Studio di un sistema di movimento e uscita dall abitacolo di un sedile per auto sportive

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1 ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA SECONDA FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA ELABORATO FINALE DI LAUREA in DISEGNO ASSISTITO AL CALCOLATORE Studio di un sistema di movimento e uscita dall abitacolo di un sedile per auto sportive CANDIDATO Andrea Gabellini A.A. 2009/2010 Sessione III RELATORE Prof. Ing. Luca Piancastelli

2 OBIETTIVI DELLA TESI Realizzare un sistema atto a facilitare l accesso nell abitacolo di auto sportive, compatibile con il progetto Astura. Questa ulteriore analisi del problema mira al superamento dei limiti più stringenti delle precedenti soluzioni, unitamente alla ricerca di maggiore versatilità del prodotto.

3 PUNTI CHIAVE DEL PROGETTO L analisi svolta ha principalmente interessato 3 elementi : _ lo sportello _ la seduta _ il sistema di movimento

4 LO SPORTELLO Una portiera a scorrimento soddisfa molteplici esigenze : _ ridotti ingombri di apertura _ possibilità di automazione _ ampio spazio di accesso Diventa indispensabile automatizzare l allineamento delle ruote anteriori alla carrozzeria.

5 LA SEDUTA Caratteristiche essenziali di un buon sedile : _ ergonomia _ funzionalità di sostegno _ regolazione _ comfort dinamico _ costi contenuti _ disponibilità _ aspetto _ compatibilità ingombri I gusci inferiori dovranno presentare dimensioni ridotte per facilitare la salita di individui con handicap motori.

6 LA SEDUTA L impiego di sedili sportivi può risultare una ottima scelta. Il mercato propone le soluzioni più varie in termini di design ed ergonomia. Questi dispositivi si contraddistinguono per una facile reperibilità e costi contenuti.

7 LA SEDUTA Una soluzione alternativa, ritenuta ottimale, è rappresentata da un sedile dotato di smorzatori ad aria compressa, caratterizzato da: _ elevato comfort dinamico _ linee avvolgenti ma compatibili con l accesso da parte di persone disabili _ design sportivo _ regolazione dell inclinazione relativa tra schienale e seduta L adozione di questo dispositivo comporta un lieve innalzamento dei costi.

8 ANALISI DELLE SOLUZIONI PRECEDENTI Una prima versione, caratterizzata da due slitte atte a traslazioni ortogonali tra loro, benchè efficace, ha subito messo in mostra i evidenti limiti : _ elevata altezza della seduta rispetto al pianale _ compatibilità con la sola Astura _ scarsa stabilità dell individuo in fase di uscita

9 ANALISI DELLE SOLUZIONI PRECEDENTI Una seconda versione si è basata su un cilindro rotante, posizionato posteriormente rispetto al sedile. Questa soluzione, evolutasi dalla prima, ha apportato alcune fondamentali migliorie : _ distanza sedile pianale considerevolmente ridotta _ buona sicurezza in fase di accesso Sono però rimaste inalterate o addirittura peggiorate condizioni quali: _ compatibilità con la sola Astura _ scarsa stabilità e rigidezza in posizione di guida

10 ANALISI DELLE SOLUZIONI PRECEDENTI Un ulteriore sistema, costituito da un riduttore collegato ad una biella, atta al sollevamento del sedile, rappresenta l ultima evoluzione studiata. In questo caso il problema è di tipo funzionale e particolarmente evidente : il sedile, in fase di sollevamento, si inclina notevolmente. La seduta presenta inoltre gusci molto pronunciati.

11 IL NUOVO SISTEMA DI ACCESSO : REQUISITI FUNZIONALI I requisiti essenziali che il nuovo sistema dovrà soddisfare sono : _ ridotta altezza della seduta rispetto al pianale _ possibilità di escursione laterale del sedile, volta a facilitare l accesso di persone con difficoltà motorie _ stabilità e sicurezza dell individuo in ogni configurazione _ possibilità di regolazione dell inclinazione di seduta e schienale, compatibilmente con configurazioni di guida stradali e sportive _ compatibilità della struttura con la normativa sui crash test

12 IL NUOVO SISTEMA DI ACCESSO : OBIETTIVI Compatibilmente con i requisiti fondamentali sono stati definiti ulteriori obiettivi progettuali : _ versatilità e flessibilità del sistema atte a renderlo compatibile con altre vetture _ elevata rigidezza della struttura, al fine di trasmettere sicurezza al conducente _ automazione _ semplicità realizzativa e reperibilità dei componenti _ sostenibilità economica _ sollevamento della seduta in fase di accesso

