A dire la verità è un bel po che sto cercando di mettere insieme un articolo che dia le linee generali per far comprendere come si sviluppano certi componenti delle MotoGP di oggi. L’argomento è molto attuale visti i continui aggiornamenti che subiscono tutte le moto da gara, ma purtroppo un tantino complesso, cercherò di semplificarlo al massimo, sicuramente con grande orrore degli ingegneri che si occupano di prototipazione via software.

Lo voglio scrivere perchè spesso si legge o si sente dire che una certa casa che produce moto da competizione sta preparando delle parti nuove,  spesso si attendono mesi quando,  dal momento dell’annuncio al momento delle prove in pista, arriva la tanto agognata parte, magari si è  tentati a credere che bastino settimane, questo può essere vero per alcune parti ma non necessariamente per tutti i componenti che fanno una MotoGP, e sono tantissimi.

Ho avuto la fortuna di trovare un ottimo documento che viene dallo studio analitico del sistema desmodromico della Ducati GP ,  tutti parlano tanto di desmodromico ma forse pochi sanno veramente come sia fatto e come operi  mi sembra il momento ideale per spiegarne la sperimentazione progettuale dal disegno di questo sofisticato componente alla sua analisi prestazionale. Il significato di desmodromico viene dal latino desmos (controllo) dromos (movimento) quindi è un controllo di movimento.

Cominciamo con una bella immagine tridimensionale del sistema desmo della Desmosedici Ducati:

Vediamolo i particolari che vanno simulati in software per l’analisi delle prestazioni

+2 e -2 sono le due camme: quella con il + è appunto quella che spingendo in giù lo stelo della valvola la fa aprire, quella con il – serve per richiamare la valvola indietro e chiuderla. Nei movimenti tradizionali questo secondo movimento è  fatto o dalle molle o dal sistema pneumatico delle varie Honda, Yamaha e Suzuki.

+3 e -3 sono i due braccetti: il +3 è un braccetto mentre il -3 è una forchetta, che fanno si che si possa spingere  e tirare in su la valvola, tutte le parti sono ad altissima precisione per evitare rimbalzi od attriti eccessivi. Mi ricordo che nel 2007 un team satellite indicava in tre mesi la fornitura di queste parti come ricambi. La lavorazione di tutte queste superfici è a livello ottico.

4 è il blocco superiore dello stelo della valvola per consentire alle forchetta, più che al braccetto, il richiamo della valvola in sede chiudendo quindi il passaggio dei gas.

Grazie alle tecnologie moderne di disegno, calcolo ed esecuzione CAD-CAM è possibile progettare tutte queste parti con una precisione veramente molto elevata cosa che era impensabile anni fa e che porta al risultato di motori desmo che possono arrivare ai 21.000 giri.

Dal disegno che vi ho presentato si sviluppano due modelli software utilizzando dei pacchetti esistenti ma ai quali vanno fatte delle aggiunte specifiche di pezzi di programmazione specifici. I due modelli software servono per il calcolo strutturale che implica la valutazione degli sforzi applicati alle parti fino al punto di rottura, o al calcolo delle prestazioni simulando appunto via software tutti i movimenti che queste meccaniche si presuma debbano compiere.  Perchè qui sta la vera difficoltà del progettista: deve descrivere a software tutti i movimenti legati alla meccanica ed alla fisica della parte il tutto su di un modello software.

Successivamente, ottenuti certi riscontri del modello software, si verifica in pratica costruendo la parte verificando i comportamenti reali cioè sul modello meccanico e poi come sempre la pista ed il pilota traducono il tutto in realtà a volte spettacolare ma a volte deludente. Come fu il caso del primo motore 800 della M1, che lo stesso Fursawa dichiarò deludente e che non aveva centrato le aspettative. Detto per inciso lo stesso Fursawa all’epoca gli fu chiesto di esprimere un parere sul  desmodromico visto che le stava subendo proprio dalla GP7 di Casey Stoner,  Fursawa rispose che dalle loro simulazioni software non vedeva dei vantaggi sostanziali e di fatto svilupparono un uovo 800 molto più compatto e con la distribuzione pneumatica.

Lasciamo perdere tutta la parte di formule che si applicano a quei pezzi meccanici i vari +2, -2 etc etc prendetemi sulla parola , la parte software descrittiva del movimento etc etc viene sviluppata dagli specialisti  su di una applicazione di simulazione , ce ne sono diverse disponibili sul meracato come CalCOM,  quella che mi sono studiato ed uso io, o quella maggiormante utilizzata in Italia MatLab e si programma in Fortran. Nello specifico di questo articolo è stato utilizzato un sistema di  codificazione di multibody che si chiama LMS Virtual.Lab Motion che insieme al MatLab , produce un modello multibody-FEM  che consente lo studio dinamico di come si comporta il sistema desmodromico.

Fatto e finito il modello di simulazione dinamico, gli si passano dei parametri a software che il modello applica producendo un’analisi dei movimento delle parti come se fosse il reale motore che le fa girare, alzare ed abbassare.  I valori che risultano da queste simulazioni vengono successivamente paragonati al modello meccanico reale. I parametri si riferiscono a dati già disponibili nelle librerie dal Virtual.Lab Motion Engine,  come ad esempio la frizione fra i vari componenti, camme, braccetti e valvola,  producendo una linea (come nelle telemetrie)  che rappresenta la profondità dell’abbassamento della valvola, la velocità con la quale  avviene e la velocità di scivolamento fra la camma ed il braccetto.

