Progettazione di un circuito per go-kart

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1 Progettazione di un circuito per go-kart Ing. Marco Evangelos Biancolini Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma Tor Vergata

2 Motivazione dello studio Collaborazione fra TVK e ISAM di Anagni attiva dal 2002 Attualmente ISAM collabora su due progetti Formula SAE SPQRacing Team Land Speed Record Go-Kart Idea di studiare una possibile apertura del circuito ai go-kart

3 Misura delle resistenze passive Go kart: CRG 100 Black Star Motore: Maxter 100 2T Circuito: ISAM Anagni Pilota: Gianmaria Gabbiani Strumentazione: PI Delta Clubman Kart Kit Supporto tecnico: Racing Team CIK, PI Research

4 in pista.

5 Obbiettivi Messa a punto di uno strumento di calcolo precedentemente sviluppato per la previsione della percorrenza del giro di pista (An Integrated Tool For Competition Go-Kart Track Analysis, R. Baudille, M. E. Biancolini, L. Reccia, F2004F376) Studio della percorrenza di un circuito affermato in campo karting (kartodromo di Parma) Studio della percorrenza del circuito ISAM Studio della percorrenza di una variante ridotta del circuito ISAM

6 Simulatore giro di pista Definizione matematica del circuito e della traiettoria Calcolo della capacità di spinta in base alle azioni longitudinali Definizione del diagramma g-g limite del veicolo Calcolo del diagramma g-g ammissibile Calcolo della percorrenza della traiettoria scelta

7 Circuito e traiettoria Rappresentazione matematica del circuito: ascissa curvilinea e profilo stradale (aderenza locale) P 0 (s),t(s),n(s),h(s) P = P 0 (s) + h n(s) -H(s)/2 > h > H(s)/2 Rappresentazione matematica della traiettoria Punti di controllo (s,h) i Tecniche di interpolazione

8 Calcolo della capacità di spinta Spinta longitudinale disponibile Spinta del motore (nota la curva di coppia) Resistenza rotolamento pneumatici Resistenza alla penetrazione dell aria F F F F F tot tot ( v) () v thrust = Ma = F thrust ( v) = T 2π ( v) F v R rot Z drag tot () v = Mg( f + f v) roll drag () v = ρv Cx Afront 2 ( v) F R rot 1 Z roll tot ( v) 8 Diagramma Velocità-Accelerazioni al variare della massima velocità del pignone 7 Accelerazioni [ m/ s^2 ] Rapporti Corti Rapporti Medi Rapporti Lunghi Velocità [ m / s ]

9 Diagramma g-g limite e ammissibile Diagramma ellittico definito in base a due parametri a t a l Taglio sulla porzione in accelerazione in base alla capacità di spinta offerta dal motore

10 Calcolo della percorrenza Analisi della curvatura della traiettoria ρ(s) Calcolo del limite superiore per la velocità del veicolo Min (V max,(a t *ρ(s)) 0.5 ) Classificazione dei minimi locali (staccate) Integrazione nei due versi fra due minimi vicini mantenendo il vettore accelerazione sulla mappa

11 Andamento della velocità v v ro v max v (m/s) s (m)

12 Implementazione software: interfaccia grafica Interfaccia Utente Visualizzazione 3D

13 Circuiti esaminati Parma Isam Isam modificato Lunghezza 1154 m 1967 m 1116 m Larghezza 8 m 9 m 9 m Direzione Orario Antiorario Antiorario Curve Chicane 3 2 0

14 Caratteristiche go-kart Maxter Engine - 100cc Power Torque ( ) RPM

15 Aerodinamica Sono state considerate due condizioni - Pilota in posizione standard - Pilota in posizione accucciata

16 Configurazioni esaminate # Descrizione Tempi Parma (s) Tempi Isam (s) Tempi Isam Mod. (s) 1 Rapporti 10/78 Eretto (Base) Rapporti 10/78 Accucciato Rapporti 11/72 Eretto Rapporti 11/72 Accucciato Rapporti 9/87 Eretto Rapporti 9/87 Accucciato

17 Osservazioni Considerando l aerodinamica base del pilota eretto (casi 1 3 e 5), il rapporto standard è decisamente il migliore per la pista Isam modificata, mentre per il circuito di Parma lo scarto fra il rapporto standard e quello più corto (caso 5) è molto basso. Per quando riguarda il circuito Isam originale i risultati migliori si ottengono con il rapporto standard, con il rapporto lungo si arriva a perdere quasi un secondo. Utilizzando rapporti più lunghi cresce il contributo della resistenza aerodinamica. A parità di rapporto si ha un miglioramento tanto maggiore quanto più a lungo sono i rapporti, visto che diventano importanti i tratti percorsi alla velocità più alta. Nel caso del circuito di Parma, nell ipotesi di poter effettuare tutto il giro in posizione accucciata si otterrebbe un tempo leggermente migliore usando il rapporto lungo (caso 4 e caso 2). Sul circuito Isam originale, malgrado i lunghi rettilinei, risulta comunque vantaggioso il rapporto standard, a causa di curve molto strette che costringono a ridurre molto la velocità.

18 Percorrenza del circuito di Parma 40 Velocità [m/sec] Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8 Caso 9 Caso 10 Distanza [m]

19 Percorrenza del circuito Isam 40 Velocità [m/sec] Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8 Caso 9 Caso Distanza [m]

20 Percorrenza del circuito Isam modificato 40 Velocità [m/sec] Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8 Caso 9 Caso Distanza [m]

21 Osservazioni Velocità massime: utilizzano i rapporti più a corto in tutti e tre i circuiti si arriva alla velocità massima, che risulta debolmente influenzata dall aerodinamica. La velocità massima con il rapporto lungo viene raggiunta solo in fondo rettilineo più lungo del circuito Isam con il pilota accucciato. Usando questo rapporto si ottengono risultati molto diversi in fondo al rettilineo in base alla resistenza aerodinamica. Evoluzione della velocità in uscita da una curva molto stretta: le configurazioni con i rapporti corti salgono rapidamente e tendono poi a saturare, mentre nel caso dei rapporti a lungo la pendenza è minore ma viene mantenuta più a lungo portando a velocità più alte.

22 Conclusioni E stato presentato un simulatore di giro di pista Il simulatore è stato applicato allo studio del circuito di Parma e del circuito ISAM originale e di una sua variante La variante sembra presentare tutti i requisiti necessari per essere apprezzata per l uso con go-kart

23 Attività in corso Studio di ulteriori varianti Campagna di prove in pista con go-kart di diverse categorie (circuito originale e varianti) Studio aspetti normativi per omologazione circuito Studio della sicurezza del circuito per i gokart

24 Progettazione di un circuito per go-kart Ing. Marco Evangelos Biancolini Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma Tor Vergata