Indice

Brevi note storiche sugli autoveicoli

     1  Introduzione

     2  Veicoli a propulsione meccanica

     3  Il mondo antico

     4  Il Medio Evo

     5  Dal Rinascimento alla rivoluzione industriale

     6  Veicoli a motore nel XIX secolo

     7  L'era dell'automobile: il XX secolo

1   Forze scambiate tra ruota e strada

    1.1 Struttura dei pneumatici

    1.2 Pressioni di contatto e rigidezza del pneumatico

    1.3 Raggio di rotolamento

    1.4 Resistenza di rotolamento

    1.5 Forze scambiate tra ruota e strada in direzione longitudinale

    1.6 Forze scambiate tra ruota e strada in direzione trasversale

    1.7 Interazione tra forze longitudinali e trasversali

    1.8 Cenni sul comportamento dinamico del pneumatico

    1.9 Rilievo sperimentale delle caratteristiche dei pneumatici

2   Azioni aerodinamiche

     2.1 Considerazioni generali

     2.2 Campo aerodinamico intorno al veicolo

     2.3 Resistenza aerodinamica

     2.4 Portanza e momento di beccheggio

     2.5 Devianza, momenti di rollio e di imbardata

     2.6 Studio sperimentale delle forze aerodinamiche

     2.7 Cenni sull'aerodinamica numerica

3   Dinamica longitudinale del veicolo

     3.1 Distribuzione del carico al suolo

     3.2 Moto a velocità costante su strada rettilinea

     3.3 Avviamento del veicolo

     3.4 Accelerazione

     3.5 Consumo di carburante in condizioni effettive

     3.6 Veicoli elettrici e ibridi

     3.7 Frenatura su strada rettilinea

     3.8 Cenni sulle prescrizioni regolamentari

4   Comportamento direzionale dei veicoli rigidi

     4.1 Controllo della traiettoria negli autoveicoli

     4.2 Sterzatura cinematica

     4.3 Modello semplificato: sterzatura ideale

     4.4 Sterzatura dinamica di un veicolo rigido

     4.5 Modello linearizzato per il comportamento direzionale

     4.6 Comportamento direzionale a regime

     4.7 Stabilità direzionale del veicolo

     4.8 Moto non a regime

     4.9 Veicoli a due assi a sterzatura integrale (4WS)

     4.10 Veicoli articolati

     4.11 Modello linearizzato per veicoli articolati

     4.12 Veicoli articolati a più corpi

     4.13 Limiti dei modelli linearizzati

     4.14 Interazione tra veicolo e guidatore

5   Il veicolo su sospensioni elastiche

     5.1 Cenni sui vari tipi di sospensione

     5.2 Coordinate generalizzate per le rotazioni

     5.3 Modello per veicoli isolati

     5.4 Modello linearizzato per veicoli isolati

     5.5 Disaccoppiamento tra handling e comfort

     5.6 Comportamento direzionale

     5.7 Moti di sospensione (comfort)

     5.8 Modelli di monosospensione

     5.9 Scuotimenti verticali e beccheggio

     5.10 Moti di rollio

     5.11 Modelli di veicoli deformabili

     5.12 Momenti giroscopici ed altri effetti secondari

     5.13 Valutazione delle forzanti

     5.14 Note conclusive sul comfort di marcia

     5.15 Comportamento direzionale dei motoveicoli

6   Problemi relativi agli infortuni stradali

     6.1 Urto tra veicoli: modello impulsivo

     6.2 Urto tra veicoli: modello di seconda approssimazione

     6.3 Moto del veicolo dopo l'urto

     6.4 Ribaltamento del veicolo

     6.5 Moto degli oggetti trasportati durante l'urto

Prefazione alla V edizione

La presente quinta edizione segue la precedente ad una distanza di più di cinque anni. L'evoluzione della tecnica automobilistica ha reso necessaria un'ampia revisione del testo, che è stato aggiornato e completato in alcune parti e semplificato in altre.

In particolare il modello empirico per l'interazione pneumatico-strada, che è ormai generalmente noto con il nome di formula magica e che è sempre più utilizzato nelle applicazioni, è stato sostituito ad altri approcci empirici o semiempirici.

Sono inoltre stati aggiunti vari esempi di calcolo, che possono essere utili agli studenti sia nella comprensione della materia che nello svolgimento delle esercitazioni, nonché una serie di dati che permettono allo studente di ripetere gli esempi con riferimento a veicoli diversi, magari tentando di verificare le conseguenze delle variazioni dei valori numerici dei parametri in gioco.
Data l'importanza sempre maggiore che la simulazione numerica ha nella progettazione, si è dato molto spazio alla modellistica matematica, ed in particolare ai modelli nonlineari. Tuttavia, pur non omettendo le formulazioni matematiche necessarie alla costruzione di tali modelli, si è cercato di evitare la proliferazione di formule ed equazioni per evitare che il lettore perda di vista gli aspetti fisici ed ingegneristici dei problemi studiati. Si è così cercato un compromesso tra le esigenze dei lettori interessati ad applicare i modelli matematici a casi concreti, che hanno bisogno di trovare nel testo tutte le equazioni necessarie ad ottenere soluzioni quantitative, e quelle degli studenti, interessati alla comprensione dei fenomeni in gioco ed all'approfondimento degli aspetti qualitativi.

