Come funziona il FRIC e a cosa serve?

aimar_alberto

Domanda estremamente complessa che mi ha posto di fronte ad ostacoli non indifferenti. Iniziamo dal principio: un auto può effettuare beccheggio e rollio e ciò avviene rispettivamente in frenata ed in curva. A questo punto quindi dovremmo capire quale effetto avviene in queste situazioni: variando l’impostazione e l’inclinazione dell’intera vettura notiamo che varia logicamente anche il posizionamento del fondo piatto rispetto al suolo. Le modalità sono le seguenti, poste in modo da permettere a tutti di capire, per quanto possibile. Per quanto riguarda la dinamica della macchina, se questa fosse vista dal posteriore, noteremmo che alla già presente forza peso per comodità applicata nel baricentro, dovremmo aggiungere una forza centrifuga dall’istante in cui il pilota ruota il volante per cominciare a variare la direzione della vettura. Schema Fric Se ipotizzassimo un peso di circa 6000 Newtoon per una vettura di formula 1 (ma puoi anche essere impostato diverso) potremmo dire che questo in rettilineo è distribuito ugualmente sulle due coppie di ruote di ogni lato, 3000N per parte. Appena rientra un effetto centrifugo invece notiamo una diversa asimmetria, tramite il calcolo dei momenti attorno, per esempio, ad A:
formula_1 significa avere un carico maggiore su A essendo che Fc porta uno spostamento di carico sulle ruote sinistre, ed un alleggerimento su quelle a destra. formula_1_2 Con l larghezza ruota ruota, P peso vettura, Fc forza centrifuga, G altezza baricentro, B sforzo su ruote destre e A sforzo su ruote sinistre. Se provassimo infatti ad analizzare il caso rettilineo, avremmo Fc=0 e quindi zero anche tutto il secondo termine a numeratore lasciando rimanere P mezzi per L. questo viene poi diviso nuovamente per L e rimane P/2. Appena inizia la curva Fc diventa maggiore di zero e viene detratta a P/2 per l, diviso poi ancora tutto per L, che fornisce un numero minore del primo caso. Dato poi che A =P-B si compenserà a seconda della situazione. In curva per esempio aumenterà (curva a destra). Fino a qua tutto normale, ma da questo punto partono i problemi: abbiamo due fattori che ci portano a negare, come invece sarebbe logico ed evidente dalle spiegazioni precedenti, il fatto che il lato sinistro  si abbassa di una quantità identica al valore dell’incremento da terra del lato destro: –         la geometria delle sospensioni –         la compressione della gomma. Per quanto riguarda la configurazione delle sospensioni, notiamo la seguente immagine

