Progettazione di una ruota dinamometrica per motociclo da competizione

The current thesis work involves the development of methods used to design of a smart wheel for motorcycles. The purpose of the sensors is the real time measure of the forces and torques acting between the tire and the road surface to maximize the vehicle performance. A rear wheel that has to be used on a racing bike during testing has been considered. The magnesium structure of the wheel has three instrumented spokes, connected to the rim by flexible joints on the basis of a patent owned by Politecnico di Milano. This type of structure can be mathematically modeled to predict the sensing wheel performance. The first section of the thesis refers to the sensor modeling. An optimization algorithm has been introduced to maximize the sensitivity of the sensor. The second part has involved the improvement of the FEM model and the reduction of the processing time by the use of alternative computation methods. In the end, for the validation of the model, an experimental calibration of the wheel has been completed.

Il presente lavoro di tesi ha interessato lo sviluppo e la verifica delle metodologie utilizzate per la progettazione di una ruota dinamometrica ad uso motociclistico. Lo scopo di questo tipo di sensori è quello di misurare, in tempo reale, le forze e i momenti che agiscono all’interfaccia tra lo pneumatico e l’asfalto consentendo all’utilizzatore di massimizzare le prestazioni del veicolo. La ruota viene realizzata in magnesio a partire da un grezzo forgiato e prevede una struttura a tre razze vincolate al canale per mezzo di particolari giunti flessibili. Questa struttura particolare garantisce buone prestazioni di misura. Una prima parte di questo lavoro ha riguardato la messa a punto del modello matematico della ruota e lo sviluppo di tale modello al fine di ricavare un numero maggiore di informazioni utili. In particolare lo scopo principale di questa fase è quello di sviluppare un software che, dati in ingresso alcuni parametri fondamentali, sia in grado di fornire all’utente indicazioni sulle prestazioni della ruota e sulle sollecitazioni agenti. Inoltre, nello stesso codice, è stato implementato un modulo di ottimizzazione che, sfruttando le possibili combinazioni dei parametri geometrici della ruota, consente di individuare le soluzioni che massimizzano le prestazioni di misura e al contempo soddisfano i requisiti di resistenza statica del materiale. Questo permette al progettista di stabilire un punto di partenza solido per le successive fasi di modellazione. La seconda fase di questo lavoro ha interessato la rivisitazione del processo di modellazione agli elementi finiti. In particolare, fino a questo momento, le verifiche di resistenza della ruota venivano fatte attraverso un modello che introduceva errori non trascurabili in alcune zone sensibili della struttura e richiedeva tempi di calcolo eccessivi. Infine si è dedicato ampio spazio alle prove sperimentali al fine di validare il lavoro svolto. In particolare si è potuta verificare la modellazione matematica considerando due ruote intelligenti da motocicletta ed una ruota intelligente per autocarro basata sullo stesso principio di funzionamento. Queste operazioni hanno poi consentito di calcolare le prestazioni di misura dei sensori progettati.