A questo proposito è necessario raccomandare agli studenti di non lasciarsi prendere la mano dalle formulazioni matematiche per concentrarsi sulla comprensione dei fenomeni: l'esperienza di molti anni di insegnamento suggerisce che non sia inutile ripetere l'ovvia raccomandazione di non cercare di memorizzare formule, impresa tanto faticosa quanto inutile e fuorviante.

Prefazione alla IV edizione

La quarta edizione, che si presenta con una veste tipografica completamente rinnovata, differisce dalla precedente anche per quanto riguarda il contenuto.

Per prima cosa alcuni paragrafi sono stati aggiornati per tenere conto dell'evoluzione della tecnica automobilistica. Dato che il tempo intercorso tra la stesura del testo delle due edizioni è di soli quattro anni, tale aggiornamento ha richiesto modifiche solamente marginali.

Mentre la tecnica automobilistica ha continuato il suo sviluppo ad un ritmo costante, il settore del calcolo automatico ha visto progressi rapidi e difficilmente prevedibili. In particolare, la disponibilità di mezzi di calcolo di elevate prestazioni a costi contenuti mette oggi a disposizione di chi frequenta corsi, anche con un numero di studenti non piccolo, strumenti hardware e software che in passato non erano utilizzabili. Alla luce di questa considerazione, si è ritenuto che fosse inutile, anzi addirittura controproducente, fornire in appendice programmi di calcolo in BASIC per risolvere i problemi matematici che si incontrano nello svolgimento delle esercitazioni del corso o, più in generale, che vengono affrontati dal progettista nello studio del comportamento di un autoveicolo. L'A. ritiene sicuramente più utile che lo studente si familiarizzi con codici di calcolo standard piuttosto che imbarcarsi nel faticoso e spesso sterile lavoro di digitare e mettere a punto programmi ad hoc per ciascun particolare calcolo.

Alla luce di queste considerazioni tutte le appendici, escluse la prima che riguarda la soluzione in forma chiusa delle equazioni di terzo e quarto grado, argomento raramente trattato nei testi di matematica, sono state abolite.

In tutto il testo si è cercato di semplificare la trattazione matematica, in modo da focalizzare l'attenzione sugli aspetti più fisici ed ingegneristici dei vari problemi affrontati. Si è inoltre tentato di mettere in luce gli aspetti metodologici che unificano le varie parti della disciplina e che la avvicinano ad altre discipline affini.

Prefazione alla III edizione

La terza edizione differisce sostanzialmente dalle altre due, sia per quanto riguarda l'ampiezza della trattazione che per l'impostazione generale del testo. A parte l'aggiunta di una breve introduzione storica, le parti che sono state maggiormente ampliate sono la trattazione della frenatura, quella del moto in curva e del comportamento dinamico dell'autoveicolo e la parte riguardante i moti di sospensione.

A tale riguardo, per dare maggiore sistematicità alla trattazione, lo studio del moto in curva è stato suddiviso in due parti, la prima riguardante il comportamento dinamico del veicolo rigido e la seconda quello del veicolo su sospensioni. Sono stati inoltre introdotti alcuni paragrafi riguardanti direttamente i veicoli industriali, sia articolati che con rimorchio.

è stato inoltre aggiunto ex novo un capitolo riguardante il moto del veicolo in condizioni anomale, quali quelle che si verificano durante gli incidenti. Tale capitolo si rivolge sia ai progettisti che debbano affrontare lo studio della problematica legata alla sicurezza che ai periti chiamati a ricostruire le cause e la dinamica di un incidente stradale.

Oltre agli ampliamenti sopra descritti, si è ritenuto necessario apportare in tutta la trattazione gli aggiornamenti resi indispensabili dalla continua evoluzione della tecnica automobilistica. In tale opera di aggiornamento si è inteso fornire almeno alcune informazioni non solo sugli sviluppi ormai consolidati della tecnologia, ma anche sulle attuali tendenze e sulle applicazioni ora sperimentali, ma che potranno in futuro entrare nell'uso comune.

