Progettazione del sistema di sospensione di un veicolo anfibio a sei ruote motrici tramite modellazione multi-body

Off-road special purposes vehicles typically operate in extreme conditions. The mobility on terrains of different nature in difficult circumstances comes out to be a key factor in the design of these vehicles. The improvement of that capability depends mostly on the way the vehicle is designed, with particular focus on its suspension system. In the last years, the vehicle design activity has changed, thanks to the increasing available computing power. The development of mathematical models allows to simulate the vehicle motion and to analyse its behaviour. In such a way, it is possible to better optimize the design variables, thanks to a complete description of the dynamic behaviour of the vehicle. Furthermore, the simulation in different operating conditions of the loads acting on the suspension system components results to be fundamental in the designing phase of the components themselves. Moreover, as the need for physical prototypes is reduced, development time and costs have been drastically brought down. In this thesis work, a 6WD amphibious vehicle has been analysed with particular focus on the optimization of the hydropneumatic suspension system. The improvement of the driving comfort has been the main objective of the optimization process. The problem has been faced by considering a multi-body model of the vehicle. This one was used to analyse the dynamic behaviour of the whole vehicle while running on obstacles of different kind. The simulation results have been analysed through the Pareto optimality and K-optimality criteria. In such a way the optimal configurations have been chosen. Two main configurations have been selected: one destined to off-road applications, the other one to road use. Once those optimal configurations have been defined, the model has been used to evaluate the forces acting on the suspensions components. Through the driving simulations it is so possible to obtain useful information for the design phase of those components.

I veicoli fuoristrada per uso speciale vengono solitamente impiegati in situazioni estreme. La mobilità su terreni di diversa natura in condizioni difficoltose risulta pertanto un aspetto chiave nella progettazione di questi mezzi. Il miglioramento di tale capacità dipende soprattutto da come viene progettato il veicolo, ponendo particolare attenzione al sistema di sospensione da adottare. La progettazione di veicoli è un’attività che negli ultimi anni è cambiata grazie all'aumento della potenza di calcolo disponibile. Lo sviluppo di modelli matematici permette infatti di simulare il moto di un veicolo e di analizzarne il comportamento. É quindi possibile ottimizzare al meglio le variabili di progetto, grazie ad una descrizione completa del comportamento dinamico del veicolo. La simulazione dei carichi applicati sui componenti del sistema di sospensione nelle varie condizioni di utilizzo risulta altresì fondamentale nella fase di progettazione dei componenti stessi. Inoltre tempi e costi legati allo sviluppo vengono abbattuti drasticamente, essendo ridotta la necessità di realizzare prototipi fisici. In questo lavoro di tesi è stato analizzato un mezzo anfibio a sei ruote motrici, con l’obiettivo di ottimizzare i parametri di progetto delle sospensioni idropneumatiche. Il miglioramento del comfort di marcia è stato quindi lo scopo principale di questo processo di ottimizzazione. Il problema è stato affrontato assimilando il veicolo ad un sistema multi-body. Il modello è stato utilizzato per studiare la dinamica dell’intero veicolo su ostacoli di diversa natura. I risultati tratti dalle simulazioni sono stati quindi analizzati tramite i criteri di Pareto ottimalità e k-ottimalità, al fine di selezionare le configurazioni ottime. In particolare è stata posta l’attenzione sulla realizzazione di due configurazioni principali: una per applicazione fuoristrada ed una per applicazione stradale. Definite le configurazioni ottime per le sospensioni, il modello di veicolo è stato altresì utilizzato per stimare le forze agenti sui componenti delle sospensioni. Tramite delle simulazioni di marcia è stato quindi possibile ricavare informazioni molto utili per il dimensionamento di tali componenti.