Progetto e Costruzione del Telaio di Vettura Formula SAE: Parte Anteriore

Nel presente elaborato viene riassunta in 4 brevi capitoli la mia attività di tesi, svolta nell’ambito del progetto Formula SAE® dell’Università di Bologna nell’anno 2010. Il progetto ha consistito nella realizzazione di una vettura monoposto, con l’obiettivo di far competere la stessa negli eventi previsti dalla SAE® (Society of Automotive Engineer), insieme alle vetture progettate e costruite da altri atenei di tutto il mondo. In tali eventi, una serie di giudici del settore auto-motive valuta la bontà del progetto, ovvero della vettura, che sarà sottoposta ad una serie di prove statiche e dinamiche. Nella seguente trattazione si narra quindi il percorso progettuale e di realizzazione del telaio della vettura, ovvero della sua struttura portante principale. Il progetto infatti, nell’ambito del team UniBo Motorsport, mi ha visto impegnato come “Responsabile Telaio” oltre che come “Responsabile in Pista” durante le prove su strada della vettura, svolte a valle della realizzazione. L’obbiettivo principale di un telaio di vettura da corsa è quello di realizzare una struttura che colleghi rigidamente tra loro i gruppi sospensivi anteriore e posteriore e che preveda anche la possibilità di ancorare tutti i componenti dei sistemi ausiliari di cui la vettura deve essere equipaggiata. Esistono varie tipologie di telai per autovettura ma quelle più adatte ad equipaggiare una vettura da competizione di tipo Formula, sono sicuramente il traliccio in tubi (“space frame”) e la monoscocca in fibra di carbonio. Il primo è sicuramente quello più diffuso nell’ambito della Formula Student grazie alla sua maggior semplicità progettuale e realizzativa ed ai minor investimenti economici che richiede. I parametri fondamentali che caratterizzano un telaio vettura da competizione sono sicuramente la massa e la rigidezza. La massa dello chassis deve essere ovviamente il più bassa possibile in quanto quest, costituisce generalmente il terzo contributo più importante dopo pilota e motore alla massa complessiva del veicolo. Quest’ultimo deve essere il più leggero possibile per avere un guidabilità ed una performance migliori nelle prove dinamiche in cui dovrà impegnarsi. Per quanto riguarda la rigidezza di un telaio, essa può essere distinta in rigidezza flessionale e rigidezza torsionale: di fatto però, solo la rigidezza torsionale va ad influire sui carichi che si trasferiscono agli pneumatici della vettura, pertanto quando si parla di rigidezza di un telaio, ci si riferisce alla sua capacità di sopportare carichi di tipo torsionale. Stabilire a priori un valore adeguato per la rigidezza torsionale di un telaio è impossibile. Tale valore dipende infatti dal tipo di vettura e dal suo impiego. In una vettura di tipo Formula quale quella oggetto del progetto, la rigidezza torsionale del telaio deve essere tale da garantire un corretto lavoro delle sospensioni: gli unici cedimenti elastici causati dalle sollecitazioni dinamiche della vettura devono essere quelli dovuti agli elementi sospensivi (ammortizzatori). In base a questo, come indicazione di massima, si può dire che un valore di rigidezza adeguato per un telaio deve essere un multiplo della rigidezza totale a rollio delle sospensioni. Essendo questo per l’Università di Bologna il primo progetto nell’ambito della Formula SAE® e non avendo quindi a disposizione nessun feed-back da studi o vetture di anni precedenti, per collocare in modo adeguato il pilota all’interno della vettura, in ottemperanza anche con i requisiti di sicurezza dettati dal regolamento, si è deciso insieme all’esperto di ergonomia del team di realizzare una maquette fisica in scala reale dell’abitacolo. Questo ha portato all’individuazione della corretta posizione del pilota e al corretto collocamento dei comandi, con l’obbiettivo di massimizzare la visibilità ed il confort di guida della vettura. Con questo primo studio quindi è stata intrapresa la fase progettuale vera e propria del telaio, la quale si è svolta in modo parallelo ma trasversale a quella di tutti gli altri sistemi principali ed ausiliari di cui è equipaggiata la vettura. In questa fase fortemente iterativa si vanno a cercare non le soluzioni migliori ma quelle “meno peggio”: la coperta è sempre troppo corta e il compromesso la fa da padrone. Terminata questa fase si è passati a quella realizzativa che ha avuto luogo presso l’azienda modenese Marchesi & C. che fin dal 1965 si è occupata della realizzazione di telai da corsa per importanti aziende del settore automobilistico. Grazie al preziosissimo supporto dell’azienda, a valle della realizzazione, è stato possibile condurre una prova di rigidezza sul telaio completo della vettura. Questa, oltre a fornire il valore di rigidezza dello chassis, ha permesso di identificare le sezioni della struttura più cedevoli, fornendo una valida base di partenza per l’ottimizzazione di telai per vetture future. La vettura del team UniBo Motorsport ha visto il suo esordio nell’evento italiano della Formula SAE® tenutosi nel circuito di Varano de Melegari nella prima settimana di settembre, chiudendo con un ottimo 16esimo posto su un totale di 55 partecipanti. Il team ha partecipato inoltre alla Formula Student Spain tenutasi sul famoso circuito di Montmelò alla fine dello stesso mese, raggiungendo addirittura il podio con il secondo posto tra i 18 partecipanti. La stagione si chiude quindi con due soli eventi all’attivo della vettura, ma con un notevole esordio ed un ottimo secondo posto assoluto. L’ateneo di Bologna si inserisce al sessantasettesimo posto nella classifica mondiale, come seconda università italiana.

