Analisi e controllo della dinamica di sterzo di un motoveicolo sportivo

Lo scopo di questa tesi è lo studio approfondito delle dinamiche di sterzo della motocicletta, focalizzando l'attenzione in particolare sull'effetto di alcuni parametri, l'angolo di caster e il coefficiente di smorzamento di sterzo. In fase di simulazione si conduce dapprima un'analisi di stabilità che mette in luce le oscillazioni di sterzo più critiche per la stabilità della moto, weave e wobble, e da cui emergono due aspetti: la riduzione dell'angolo di caster peggiora la stabilità del sistema, rendendo meno smorzate le oscillazioni; un coefficiente di smorzamento di sterzo piccolo attenua le oscillazioni di weave ma enfatizza quelle di wobble, viceversa un coefficiente di smorzamento di sterzo alto enfatizza le oscillazioni di weave ma smorza quelle di wobble. Sempre in simulazione si effettua un'analisi di maneggevolezza basata sulla costante di tempo del polo di capsize, un modo non oscillante della motocicletta. Dall'analisi emerge che la riduzione dell'angolo di caster migliora la maneggevolezza del sistema, riducendo il tempo che la moto impiega in anello aperto ad assestarsi su un valore di angolo di piega di regime. Quest’analisi viene confrontata con un'altra proposta in letteratura, basata sull'analisi della coppia di sterzo durante una curva a regime, che conferma la tendenza evidenziata. Alla luce di queste considerazioni si testano in simulazione alcuni algoritmi di controllo dello smorzatore di sterzo semi-attivo, quali Rotational SkyHook, Rotational GroundHook, Mix Static e Mix Dynamic. In particolare utilizzando gli algoritmi di controllo misti, che sfruttano i vantaggi del coefficiente di smorzamento di sterzo minimo a basse frequenze e quelli del coefficiente di sterzo massimo ad alte frequenze, si verifica che è possibile recuperare la stabilità persa con la riduzione dell'angolo di caster, senza alterare i vantaggi acquisiti in termini di maneggevolezza. In fase sperimentale si verifica l'effetto che il coefficiente di smorzamento di sterzo ha sulle oscillazioni di sterzo ad alta frequenza, effettuando una prova che le sollecita particolarmente, cioè un'impennata al cui rientro si impone un angolo di sterzo non allineato con la direzione del motoveicolo. I risultati dimostrano che all'aumentare del coefficiente di smorzamento di sterzo migliora l'attenuazione delle oscillazioni conseguenti all'impennata. Infine si propone e si testa un algoritmo di controllo che impone un coefficiente di smorzamento di sterzo elevato solo al termine dell'impennata e un coefficiente basso in tutti gli altri casi, in maniera da smorzare efficacemente le oscillazioni ad alta frequenza dovute all'impennata e da lasciare lo sterzo più libero e facile da controllare per il pilota durante tutte le altre manovre.