1.1.

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Capitolo 1

CENNI SULLA DINAMICA DEL KART ED IDEA ALTERNATIVA PER

MIGLIORARLA

Prima di procedere con il lavoro che ci proponiamo di svolgere in questa trattazione, è necessario conoscere le forze che influenzano il comportamento direzionale di un generico kart attraverso il confronto diretto con un veicolo classico, dotato quindi di differenziale ordinario.

Illustreremo inoltre l’idea alla base della presente tesi e brevettata dalla nostra Università per migliorare le caratteristiche dinamiche nell’ingresso in curva ed una soluzione possibile per far fronte alle caratteristiche richieste ed alle problematiche intrinseche del veicolo.

1.1. Sistema di riferimento.

E’opportuno definire prima di tutto un sistema di riferimento appropriato, che sarà quello utilizzato poi anche in tutto il proseguimento di questo lavoro, quindi a questo si rimanderà ogni qual volta ce ne sarà la necessità.

Gli assi sono così disposti (Fig. 1.1):

- Asse x in direzione longitudinale rivolto in avanti; - Asse y in direzione laterale rivolto verso sinistra; - Asse z in direzione verticale rivolto verso l’alto.

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Cap. 1: Cenni sulla dinamica del kart ed idea alternativa per migliorarla

Figura 1.1: Sistema di riferimento e grandezze geometriche

1.2. Cenni alle forze a terra di un kart e confronto con un autoveicolo.

In questo paragrafo andremo a mostrare le forze a terra su un kart e su un comune autoveicolo mentre si affronta una curva, ciò sarà utile per comprendere il motivo per cui il kart ha una maggiore tendenza al sottosterzo in ingresso curva.

Partendo dall’analisi delle forze a terra di un comune autoveicolo dotato di differenziale ordinario, se non consideriamo accelerazione longitudinale e frenatura, si ha la condizione della figura 1.2, in cui le uniche forze agenti sono quelle laterali delle singola ruote.

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Figura 1.2: Forze agenti su un veicolo con differenziale

La sostanziale differenza tra un comune autoveicolo ed un kart consta sostanzialmente nella non presenza di sospensioni e del differenziale. La mancanza di quest’ultimo non permette alle ruote posteriori di ruotare con diverse velocità angolari ed in curva si ha l’aggiunta alla situazione precedente di due forze longitudinali sulle ruote posteriori, ben visibili in figura 1.3.

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L’azione delle forze Fx21 e Fx22 genera un momento Mz2, come in figura 1.4, che si oppone all’inserimento in curva del veicolo.

Figura 1.4: Momento sull’assale posteriore

Il momento Mz2 influenza pesantemente la dinamica del kart conferendogli un carattere tipicamente sottosterzante; per risolvere tale problema tutti i costruttori di kart agiscono sulla particolare geometria del sistema di sterzatura e sulla rigidezza torsionale del telaio per far sì che all’aumentare dell’accelerazione laterale la ruota posteriore interna alla curva si scarichi fino a, talvolta, sollevarsi. In questo modo la forza verticale della ruota interna Fz21 diverrebbe nulla e di conseguenza anche la

Fx21, con conseguente diminuzione di Mz2 e miglioramento della dinamica del kart.

1.3. Introduzione di una soluzione alternativa.

È pratica comune in alcuni autoveicoli di montare al retrotreno un sistema di microsterzatura che sfruttando le forze a terra fa sì che si abbiano effetti benefici sul comportamento dinamico del veicolo, specie in ingresso di curva. Si è pensato allora di poter introdurre nel telaio del kart una cedevolezza concentrata che, data la presenza del momento Mz2, induca una microsterzatura del posteriore in opposizione rispetto alla curva. Per meglio comprendere il funzionamento si può pensare il telaio diviso in due parti, una anteriore e l’altra posteriore, unite da un giunto elastico, con date rigidezze che si oppone alla rotazione e riporta l’assale in

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posteriore. Un effetto analogo a quello del sistema giunto cilindrico e rigidezza rotazionale può essere ottenuto inserendo un’opportuna cedevolezza concentrata, ed è quello a cui si punta poiché il regolamento della Federazione Internazionale Karting non permetterebbe l’adozione dei cinematismi di cui sopra.

Ciò a cui si punta è il miglioramento nella fase di inserimento in curva, con un effetto schematizzato nella figura 1.5, dove si può notare come il kart con l’applicazione dell’idea innovativa abbia la parte anteriore più all’interno della curva.

Figura 1.5: Confronto trai comportamenti in curva di un kart tradizionale e con l’idea innovativa

In [3] è stato simulato il comportamento di un kart con tale sistema, utilizzando un simulatore multi-body e costruendo un apposito modello con corpi rigidi e rigidezze concentrate. Dai risultati delle prove condotte in regime stazionario (diagrammi di maneggevolezza) è emerso un comportamento del kart con telaio innovativo meno sottosterzate del kart con telaio standard, proprio a causa dell’ulteriore sterzatura dell’assale posteriore che permette di compiere traiettorie a raggio di curvatura più stretto a parità di angolo di sterzo. Sono state condotte anche prove in regime non stazionario, in cui è stato constatato come il kart con telaio modificato per curva con raggio superiore ai 50m avesse un comportamento simile a quello con telaio

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un miglioramento del tempo sul giro di ben quattro decimi di secondo, dovuto al miglioramento di velocità nelle curva a basso raggio e nei cambi di direzione.

Figura 1.6: proposta di telaio modificato [3]

In [3] sono state inoltre proposte due tipologie di telaio atte a definire un layout che potesse garantire le caratteristiche di rigidezza richieste (si propone la più interessante in figura 1.6), non tenendo tuttavia conto di alcune esigenze del kart quale ingombri del seggiolino, sistema di montaggio del motore ed altre problematiche.

Scopo del presente lavoro tesi è pertanto di proseguire il lavoro svolto stabilendo innanzitutto se è possibile conciliare le esigenze costruttive con la soluzione che intendiamo adottare, successivamente passare ad una fase di vera e propria progettazione su di un telaio attuale finalizzando il tutto, tramite l’aiuto della ditta costruttrice di kart con cui storicamente si è collaborato, alla costruzione di un telaio prototipo testabile al fine di verificare i vantaggi della soluzione innovativa proposta (e brevettata dall’Università) con test reali.