Wearable device e User Experience

La tesi tratta in modo approfondito il concetto di wearable device, i suoi utilizzi e l'esperienza d'uso da parte dell'utente soffermando l'attenzione sui principali dispositivi presenti in commercio e non. Nello specifico vengono trattati smart watch, smart glass e visori per la realta virtuale. Nella sezione conclusiva vengono trattati gli standard ISO relativi all'ergonomia degli utenti con i computer, descrivendo nel dettaglio le direttive che sono presentate nello standard ISO 9241:210-2010.

Le Facce del Coating

Studio degli elementi frontali, posteriori e di collegamento di una macchina per il coating continuo di prodotti farmaceutici.

Il packaging per l'ortofrutta a Km 0 - Studio per un servizio di filiera corta a contatto con il consumatore nella città di Bologna.

Partendo da un progetto su un servizio di trasporto di beni ortofrutticoli tramite bus, il mio progetto di tesi è andato a concentrarsi sui contenitori in cui si collocano frutta e verdura, tenendo in particolare considerazione la protezione degli stessi e un trasporto facilitato da parte dell'utente. Nel documento sono inoltre presenti la relazione del tirocinio svolto presso Open Project S.r.l. e la spiegazione sul progetto del portfolio lavori.

Studio e realizzazione di un supporto distanziale per ottimizzazione di operazioni di tempra laser

Studio e progettazione di una soluzione tecnologica da fissare a una testa di focalizzazione laser movimentata da un braccio robotico. Il fine dello strumento creato è migliorare l'efficienza e l'ergonomia della fase di setting dell'impianto e abbassare il tempo impiegato per misurare la distanza del laser dal pezzo. Nel corpo della tesi sono state analizzate varie opzioni realizzative con i relativi pro e contro e infine vengono mostrate le diverse fasi di prototipazione del prodotto scelto.

Blue Whale Chair: una seduta multifunzionale adattabile a diverse posizioni

L’obiettivo principale di questo lavoro di tesi è la progettazione dinamica e la modellazione 3D di una sedia (Blue Whale Chair) multifunzionale adattabile a diverse posizioni. Il progetto nasce da una ricerca specifica sulla postura tradizionale orientale, attraverso un viaggio nell'antico Giappone e nell'antica Cina, evidenziando gli aspetti positivi e negativi della fisiologia posturale. Prendendo spunto dagli aspetti positivi, è stato rielaborato un modello moderno e, attraverso un’opportuna modellazione, sono stati migliorati gli aspetti negativi. Nell'elaborato, inoltre, viene approfondito l'aspetto culturale che a sua volta ha influenzato tali posizioni. A chiosa, vengono studiati in maniera dettagliata alcuni casi studio più emblematici che possono essere utilizzati per lo sviluppo del concept e del design del prodotto. Il design della sedia ricorda la coda di una balena azzurra e il nome del progetto deriva proprio da questa caratteristica. Blue Whale Chair è una sedia che può assumere quattro posizioni con diverse utilità. Infatti, grazie alla sua maneggevolezza, alla sua struttura e ad una corretta progettazione, può essere utilizzata con duplice funzione: sia da tavolo che da sedia. I vari componenti della sedia sono stati progettati in modo tale da risultare regolabili, affinché le persone con diversa statura siano in grado di stare nella posizione più appropriata possibile rispetto alla propria fisiologia.