Si è ritenuto di fare cosa utile agli studenti ampliando le appendici e corredandole di semplici programmi di calcolo. Lo scopo non è evidentemente quello di sostituirsi ai corsi di matematica o di calcolo numerico né quello di incoraggiare una tendenza ad un dilettantesco ``do it yourself'' nel campo dei programmi di calcolo, ma solo quello di fornire alcuni strumenti di semplice e rapido uso per l'esecuzione delle esercitazioni del corso.

Il presente testo è e resta sostanzialmente un testo universitario e pertanto si rivolge in primo luogo agli studenti. L'A. si augura tuttavia che la maggiore ampiezza della trattazione, lo spettro più ampio degli argomenti trattati ed il taglio applicativo della trattazione, possano far sì che esso  sia di utilità generale per i progettisti ed i professionisti del settore e per tutti coloro che si occupano a vario titolo di tecnica automobilistica.

Prefazione alla II edizione

Questa seconda edizione beneficia di un'esperienza didattica biennale e contiene ampie revisioni rispetto alla precedente.

Maggiore spazio è stato dedicato alla trattazione del comportamento dinamico delle sospensioni e soprattutto a quella dei moti curvi del veicolo.

Sono state inoltre apportate modifiche nei sistemi di riferimento ed in alcune definizioni allo scopo di rendere tutta la trattazione più direttamente applicabile alle tecniche di calcolo automatico, che trovano un sempre più largo impiego nella progettazione. Si è in particolare seguita la prassi di unificare i sistemi di riferimento, anche contro la normativa vigente, e di scrivere tutte le formule in modo coerente con tali sistemi.

Alcune formule matematiche utili allo svolgimento di calcoli relativi ai problemi trattati nel testo sono state raccolte in appendice.

Prefazione alla I edizione

Il presente testo raccoglie in forma organica le lezioni tenute dall'Autore presso la Facoltà di Ingegneria ed il Corso di specializzazione nella Motorizzazione del Politecnico di Torino.

Esso ha lo scopo di fornire agli studenti una raccolta degli argomenti svolti nel corso di Meccanica dell'Autoveicolo ed è motivato anche dall'assenza di un testo in lingua italiana che tratti esaurientemente la materia. 

La Meccanica dell'autoveicolo, intesa come quella parte della Meccanica che studia il comportamento dell'autoveicolo e le sue prestazioni, è infatti un settore della tecnologia che ha avuto un notevole impulso negli ultimi anni sotto la spinta di problemi, spesso contrastanti, che l'industria automobilistica si è trovata ad affrontare. Essa infatti ha dovuto, a partire dalla metà degli anni '60, far fronte a mutevoli esigenze del mercato ed a cambiamenti anche notevoli dello scenario in cui si è trovata ad operare. 

Il primo problema che si è presentato in forma nuova, o comunque molto più pressante che in passato, è stato quello della sicurezza.

Prima ancora che gli studi volti a realizzare veicoli sempre più sicuri dessero i loro frutti, la consapevolezza dei problemi ambientali causati dall'elevata concentrazione di veicoli esistenti nelle aree urbane ha spostato l'attenzione sui problemi cosiddetti ecologici, ed in primo luogo sull'inquinamento atmosferico prodotto dagli autoveicoli.

Le ditte costruttrici non avevano ancora raggiunto gli standard sempre più restrittivi, posti dai Governi in materia di inquinamento, quando il rincaro del costo dell'energia ha nuovamente spostato l'interesse verso un nuovo obiettivo: la riduzione dei consumi.

A queste richieste del mercato si è affiancato un progresso rapido e notevole dei mezzi di calcolo, che permettono ora di risolvere per via numerica molti problemi che prima erano affrontabili solamente mediante la sperimentazione, spesso procedendo per tentativi.

Questa concomitanza di esigenze nuove e di nuovi mezzi di calcolo ha portato ad un rapido progresso in molti settori della meccanica dell'autoveicolo e delle costruzioni automobilistiche. Dato che la tecnologia è, in questo campo, in rapido movimento, la maggior parte della documentazione si trova su articoli di riviste specializzate ed Atti di Congressi, materiale che non è in genere facilmente reperibile per gli studenti. 

Il presente testo che, si ricorda, non è altro che la raccolta delle lezioni di un corso universitario e quindi necessariamente non può coprire in dettaglio tutti gli aspetti della disciplina, si rivolge in primo luogo agli studenti, ma anche a tutti coloro che, per interesse professionale o per cultura personale, si accostano ai problemi della meccanica dell'autoveicolo.

In conformità con la recente unificazione nel campo delle unità di misura, in tutto il testo viene adottato il sistema internazionale e tutte le costanti, salvo dove espressamente indicato, sono espresse in unità di tale sistema.

Si è anche cercato, ove possibile, di utilizzare formule dimensionalmente coerenti, anche dove la pratica industriale fa frequente uso di formule contenenti fattori di conversione tra unità di diversi sistemi.