fric_schema2   Consideriamo il punto A, ovvero il punto in cui viene vincolato il tirante della sospensione al mozzo ruota. Nelle immagini affiancate, e specialmente in quella in alto, viene evidenziata la traiettoria “t”, che seguirebbe in fase di compressione e in fase di estensione(weight reduction). Si nota una cosa: a pari altezza di escursione, h1=h2, in fase di compressione A compie una escursione orizzontale I1 maggiore di quella che ci sarebbe in fase di estensione I2. Ciò significa che per comprimere una molla serve una altezza minore, mentre la ruote che si “alleggerisce” deve percorrere una h2 maggiore per compensare la minore I2. quindi la vettura si alza. Come abbiamo detto questo non è l’unico effetto. La compressione dello pneumatico in fase di rollio, dato che il carico su di esso è aumentato dal lato sinistro, viene visto come una isoterma, ovvero una trasformazione termodinamica dove non avviene scambio di calore ma solo di lavoro: variano solo la pressione e il volume. La legge che descrive il tutto è la seguente: formula_1_3 Ovvero, se la situazione a coincide con la situazione b di arrivo, significa che se la situazione di arrivo stessa prevede minore volume, per mantenere l’uguaglianza con la situazione a serve che aumenti la pressione b. Ciò se comprimo un oggetto la pressione aumenta con proporzione inversa rispetto al volume sottratto, cercando di semplificare ai minimi termini. Ma cosa succede su uno pneumatico che si comprime sull’asfalto? Partiamo dalla situazione 1, dove lo stesso ha la seguente impronta di aderenza (visto dal basso), e notiamo come ad ogni compressione la impronta si allarghi. Schema Fric2 Dalla 1, passando per la 2, arrivando alla 3 notiamo una progressiva riduzione di volume  interno. Ciò che però si può notare anche è per l’appunto allargamento della traccia sull’asfalto. In sostanza, per ogni compressione successiva, è un po’ come se la traccia dell’asfalto “entrasse” all’interno dello pneumatico. Cosa succede se una traccia sempre più grande entra in un volume sempre più piccolo? Sono necessarie variazioni di altezza minori per generare un aumento percentuale uguale di pressione. Più la gomma viene schiacciata, più diventa difficile da schiacciare. Esattamente il contrario è la fase di distensione, per quanto riguarda la gomma interna alla curva. Risulta quindi che lo pneumatico esterno si abbassa meno di quanto si alza lo pneumatico interno e cosi anche qua abbiamo un lato che contribuisce a sollevare il fondo piatto dal terreno. In sostanza se rappresentassimo il fondo della vettura con una linea rossa noteremo uno spostamento, visto dal posteriore, di questo genere: Schema Fric3 E ciò significa che il piano inferiore si solleva dal terreno con il seguente effetto. Schema Fric4 Sezione 1 di ingresso > di sezione 2 Allora dato che il passaggio si restringe aumenterà la velocità del flusso riducendo la pressione (si crea una depressione) Sezione 3 di ingresso > di sezione 4 Allora dato che il passaggio si restringe aumenterà la velocità del flusso riducendo la pressione (si crea una depressione) Ma:  se inserissimo dei numeri, come ho fatto io in un disegno di prova qua non presente, per esempio dicendo s1=0.7 s2=0.5  s3=0.9  e s4=0.7 Notiamo che secondo la legge  s1*V1 = s2*V2  con V1 e V2 due velocità, si avrà    s1/s2 = V2/V1 = 1.4 Mentre  s3/s4 = V4/V3 = 1.28 Ovvero: mentre con fondo piatto basso si ha una velocità sotto la vettura che aumenta di 1.4 volte, con fondo piatto più alto, la velocità aumenta solo di 1.28 volte circa, con una conseguente pressione maggiore. Proprio questo è il principio su cui si basano le sospensioni FRIC, che servono a mantenere equilibrato il fondo piatto e stabilizzano la vettura.   Ma come potrebbe funzionare tale sistema? Questa è la seconda domanda alla quale cercheremo di rispondere, chiaramente con una ipotesi che non per forza coincide con la realtà, al contrario di quanto detto prima riguardante il motivo. Chiaramente dobbiamo avere dei “sensori” oleodinamici, ovvero funzionanti con olio in pressione all’interno, che riescano ad indicare quando e quale sospensione è in compressione. Questo lavoro non lo può fare una molla meccanica, e nemmeno un ammortizzatore, dato che in esso non esiste in un certo senso pressione, ed è utilizzato per stroncare fastidiose vibrazioni. Servirà un terzo elemento apposito, magari affiancato nel lavoro alla classica molla. Potrei immaginare che l’elemento più semplice da usare per lo scopo sia un cilindro idraulico, come quello in figura, a doppio effetto, ovvero con due prese di pressione.fric_cilindro_idraulico   Tale cilindro sarà affiancato a delle particolari valvole, principalmente di tre tipi: – valvola and (o equivalente): fornisce pressione in uscita se entrambi gli ingressi sono in pressione. – valvola di non ritorno (o equivalente): permette al flusso di pressione di viaggiare in un solo senso. – valvola exor (o equivalente): fornisce pressione in uscita solo quando soltanto un ingresso è in pressione, l’altro deve essere scarico. – Inoltre si potrebbero verificare riduttori o regolatori di pressione lungo i condotto, che potrebbero essere condotti  creati con tubi di treccia di carbonio, resistenti e leggeri. condotto_Fric
Un ipotetico schema potrebbe essere quindi il seguente. (i colori sono collegati alle sottolineature presenti nella descrizioni dei componenti idraulici) schema_fric   Stampa  

Si voglia però ricordare che questo è una ipotesi di come potrebbe funzionare un sistema FRIC, o un equivalente semplificato per cercare almeno di capire la logica con cui opera. Le posizioni di colore viola sono possibili luoghi in cui applicare un regolatore di pressione, utili per adattare le sospensioni a circuiti con curve veloci e circuiti con curve lente. AIMAR ALBERTO Sito : AIMARALBERTO.WIX.COM/AEROSPACE-WORLD

Share Button