Progettazione e analisi di un telaio per un prototipo di motocicletta supersportiva

Il progetto di tesi è stato svolto all’interno del reparto R&D dell’azienda Modena40, startup con sede a Rimini (RN) che si occupa di design e progettazione di motociclette. Il progetto a cui ho preso parte è stato commissionato dal produttore cinese CF Moto, di cui Modena40 rappresenta il reparto ricerca e sviluppo europeo. Esso riguarda la progettazione di un primo prototipo marciante di motocicletta sportiva, con lo scopo di svolgere test su strada per la definizione di geometrie, ergonomia ed aerodinamica. La progettazione inizierà con un benchmark delle sportive con motore V4 attualmente sul mercato. Successivamente verranno progettate tutte le componenti utili allo studio preliminare. Ho ricoperto il ruolo di ingegnere progettista, con il compito di progettare il telaio e curarne le fasi di prototipazione. Si progetterà un telaio modulare suddiviso in più parti avvitate tra loro, ognuna con un processo di produzione dedicato, per consentire una facile realizzazione e facili modifiche in fase di sviluppo. Il telaio sarà progettato tenendo conto di scelte target come ingombri, ergonomia e calcoli strutturali. All’interno della tesi sarà quindi illustrata la teoria di base e le successive scelte tecniche, discutendo e giustificando il processo che ha portato alle conclusioni raggiunte.

Gestione della prototipazione del motoveicolo: dal progetto al prototipo finito

I progetti a cui ho preso parte sono stati commissionati all’azienda dal produttore cinese CF moto, di cui Modena40 rappresenta il reparto di ricerca e sviluppo europeo. I progetti di cui si parla sopra sono 3 ed ogni uno ha caratteristiche peculiari che andremo ad approfondire all’interno della tesi. Il primo progetto è un progetto di puro design che consiste nello sviluppo di uno scooter elettrico espositivo chiamato Magnet. Questo tipo di prototipo è un prototipo non marciante; nello sviluppo di quest’ultimo l’aspetto più tecnico viene leggermente trascurato in modo da poter concentrare a pieno gli sforzi nello sviluppo di qualcosa di innovativo e che sorprenda qualsiasi spettatore durante la fiera. Quando sono entrato in questo progetto lo sviluppo era già iniziato e si trovava nella fase cruciale in cui si iniziano a mandare in produzione i pezzi; quindi, il momento in cui ciò che si vede solo sullo schermo di un PC viene trasformato in qualcosa di reale. Da qui si sviluppa la gestione di tutta la catena che porterà all’arrivo dei pezzi in azienda, poi al montaggio e alla risoluzione di tutti i problemi che nascono quando si va incontro ad un progetto di questa portata. Il secondo progetto è una cosiddetta one-off che si basa sulla moto già esistente MT-800 sviluppata in passato da CF moto. L’obiettivo del progetto è prendere il veicolo e stravolgerne l’aspetto per renderla più accattivante, sportiva e aggressiva. In questo caso andremo a vedere come si sviluppa questo concept e come si rivoluziona la moto. Il terzo progetto consiste nello sviluppo di un prototipo marciante di una motocicletta supersportiva con motore V4, con lo scopo di svolgere test su pista per la definizione di geometrie, ergonomia ed aereodinamica della moto. La progettazione parte dallo studio del benchmark delle supersportive sul mercato per poi sviluppare il prototipo al CAD ed infine produrne le parti che andranno successivamente montate ottenendo il prototipo finito.