CAPITOLO 3
PARAMETRI DI VALUTAZIONE
DEL COMFORT E DELLA TENUTA
DI STRADA
3.1 Introduzione
Nei precedenti capitoli sono state introdotte le problematiche principali delle sospensioni ed è stato sviluppato un modello matematico in grado di descriverne il comportamento. Andremo adesso ad analizzare la problematica del sistema di controllo per sospensioni semi‐attive. In particolare, saranno definiti i parametri di valutazione delle prestazioni di una sospensione.
3.2 Comfort vibrazionale
L’obiettivo principale di un sistema di sospensioni semi‐attive è il miglioramento del comfort del pilota. Per valutare il comfort vibrazionale bisogna prendere in esame l’accelerazione causata dalle vibrazioni stradali (considerando trascurabile il contributo del motore e degli organi di trasmissione) e misurata in alcuni punti di interfaccia tra la moto e il pilota.
Punti tipici possono essere le manopole e il sottosella, come mostrato in figura 3.1: Figura 3.1 ‐ Sistema di riferimento per il calcolo del comfort vibrazionale nelle normative prese in esame.
A questo proposito esistono le normative ISO 2631‐1997 e ISO 5349‐1986 che forniscono criteri di valutazione della sensibilità del corpo umano in funzione della frequenza delle accelerazioni a cui è sottoposto, secondo i
figura3.2, mentre per accelerazioni longitudinali la condizione critica si ha per frequenze comprese tra 1 e 2 Hz (a cui corrisponde la risonanza della cavità toracica superiore nel moto in avanti/indietro rispetto al bacino) come mostrato in figura 3.2 e figura 3.3. In tali figure sono riportate le curve relative al limite di efficienza lavorativa: si riporta cioè la soglia (dell’accelerazione) sopra la quale, secondo la normativa ISO, non bisogna andare. Il valore di accelerazione fa riferimento alle soglie di efficienza lavorativa e non di comfort automobilistico, ha quindi valore unicamente nel dare misura di quali siano le frequenze a cui il corpo umano è più sensibile.
Figura 3.2 ‐ Soglie di accelerazione lungo l’asse z in funzione del tempo di esposizione
Figura 3.3 ‐ soglie di accelerazione lungo il piano xy in funzione del tempo di
esposizione e della frequenza dell’accelerazione.
Proprio per tenere conto della diversa sensibilità al variare della frequenza, le normative di cui sopra forniscono dei coefficienti per “pesare” le diverse componenti di accelerazione.
In particolare, il parametro di comfort è valuto a partire dal valore quadratico medio dell’accelerazione nei punti di interesse, precedentemente identificati, misurato nellʹintervallo temporale T in cui è presente la sollecitazione; per la generica componente i‐esima, il valore r.m.s. dell’accelerazione a~ può essere ottenuto mediante la seguente wi relazione:
∫
= 1 T ~
caso del sottosella il parametro di interesse è orrenibile mediante la seguente espressione.
(
~)
2(
~)
2(
~)
2 ~ wzsella z wysella y wxsella x wsella k a k a k a a = + +in cui gli awisella
~ rappresentano i valori r.m.s. delle accelerazioni a cui è soggetta la sella, secondo le direzioni x, y e z e ki degli opportuni pesi per ciascuna direzione dell’accelerazione. In particolare, nel caso di persona seduta si considera kx =ky =kz =1 per la valutazione del comfort. Per quanto concerne la pedana si prendono come coefficienti kx =ky =0.25 e 4 . 0 = z k . Da queste relazioni si può ottenere un coefficiente di merito chiamato VTV (Vibration Total Value) definito dalla relazione: 2 2 ~ ~ wpedana wsella a a VTV = +
in cui non si considera l’influenza dell’accelerazione sulle manopole, poiché troppo influenzata dalla pressione delle mani del pilota.
3.3 Parametri di valutazione delle prestazioni
Per il progetto del sistema di controllo di una sospensione semi‐attina, che verrà affrontato nel prossimo capitolo, risulta di fondamentale importanza andare a definire dei parametri, calcolabili sul modello analitico della sospensione, che ne misurino le sue prestazioni; oltre al comfort, illustrato in precedenza, l’altro parametro di interesse è la tenuta di strada. 3.3.1 Il comfort Figura 3.4 ‐ Modello quarter car di una sospensione semi‐attiva.
Per la valutazione del comfort si fa riferimento a quanto detto nel paragrafo 3.2. Poiché si utilizza un modello quarter car si terrà conto unicamente dell’accelerazione della massa sospesa m2 andando a definire
3.3.2 La tenuta di strada
La seconda grandezza che riveste importanza per valutare una sospensione è la tenuta di strada o forza di aderenza. La forza di aderenza è definita come: ) ( * 1 0 1 y y k FRH = − Δ
Per come è stato descritto il sistema (capitolo 2) tale forza rappresenta, in realtà, nelle nostre simulazioni la variazione della forza di aderenza rispetto all’equilibrio statico.
Il valore ottimale di ΔFRH è zero: qualsiasi aumento o diminuzione della forza di contatto ruota‐asfalto è considerata negativa in quanto tende a scomporre la moto. L’indice di prestazione che andremo a valutare sarà quindi il seguente:
∫
= − • = τ τ 0 2 0 1 ) ( 1 t RMS dt y y RHSi noti che ogni variazione della forza di aderenza, a rigore, è definita come ΔFRH =k1*(y1 −y0), considerando che k1 è costante (dipende dal sistema ruota‐asfalto) e che a noi interessa comparare sistemi di controllo applicati allo stesso sistema si può non considerare tale costante.
