Multibody Modelling of a heavy duty truck and analysis of the effect of frame flexibility on vehicle dynamics

Tesi di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica presso il Politecnico di Torino

Laureando: Angelo Domenico Vella

Relatori: Professor Enrico Galvagno, Professor Mauro Velardocchia

Tutor: Dott. Vladi Massimo Nosenzo

L’attività in oggetto è stata svolta preso la sede CNH Industrial-IVECO di Torino. Obiettivo principale è stato la realizzazione del modello multibody di veicolo commerciale pesante on-road: Trattore Stradale Iveco Stralis.

Il modello multibody di veicolo, il più possibile completo ed aggiornato, risulta di fondamentale importanza all’interno della divisione Ingegneria di ogni compagnia operante nel settore automotive dal momento che costituisce la base per diverse tipologie di analisi quali ad esempio quelle handling, comfort e durability.

L’ambiente di sviluppo adottato è stato il softwareMSC Adams/Car.

Il punto di partenza del lavoro è stato il modello CAD del veicolo in esame ed un precedente modello multibody realizzato dallo Sviluppo Prodotto Iveco, non del tutto aggiornato ed con alcuni sottosistemi modellati con approcci semplificati ed ormai superati.

                                                                                                                          Modello CAD del trattore Iveco Stralis

Sono state in primis aggiornate le sospensioni del trattore e del semirimorchio in termini di geometria, inerzie, caratteristiche dei componenti di forza come molle ad aria, ammortizzatori, tamponi di fine corsa e giunti deformabili.

Sono state poi generate le barre antirollio all’anteriore e al posteriore del trattore, sottosistemi assenti nel database Adams/Car iniziale. Sono state quindi create le molle a balestra che costituiscono parte della sospensione anteriore del trattore mediante l’ambiente dedicato MSC LeafToolKit: è stata necessaria l’adozione di una procedura iterativa nella quale sono state variate alcune caratteristiche geometriche e del materiale al fine di garantire nel modello la stessa rigidezza delle molle presente a disegno.

Si è deciso di integrare nel modello sotto forma di corpi flessibili il telaio del trattore, la cabina e gli assali del semirimorchio per cui l’approssimazione di corpo rigido, propria di un approccio multicorpo, risultava eccessiva: data la deformabilità di questi elementi si ipotizzava un’influenza non trascurabile sul comportamento direzionale dell’intero veicolo. Per quanto concerne il primo sottosistema, partendo dalla relativa mesh, è stata lanciata un’analisi modale in MSC Nastran: il file contenete i modi e le frequenze proprie è stato integrato in Adams/Car e completato con la funzione che definisce lo smorzamento, precedentemente studiata all’interno di Iveco.

                                                                                                                 Fig. 1 – Primi quattro modi di vibrare del telaio del trattore

Relativamente agli assali del semirimorchio, è stata creata la geometria in MSC Adams/View dalla quale è stata generata dapprima la mesh e successivamente il corpo flessibile similmente a quanto operato per il telaio.

È stato infine introdotto un modello di pneumatico secondo la formulazione Pacejka 5.2. Sono stati ottenuti due veicoli, il primo rappresentato dalla sola motrice mentre il secondo comprensivo anche di semirimorchio.

                                                                                                                         Fig. 2 – Full-Vehicle Assembly: motrice

Si è quindi valutata l’influenza dei corpi flessibili nel modello multibody in termini di dinamica laterale mediante la simulazione di manovre standard impiegando alcune possibili combinazioni tra corpi rigidi e flessibili: per quanto riguarda il solo trattore, le configurazioni analizzate sono state quelle con cabina e telaio entrambi rigidi e poi flessibili; per quanto concerne l’intero veicolo, sono state introdotte due ulteriori combinazioni dovute alla flessibilità degli assali del semirimorchio.

                                                                                                          Fig. 3 – Curva di sottosterzo per trattore (a) e veicolo completo (b)

È emerso che il telaio del trattore gioca un ruolo fondamentale in termini di dinamica laterale e il suo impatto come corpo flessibile è tanto più evidente quanto la manovra è più impegnativa ed in particolar modo su veicolo completo. La flessibilità di questo sottosistema si traduce infatti in comportamento più sovrasterzante, ritardo alla risposta e riduzione della frequenza di risonanza. Per quanto concerne gli assali del semirimorchio, il loro impatto risulta minimamente apprezzabile e pertanto è auspicabile in futuro il loro impiego come corpo rigido in modo da ridurre lo sforzo computazionale delle simulazioni.