Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"

Corso di Laurea e Dipartimento di Ingegneria Meccanica

 
 

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Sviluppo di un software di simulazione integrato per la previsione del lap time


TVK Ricerca Meccanica Strutturale


Il gruppo di Ricerca “Tor Vergata Karting” ha di recente messo a punto un software innovativo dedicato gestione del setup di go-kart da competizione ed interamente sviluppato presso l’Università di Roma “Tor Vergata”. Su tale argomento è stato presentato un articolo al Congresso Mondiale dell’Automobile FISITA 2004, tenutosi in Spagna, a Barcellona, dal 23 al 27 maggio.

All’interno della sezione dedicata al Racing Technology del Congresso Mondiale dell'Automobile FISITA 2004, il gruppo TVK ha presentato un articolo sullo sviluppo di un software dedicato alla gestione del setup di go-kart da competizione.


Presentazione dell'articolo


Il software proposto riguarda un sistema integrato dedicato alla gestione di go-kart da competizione per l’ottimizzazione del setup in prova ed in gara e si rivolge ai team ed ai preparatori che intendono migliorare la difficile fase di preparazione di un go-kart.


La strategia di calcolo


Il sistema è costituito da una serie di moduli diversi che permettono la previsione del comportamento completo del kart su un dato circuito, al variare dei principali parametri di regolazione e delle traiettorie di guida. Un modulo è dedicato ai parametri del motore e si occupa di prevedere le sue prestazioni, mentre un altro modulo riguarda il telaio e le sue regolazioni e permette di simulare il comportamento dinamico del kart; inoltre è possibile inserire informazioni relative agli pneumatici ed all’aerodinamica.

Insieme ai precedenti è presente un modulo di calcolo relativo all’ottimizzazione delle traiettorie. Tramite un’interfaccia grafica unica, l’utente inserisce i dati relativi al proprio mezzo, al circuito in esame e fornisce il parametri di setup di primo tentativo. Dopo aver avviato il calcolo il software risponde con una previsione dei tempi sul giro e con una traiettoria ipotizzata e successivamente l’utente può interagire con il codice modificando qualsiasi parametro, compresa la traiettoria, potendo controllare il risultato che si ottiene, minimizzando il tempo sul giro per quel dato insieme di kart, tracciato e pilota.

Il codice permette anche la memorizzazione di tutte le prove effettuate in una sessione e di tutte le precedenti, in modo da conservare un database completo dell’attività svolta. Infine c’è un modulo grafico che permette la visualizzazione tridimensionale della percorrenza del tracciato, al variare dei parametri scelti.

Infine è stata anche prevista la possibilità di interfacciamento del software con dati sperimentali acquisiti per mezzo di centraline a bordo, in modo tale da poter incrociare i risultati del calcolo con i dati della pista.


Il software presentato è stato applicato alla previsione del giro di pista, sul tracciato italiano di Parma.


Un'applicazione pratica del software


Su tale pista sono state simulate diverse configurazioni di setup, riguardanti l'aerodinamica, il motore, gli pneumatici e le linee di guida.


I diversi setup analizzati


Per quanto riguarda l'aerodinamica sono state prese in considerazioni due configurazioni già studiate per mezzo di codici CFD. Per maggiori informazioni si rimanda all'articolo Ottimizzazione delle prestazioni aerodinamiche di kart da competizione. In dettaglio, il primo caso riguarda kart e pilota in configurazione standard, mentre il secondo caso è relativo al pilota accucciato. Queste due configurazioni sono un semplice esempio di come il software tenga in conto delle prestazioni aerodinamiche; infatti è possibile prendere in considerazione qualsiasi modifica che provochi una variazione dei coefficienti aerodinamici, potendo ottenere tali valori sia per mezzo di simulazione numerica CFD, che per mezzo di sperimentazione in galleria del vento o in pista.


Le configurazioni aerodinamiche


Per quanto riguarda il motore, si è fatto riferimento ad un propulsore di categoria 100 FA. Le configurazioni analizzate riguardano il tipo e lo spessore delle lamelle e la lunghezza del condotto di scarico. Le prestazioni del propulsore, in termini di curva di coppia e di potenza, sono simulate dal modulo dedicato al motore, costituito da un solutore fluidodinamico di tipo monodimensionale, al cui interno è presente il modello di lamella già presentato nell'articolo Analisi del comportamento dinamico di una lamella per motori ad accensione comandata due tempi.


I parametri del motore


Per mezzo della caratterizzazione sperimentale degli pneumatici (vedi articolo Analisi delle prestazioni degli pneumatici in pista) è possibile identificare il comportamento delle gomme e tener in conto del loro degrado durante lo svolgimento di una gara o di una sessione di prove.


Il diagramma G-G delle accelerazioni


Infine, a parità di parametri di setup, il codice è dotato di un algoritmo genetico per l'ottimizzazione delle linee di guida. Tale ottimizzazione può essere guidata dell'utente che può comunque suggerire od imporre al codice le proprie traiettorie.


Analisi delle linee di guida


Per ongi caso studiato, è possibile confrontare le diverse capacità di accelerazione del kart.


Capacità di accelerazione nelle diverse configurazioni


Una volta collezionate le informazioni viste fino a questo punto, il software provvede ad integrarle nel solutore finale, per la previsione del giro di pista. Nella tabella seguente sono riportati i risultati ottenuti, dove è possibile confrontare l'effetto dei singoli parametri sul tempo giro. E' importante notare come i tempi siano confrontabili con il record della pista di 45.033 sec.


I risultati ottenuti


Infine, come già accennato, il codice permette la visualizzazione della percorrenza del giro di pista in grafica tridimensionale, per mezzo delle librerie OpenGL. Tale visualizzazione è funzione dei paramentri di setup e delle traiettorie di guida e permette a pilota e preparatore di giudicare visivamente l'effetto dei singoli parametri.


Visualizzazione tridimensionale del giro di pista



Il software è tuttora in piena fase di sviluppo e prevedrà in futuro anche dei moduli di database di tutti i materiali in corso di omologazione e dei circuiti fissi omologati, in formato digitale.

L'articolo pubblicato al Congresso FISITA 2004 è disponibile nella sezione delle pubblicazioni.


Per informazioni contattare il Gruppo TVK.





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