Active gear shift and clutch for racecars

The objective of this thesis was to demonstrate the design and construction of an innovative active gear-shift and clutch for racecars, applied to a Formula Student car, based on the use of DC Gear-Motors. Its purpose was to reduce energy consumption with respect to the previously employed electro-hydraulic solution, removing the need for power when clutch is not pulled, and reduce weight, keeping the performance level in line with the Formula Student State of the Art. System modelling, regulator design, based on PI control, and simulation were carried out. Electronics, both signal and power, micro-controller based design and program coding, written in C language were the next steps. Data from the working system mounted on the car were acquired, in order to verify the validity of the design choices. The solution has proven to satisfy the requirements, with Formula Student State of the Art performances, and reduced weight, energy consumption and system complexity, introducing the use of a new actuation mode for the studied purpose.

Gli obiettivi di questo lavoro di tesi sono stati la progettazione, modellazione, realizzazione e verifica di un sistema di controllo innovativo per cambio marcia e frizione di una vettura da competizione, in grado di ridurre il consumo di energia e il peso tipici di un classico sistema ad attuazione idraulica. In particolare ci si è concentrati su una vettura di Formula Student, dotata di motore e cambio motociclistici. Il progetto si poneva di risolvere le problematiche incontrate con il precedente sistema, mantenendo performance competitive per gli standard della competizione. L'attuazione tramite motoriduttori DC è stata scelta a tal fine. Dopo aver opportunamente modellato il sistema sotto controllo e gli attuatori, si è passati alla definizione del controllo, basato su regolatore PI, e alla sua simulazione. La progettazione e realizzazione dell'elettronica, sia di segnale che di potenza, basata su Microcontrollore, ed in seguito del Software, scritto in linguaggio C, sono stati i passi successivi del lavoro. Si è proceduto all'acquisizione di dati di funzionamento del sistema montato a bordo vettura per verificare l'efficacia delle soluzioni adottate. Il sistema complessivo ha dimostrato di soddisfare i requisiti di progetto, con tempi di cambiata in linea con gli standard di fascia alta della competizione, corretto inseguimento del riferimento di frizione, contenuto assorbimento di energia, sostanziale riduzione di peso e complessità, introducendo l'utilizzo di un tipo di attuazione insolito per lo scopo.