio, consentendo, al pari di un CAD, il disegno
e la modifica completa della geometria.
•In maniera semplice, possono inoltre essere
modificate le caratteristiche di sezioni e materiali dei
tubolari.
•All’interno del modulo è poi presente una funzione
dedicata alla quotatura del telaio, per la preparazione
delle tavole di officina.
Calcolo a rigidezza
Analisi
Parametri calcolabili:
• rigidezza torsionale globale (avantreno/retrotreno)
• rigidezza flessionale
• rigidezza dei singoli componenti
Calcolo dei trasferimenti di carico
Grazie ad un algoritmo di calcolo, appositamente
sviluppato, è possibile valutare i trasferimenti di
carico sia in condizioni statiche, dovuto quindi al
cinematismo di sterzo, sia in condizioni dinamiche,
quindi in accelerazione, frenata e percorrenza di
curva.
Le grandezze calcolate
• Mediante analisi statiche il software consente la valutazione rapida
della rigidezza sia del telaio e dei suoi sottosistemi che del veicolo
completo
• E’ possibile inoltre valutare l’entità dei trasferimenti di carico durante
varie condizioni (accelerazione, frenata, cornering)
• E’inoltre possibile confrontare i risultati ottenuti con diverse
configurazioni
Le grandezze calcolate
• Rigidezza torsionale telaio
• Rigidezza flessionale
• Rigidezza torsionale veicolo
• Rigidezza componenti
Le condizioni di carico e vincolo
•
•
•
•
Torsione telaio
Torsione avantreno
Torsione retrotreno
Flessione
•La
• La
rigidezza
rigidezza
torsionale
flessionale
viene
viene
determinata
invece determinata
come:
come:
Mf t 
K
M
Ft
z
••Mt:F:coppia
forza agente;
torcente;
z:
θ: abbassamento
rotazione della medio
sezione
p.tidelle
applic.ne
“C”
Le configurazioni analizzate
BIREL R31
CRG Blackstar
TONYKART Venox
PAROLIN Shark
Le configurazioni analizzate
Birel
R31
CRG
Black Star
Parolin
Shark
Tony Kart
Venox
Diametro Tubi Laterali [mm]
30
30
30
30-32
Diametro Tubi Ant [mm]
32
32
32
30
Diametro Barra Ant [mm]
32
32
32
32
Posizione Barra Ant [mm]
580
586
590
551
Diametro Barra Post [mm]
32
32
32
32
Posizione Barra Post [mm]
120
117
148
142
Larghezza Gola [mm]
300
329
298
300
Passo [mm]
1045
1067
1049
1047
Carreggiata Ant [mm]
717
627
656
650
Carreggiata Post [mm]
620
617
608
601
Peso [ kg ]
12.8
12
12.3
12.7
Confronto con codice commerciale
Parametri Caratteristici del Kart
4.0E+06
Rigidezza [Nmm/deg]
• Il SW determina valori in buon
accordo con quanto calcolato
dal solutore commerciale
(MSC/Nastran)
• Lo scarto è imputabile al
diverso modo in cui viene
calcolata la rigidezza (in KP
Chassis si assume l’ipotesi di
parete sottile)
3.5E+06
3.0E+06
2.5E+06
2.0E+06
1.5E+06
1.0E+06
5.0E+05
0.0E+00
Torsione
Completa
Torsione
Anteriore
Nastran
Torsione
Posteriore
Flessione
TVK Project
∆%
Deformazione
Momento RigidezzaTorsionale
TORSIONE GENERALE
[Nmm]
[Nmm/Deg]
4.97
71741.3
180742.158
4.956885
71741.3
181224.662
Software
Nastran
0.267 Tvk Project
TORSIONE ANTERIORE
3.614
3.61
71741.3
71741.3
248557.976
248833.386
Nastran
0.11 Tvk Project
Torsione Posteriore
0.18608
0.187667
62074
62074
3614074.782
3583512.468
Nastran
-0.84 Tvk Project
Flessione
1.1
1.10198
58000
58000
533753.418
532794.389
Nastran
-0.18 Tvk Project
Risultati - Rigidezze
• La rigidezza torsionale
complessiva più elevata si
ottiene con il Parolin-Shark
• Il risultato è da imputarsi al
maggior diametro dei tubi
adottati e soprattuto alla
posizione delle traverse, più
vicine alla sezione di gola
• Stesso discorso vale per la
rigidezza dell’avantreno
Rigidezza Torsionale [N*mm/deg]
2.5E+06
2.0E+06
1.5E+06
1.0E+06
5.0E+05
0.0E+00
Birel
CRG
Parolin
Tony Kart
Rigidezza Torsionale Anteriore [N·mm/deg]
2.0E+05
1.8E+05
1.6E+05
1.4E+05
1.2E+05
1.0E+05
8.0E+04
6.0E+04
4.0E+04
2.0E+04
0.0E+00
Birel
CRG
Parolin
Tony Kart
Risultati - Rigidezze
Rigidezza Torsionale Posteriore [N·mm/deg]
• Il telaio più rigido al
retrotreno è il TonykartVenox, a causa del maggior
diametro dei tubi (tutti da
32m)
• Nel caso della rigidezza
flessionale, il Birel risulta
essere il più rigido, a causa
dell’ulteriore traversa tra la
barra posteriore e l’anteriore
9.0E+06
8.0E+06
7.0E+06
6.0E+06
5.0E+06
4.0E+06
3.0E+06
2.0E+06
1.0E+06
0.0E+00
Birel
CRG
Parolin
Tony Kart
Rigidezza Flessionale [ N*mm/Deg ]
6.0E+05
5.0E+05
4.0E+05
