Identificazione sperimentale della ruota

Aug 27, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 16015 (2022) Citare questo articolo

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Poiché l'interazione delle ruote con determinati casi di terreno (asfalto, cemento) è nota e ben descritta in caso di movimento lineare e condizioni in curva antiscivolo e sdrucciolevole, è necessario analizzare il caso dei veicoli a ruote sterzanti. È necessario studiare lo scivolamento laterale per vari angoli di attacco. La principale area di interesse della ricerca mostrata nel progetto è il calcolo della domanda energetica dei veicoli con ruote sterzanti in varie condizioni del terreno. Alcuni casi di veicoli completamente elettrici con motori elettrici individuali per ruota richiedono una valutazione precisa delle forze longitudinali e laterali per eseguire la svolta completamente controllata. Il supporto sperimentale progettato e sviluppato dagli autori consente di testare l'interazione ruota-superficie per varie condizioni del terreno e diverse direzioni di guida. I dati dei test sono stati acquisiti per pavimentazioni in sabbia e granito asciutte e bagnate. Le forze di trazione e laterali sono state acquisite e utilizzate per identificare i parametri del modello di interazione ruota-terreno per ruote non semoventi. I risultati sotto forma di serie temporali che includono forze longitudinali e laterali mostrano la relazione tra angolo di attacco, carico e condizioni della superficie in termini di fenomeno di stick and slip che è essenziale per i calcoli della dinamica dello skid-steering. I risultati delle misurazioni vengono quindi utilizzati per il calcolo dei coefficienti delle forze longitudinali e laterali in funzione dell'angolo di attacco e del carico verticale. I test sono stati eseguiti in ambiente naturale, quindi sono influenzati da condizioni mutevoli. Vengono utilizzate più esecuzioni per eliminare tale influenza. Gli esperimenti descritti fanno parte del progetto che include la generalizzazione dei risultati utilizzando il modello FEM validato dai test. Il lavoro descritto non è inteso a sviluppare nuovi modelli di interazione terra-pneumatico, ma si concentra sul metodo di calcolo dello sforzo di trazione numericamente efficiente per varie condizioni, inclusa la modalità passiva – ruota non semovente.

I veicoli fuoristrada, in particolare le macchine senza pilota e autonome, sono ottimizzati per ridurre al minimo dimensioni e peso. Di conseguenza, nella progettazione di veicoli senza pilota di piccole, medie e pesanti dimensioni vengono utilizzati sistemi di trasmissione e sterzo meno complessi. La soluzione più comune sono le sospensioni elastiche e lo skid sterzo con motori di trazione elettrici o idraulici. Nel caso del veicolo fuoristrada con sistema di propulsione elettrica, il parametro vitale è il volume del serbatoio di energia. Per i sistemi di propulsione elettrica con elevate capacità di sovraccarico è fondamentale valutare la coppia e la potenza medie continue e anche i parametri di prestazione massima che consentiranno di mettere a punto correttamente la centrale elettrica, il sistema di accumulo di energia e i motori di propulsione. Un'analisi adeguata del consumo energetico su vari terreni e l'esatta definizione della missione consentiranno di ottimizzare il sistema di batterie, il che consentirà di utilizzare batterie dal design modulare configurate in base alle esigenze della missione. Per valutare la domanda di energia è essenziale creare il metodo numerico universale e rapido per la previsione del consumo di energia.

Il lavoro descritto in questo articolo fa parte del progetto incentrato sullo sviluppo di una metodologia universale per la progettazione, l'ottimizzazione e l'analisi del moderno sistema di propulsione per vari tipi di veicoli e condizioni del terreno. Poiché il comportamento e le prestazioni dei veicoli su strada sono ben descritti, mancano conoscenze accessibili riguardanti le prestazioni fuoristrada dei vari tipi di veicoli. I metodi di valutazione dello sforzo di trazione si basano da un lato su modelli teorici complessi e spesso inadeguati e dall'altro su prove sperimentali su alcuni tipi di veicoli. La metodologia proposta in questo articolo è una combinazione di metodi sperimentali, teorici e numerici che consentiranno di eseguire il calcolo dello sforzo di trazione veloce con una precisione accettabile. L'aspetto più importante della ricerca è stata la previsione delle forze laterali e longitudinali per la ruota non propulsa. Come è stato osservato in precedenti ricerche condotte per i veicoli cingolati, esiste la possibilità di recuperare energia dai cingoli interni e, come verrà indagato in ulteriori ricerche, per i veicoli a ruote. Il più semplice e il più impegnativo in termini di coppia generata dai motori elettrici sarà zero turn. In caso di virate varie e completamente controllate è fondamentale studiare le forze resistenti della ruota non propulsa per diversi angoli di attacco e calcolare il possibile livello di recupero di energia.