13 SOLUZIONE : IL CONCETTO DI BASE L analisi del problema, in concomitanza allo studio dei precedenti elaborati, trova come principio applicativo alla base di uno sviluppo funzionale ed efficiente, l idea di vincolare il sedile attraverso lo schienale, permettendo così alla seduta, in posizione di guida, di poggiare al pianale. Questa soluzione comporta : _ scarico delle sollecitazioni direttamente sul pianale _ miglioramento dell abitabilità: la sedutasi abbassa al minimo valore possibile _ notevole miglioramento di stabilità e rigidezza in configurazione di guida Sarà a tale scopo necessario realizzare una predisposizione per gli attacchi nello schienale del sedile, ma anche garantirne la resistenza visto il peculiare metodo di fissaggio.

14 SOLUZIONE : IL CILINDRONE Una prima soluzione è costituita da un cilindro telescopico con attuatore oleodinamico. Questa soluzione è da subito apparsa improponibile per diverse cause : _ elevata flessione in condizione di massima apertura _ range di regolazione altezza e inclinazione ridotto _ attuatore ingombrante e costoso _ ragioni di natura estetica

15 SOLUZIONE : IL SOLLEVAMENTO La ricerca di una soluzione alternativa ha portato all adozione di un gruppo quadrilatero articolato e cric per la risoluzione della traslazione verticale. Questo sistema, vincolato al sedile, consente di muovere lo stesso lungo un arco di circonferenza. La conduzione del movimento è delegata al cric, soluzione particolarmente pratica ed affidabile.

16 SOLUZIONE : REGOLAZIONE DELLA INCLINAZIONE Si è deciso di vincolare un secondo segmento del sedile rispetto ad una diversa zona del quadrilatero, per poi modificarne la distanza reciproca. Regolando lo distanza tra i due elementi cerchiati è possibile imporre l angolo voluto tra lo schienale e l orizzontale. Sono stati impiegati giunti sferici LSK, esenti da manutenzione e capaci di coniugare resistenza alle sollecitazioni imposte e sufficiente apertura angolare.

17 SOLUZIONE : TRASLAZIONI Al fine di realizzare le traslazioni longitudinale e trasversale sono stati impiegati componenti commerciali, selezionati tra le varie proposte di mercato: _ Guida Chambrelan E1904 _ Guida Chambrelan E98G12

18 SOLUZIONE : AUTOMAZIONE Essendo il dispositivo pensato in prima battuta per agevolare persone con handicap è apparso essenziale automatizzare completamente i movimenti del sistema ideato. Si è scelto di impiegare motori stepper Osm, per le loro ottime qualità : _ funzionamento in DC _ ingombri e masse ridotti _ possibilità di controllo di posizione _ elevata precisione e risoluzione

19 SOLUZIONE : ANALISI AGLI ELEMENTI FINITI Il sistema ideato è stato analizzato con software FEA: SolidWorks Simulation. Tale analisi ha portato ad una revisione di alcuni componenti, al fine di raggiungere un livello di resistenza tollerabile anche in condizioni di crash. Il riscontro finale è risultato positivo anche a questa situazione.

20 SOLUZIONE : LA SCELTA DEI MATERIALI L analisi FEA ha fornito inoltre contributo nella scelta dei materiali. In prima battuta si era presa in esame una lega di alluminio, in analogia con il telaio della Astura, ma le caratteristiche si sono rivelate decisamente Insufficienti. Per motivi prevalentemente economici sono state scartate anche le leghe di titanio, benchè capaci di resistere alle sollecitazioni imposte. La scelta finale si basa su un acciaio da bonifica: 36CrMn5

21 VALUTAZIONE DEL SISTEMA : CONSIDERAZIONI Il sistema realizzato presenta una peculiarità limitante: un elevato ingombro nella zona posteriore al sedile. Ove questo rappresenti una condizione stringente si può ovviarla attraverso diverse alternative: _ sostituzione delle guide lineari con altre telescopiche _ adozione di guide lineari più corte _ compattazione del sistema attraverso un montaggio alternativo del cric

22 VALUTAZIONE DEL SISTEMA : CONCLUSIONI La struttura realizzata soddisfa ampiamente requisiti ed obiettivi preposti, si evidenziano in particolare: _ rigidezza in posizione di guida e compatibilità alle normative sui crash _ ottimizzazione dell abitabilità e della posizione del baricentro del veicolo _ elevata escursione trasversale ed in altezza _ comfort statico e dinamico _ completa automazione _ sostenibilità tecnico economica _ flessibilità e compatibilità