3.0E+05
2.0E+05
1.0E+05
0.0E+00
Birel
CRG
Parolin
Tony Kart
Risultati - Rigidezze
• Un parametro rilevante è la larghezza della sezione di gola, che
molto influisce sulla rigidezza torsionale
• Il grafico illustra i risultati di un’analisi parametrica sul telaio Birel
Rigidezza Torsionale VS Larghezza Gola
Rigidezza [N*mm/Deg]
1.825E+05
1.820E+05
1.815E+05
1.810E+05
1.805E+05
1.800E+05
1.795E+05
1.790E+05
1.785E+05
294.7
297.7
300.7
303.7
Larghezza Gola [ mm ]
306.7
Risultati – Trasferimenti di carico
• Su ciascun telaio sono state effettuate diverse analisi corrispondenti
a differenti condizioni dinamiche
• 1g verticale => Sola forza peso
• 1g longitudinale => Frenata
• 2g trasversali => Percorrenza di curva
Risultati – Trasferimenti di carico
• 1g Verticale => Carichi
equamente ripartiti tra ant e
post; Asimmetria della
distribuzione
• 1g Longitudinale => Le
anteriori si caricano
maggiormente
• 2g Trasversali => Le ruote
esterne si caricano
maggiormente; da notare
come nel Parolin sia la ruta
anteriore a scaricarsi
(elevata rigidezza)
Presentazione dei risultati
I risultati dei calcoli vengono presentati all’utente in
maniera chiara ed efficace attraverso grafici prodotti
a schermo.
Inoltre KP Chassis consente l’esportazione e la
stampa di un report di calcolo nel quale vengono
sintetizzati i risultati delle analisi.
KP Chassis mette a disposizione dell’utente la
possibilità di salvare il proprio lavoro sia come singolo
telaio, sia come progetto completo, offrendo quindi un
modo estremamente rapido per la ripresa del lavoro,
anche a distanza di tempo.
Personalizzazione
La particolare modalità “open” con la quale è stato
concepito KP Chassis offre all’utente la possibilità di
usufruire di customizzazioni ad hoc, per rispondere
a tutte le possibili esigenze.
Nuovi moduli di calcolo possono essere quindi
sviluppati su richiesta in tempi rapidi ed integrati nel
software principale.
KP Chassis è una soluzione completa e affidabile
per la progettazione di kart da competizione, che
non richiede l’utilizzo di altri software.
Servizi di assistenza software, formazione,
consulting e ricerca
•
Assistenza tecnica
Obiettivo principale dei servizi di assistenza tecnica della TVK Project è fornire ai propri clienti il livello di assistenza
adeguato all’utilizzo ottimale dei nostri software.
I servizi di assistenza tecnica comprendono una suite completa di tipologie di supporto tecnico e manutenzione
software fornita da un team di tecnici qualificati.
In particolare:
•Accesso a download e aggiornamenti dei software
•Assistenza on-line tramite articoli e documentazione tecnica
•Richiesta di assistenza specifica tramite mail
• Training
Obiettivo strategico di TVK Project è promuovere l'utilizzo efficace, consapevole ed evoluto del prodotto che
distribuisce. E' per questo che crediamo fortemente nell'attività di training, inteso sia come attività di formazione e
aggiornamento che di supporto. Pertanto accompagniamo i nostri clienti nell'integrazione delle nostre tecnologie con il
proprio metodo di lavoro, realizzando:
•
Consulting
Crediamo che la realizzazione in prima persona di attività di engineering avanzata sia oltre che la nostra passione e
competenza primaria, anche il mezzo attraverso cui testare definitivamente la validità del prodotto che decidiamo di
proporre ai nostri clienti.
A tal fine offriamo servizi di consulenza per lo sviluppo di applicativi dedicati e supporto concreto alla progettazione ed
all'ottimizzazione
• Ricerca
TVK Project crede nel valore della ricerca intesa come strumento di acquisizione di nuove ed avanzate conoscenze
oltre che competenze, con lo scopo di utilizzare le stesse al fine di ottenere un vantaggio competitivo per il successivo
sviluppo dei nostri prodotti.
E' per questo che vogliamo rafforzare i rapporti di collaborazione già esistenti con il gruppo di ricerca Tor Vergata
Karting al fine di mantenere il know-how della nostra azienda allo stato dell'arte, assicurando così qualità e diffusione ai
nostri prodotti.
Contatti
TVK PROJECT s.r.l.
Domande?
Via Ignazio Guidi, 44
00147 Roma
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MAIL: [email protected]
TELEFONO: 06 5123569
FAX: 06 51882547