ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| LABORATORIO DI DINAMICA DEI VEICOLI | ING-IND/13 | LEZIONI | 60 |
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Il corso si propone di fornire agli allievi nozioni avanzate di dinamica del veicolo e di dotarli degli strumenti necessari per l’analisi e la modellazione funzionale di veicoli stradali (veicoli per passeggeri e veicoli da competizione). L'approccio, tipico della meccanica analitica, si basa sulla scrittura delle equazioni differenziali ed algebriche che descrivono un veicolo. Si studiano, ad esempio, le eq.ni di congruenza, che legano le velocità di punti notevoli del veicolo agli scorrimenti dei pneumatici, le equazioni costitutive, che descrivono le interazioni fra ruote e terreno, e le equazioni di equilibrio dinamico, che descrivono il moto finale del veicolo (e sono responsabili dei trasferimenti di carico in curva e nelle fasi di accelerazione e decelerazione). Nel corso si vanno a fornire inoltre informazioni complementari a quelle già in possesso degli allievi, legate ad esempio alle equazioni che descrivono il comportamento di varie tipologie di differenziali, e si presentano tecniche tipiche della robotica per la modellazione di sospensioni dotate di geometrie complesse.
Vengono altresì trattati alcuni aspetti di pianificazione ottima con tecniche numeriche, utili per definire modelli di pilota artificiale per guida autonoma.
Al termine del corso, lo studente avrà:
Il software in cui vengono svolte le sercitazioni al calcolatore è Wolfram Mathematica [https://www.wolfram.com/]. Alcune esercitazioni prevedono l'uso della suite CasADi [https://web.casadi.org/] in ambiente Python.
The aim of the course is an advanced understanding of vehicle dynamics. It will enable students to analyze and model the functional behaviour of road and race vehicles. The rigorous approach followed, which is typical of analytical mechanics, is based on the detailed writing of congruence, constitutive and dynamic equilibrium equations. The congruence equations, aka kinematic equations, link together the velocities of noteworthy points of the vehicle body to the tire slips. The constitutive equations provide a mean to model the interaction forces between the tires and the road. The dynamic equilibrium equations describe the dynamics of motion and are represented by the celebrated Newton-Euler equations. The latter, as an example, are responsible of the vertical load transfers during acceleration and braking and during turning phases. In the class, additional pieces of information with respect to the classical vehicle dynamics class are provided, such as: modelling of different types of automotive differentials, advanced techniques to model suspension systems with complex geometry, track modelling using spline representations, representation of vehicle dynamics as embedded in track coordinates. The class also deals with optimal vehicle planning, which is paramount to define artificial driver models used in autonomous driving and racing.
The software suite employed to implement vehicle models is Wolfram Mathematica [https://www.wolfram.com/]. Some exercize are based on the CasADi suite [https://web.casadi.org/] than can be accessed both via the Python and MATLAB/Simulink interface.
La verifica delle conoscenze avviene attraverso la discussione orale di un progetto elaborato dallo studente che prevede l'implementazione al calcolatore, tipicamente impiegando il sofware Wolfram Mathematica, di uno o più modelli di veicolo nello svolgimento di varie tipologie di manovre.
Alla discussione lo studente illustra, mediante una presentazione in PowerPoint o Beamer, il/i modello/i di veicolo implementati ed i risultati delle simulazioni. Il docente valuta la completezza, la robustezza e l'organizzazione del codice di calcolo sviluppato, la ricchezza dei risultati delle simulazioni e la profondità della discussione proposta dal candidato a difesa della bontà dei risultati.
I risultati delle simulazioni coinvolgono alcune manovre tipiche come: chicchiole, inseguimento di traiettorie, colpi di sterzo e simili. E' di fondamentale importanza la creazione delle mappe di soluzioni steady-state (MAPs) per la valutazione delle proprietà sovra-/sotto-sterzanti.
Knowledge verification occurs through application of the course topics to case studies. Results are presented and discussed through a technical report and a presentation with multimedia tools.
Al termine dell'insegnamento lo studente avrà:
At the end of the course the student will have:
Durante il corso, le tecniche di modellazione e pianificazione vengono applicate ai modelli di veicolo di riferimento simulati (single- e double-track) sotto la supervisione dei docenti e dei collaboratori alla didattica.
Inoltre, all'esame lo studente dovrà preparare ed illustrare una presentazione che riporti i risultati dell'attività di progetto.
During the class, vehicle modelling and planning techniques are applied to the simulated reference models (both single- and double-track) with the guidance of the instructor and the teaching assistants.
Al termine del corso gli studenti avranno sviluppato l'attitudine a riconoscere, nei problemi applicativi di diversa natura che possono essere loro proposti come ingegneri dei veicoli, gli aspetti salienti della dinamica del veicolo, in una accezione ampia del termine, di riconoscere il ruolo giocato dai vari componenti il sistema e di saperli modellare in modo generale, astraendone la funzione e l'effetto dalla particolare realizzazione.
At the end of the class the students will develop the attitude to recognize, in different applied scenarios typical of vehicle engineeting, the salient features of vehicle dynamics in a broad sense of the term, to distinguish the different roles played by the various components of the system and to be able to model them quantitatively, abstracting their function and effect from the specific realization.
Agli studenti verrà chiesto di proporre argomenti di approfondimento, quali modelli di veicolo più complessi o dotati di dispositivi speciali (come differenziali di varia natura e sospensioni con geometrie non standard) a cui loro stessi dovranno saper adattare le tecniche apprese. In questo modo potranno dimostrare di saper estendere l’applicabilità dei metodi ad una classe più generale di problemi che potranno incontrare nella loro vita professionale.
Le lezioni vengono svolte alla lavagna, con l'eventuale uso di supporti multimediali per la visione di immagini e video, ed al calcolatore relativamente alle sezioni in cui si implementano di codici di simulazione.
Modalità di apprendimento:
Metodologia di insegnamento:
Esempio di regisitro delle lezioni tratto dall'a.a. 2020-21
Dispense del docente.
Massimo Guiggiani - The Science of Vehicle Dynamics - Springer 2018
Hans Pacejka - Tire and Vehicle Dynamics - Butterworth-Heinemann 2012
John T. Betts - Practical Methods for Optimal Control and Estimation using Nonlinear Programming - SIAM 2010
Nessuna differenza di programma o di valutazione
La verifica delle conoscenze avviene attraverso la discussione orale di un progetto elaborato dallo studente che prevede l'implementazione al calcolatore, tipicamente impiegando il software Wolfram Mathematica, di uno o più modelli di veicolo nello svolgimento di varie tipologie di manovre.
Alla discussione lo studente illustra, mediante una presentazione in PowerPoint o Beamer, il/i modello/i di veicolo implementati ed i risultati delle simulazioni. Il docente valuta la completezza, la robustezza e l'organizzazione del codice di calcolo sviluppato, la ricchezza dei risultati delle simulazioni e la profondità della discussione proposta dal candidato a difesa della bontà dei risultati ottenuti.
Vengono valutati favorevolmente approfondimenti proposti e svolti in modo indipendente dai candidati su argomenti complementari mediante esposizione di tavole aggiuntive (ad esempio pianificazione ottima della guida di un veicolo).
Nessuno
Si indica come riferimento il canale MS Teams del Corso in cui è presente anche il materiale didattico fornito dal docente ed esempi di lezioni registrate svolte nell'a.a. 2020-21