Nel nostro caso si sta analizzano una sola valvola ed un solo sistema, chiaro che per avere una valutazione globale del sistema le valvole sono quattro per cilindro ed otto per testata e sedici per tutto il blocco di distribuzione alle quali vanno aggiunti gli ingranaggi laterali di distribuzione. Quindi il modello software va poi espanso per appunto sedici sistemi desmo analoghi più la distribuzione ad ingranaggi che li fa ruotare. A questo punto si avrà un sistema completo di analisi della Desmo Ducati MotoGP.

Per facilitarvi  la comprensione del movimento simulato ecco una bella immagine del desmodromico in movimento, appunto simulato a software:

[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=-rbQXKSXr70&feature=related[/youtube]

I risultati del modello matematico di simulazione, sono stati poi verificati in realtà nel gruppo di sviluppo della Ducati Corse  dove è stato messo a punto un banco prova per analizzare dal vivo i movimenti simulati dal software. Evidentemente il sistema software è abbastanza diverso dal sistema reale, anche se per avvicinarsi il più possibile il banco di test della Ducati Corse non aveva ne pistone ne albero motore  e ovviamente non presentava le forze dovute alla compressione dei gas e alle  vibrazioni sempre presenti in una testata. Di fatto il sistema reale di test montato dalla Ducati Corse  non è molto dissimile dalla sperimentazione software ed è un validissimo riscontro per convalidare il tutto.

Data la compattezza delle parti meccaniche, la loro intrinseca miniaturizzazione e l’ altissima velocità con cui girano,  non è possibile misurare i movimenti del modello reale per contatto con delle sonde o sensori  di misura, quindi è stato utilizzato un HSV Laser High-Speed Vibrometer, che sfruttando il differenziale dei raggi laser rileva con altissima precisione tutti i movimenti meccanici interessati.

Risultati, la riga bleu è il modello reale meccanico , la riga rossa è il risultato del modello lineare software, l’errore fra il modello software ed il modello reale è dato dallo scostamento delle  due righe, l’angolo  della rotazione della camma è sotto, la velocità del movimento di andata e ritorno della valvola e a sinistra.:

Si nota subito che a bassi regimi di rotazione il modello software è accettabile rispetto al modello meccanico , mano a mano si aumenta il numero di giri il modello software si discosta dal modello reale, che fra l’altro presenta meno fluttuazioni, a questo punto fu aggiunto al modello software una nuova parte che teneva conto della rigidità della struttura (Hertzian model) recuperando molto la linearità dell’analisi reale, successivamente fu deciso che era necessario sviluppare anche una parte che tenesse conto della  flessibilità dei materiali per avere un modello ottimale.

Conclusione.

La Ducati Corse ha dei modelli software per tutti i componenti della loro GP desmo16 come questo brevemente illustrato,  sviluppati e affinati per ottenere delle simulazioni valide che consentano ai progettisti l’analisi del comportamento di nuove parti via via si presenti la necessità di svilupparle per migliorare le prestazioni, siano esse motore, sospensioni, telaio e così via. Questi sistemi software consentono quindi di valutare in modo diretto la modifica di pezzi, lo sviluppo di nuovi parti meccaniche simularle, valutarne i risultati prestazionali e quindi decidere di produrle per la sperimentazione reale in pista, il tutto con un notevolissimo risparmio non solo di tempo ma sopratutto di denaro.

Tutto quello qui brevemente descritto si applica su tutta la GP16 adesso vi renderete conto del lavoro colossale di sviluppo di uno di questi bolidi. Se non si arriva ad inizio campionato con una soluzione valida si può perdere come di fatto  sta succedendo un’intera stagione di competizioni.

Spero di avervi dato una breve ed intensa  introduzione di ciò che si fa, fra le altre cose ,  in un reparto di progettazione MotoGP.

Referenze

– G. Dalpiaz and A. Rivola. A Non-Linear Elastodynamic Model of a Desmodromic Valve Train. Mechanism and Machine Theory, 35(11), 1551–1562, 2000.
– Rivola A.,Troncossi M., Dalpiaz G. and Carlini A. Elastodynamic analysis of the desmodromic valve train of a racing motorbike engine by means of a combined lumped/finite element model. Mechanical Systems and Signal Processing, ISSN: 0888-3270, 21(2), 735–760, 2007.
– LMS International. LMS Virtual.Lab 6A, 2006.
– Carlini A., Rivola A., Dalpiaz G., Maggiore A. Valve Motion Measurements on Motorbike Cylinder Heads using High Speed Laser Vibrometer. Proceedings of the 5th International Conference on Vibration Measurements by Laser Techniques: Advances and Applications, Ancona (Italy), 564–574, 2002.
– Carlini Andrea. Studio di una Distribuzione Desmodromica: Progettazione Cinematica, Simulazione Elastodinamica e Verifica Sperimentale. Ph.D Thesis, Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata, University of Bologna, 2003.
– Fogli Federico. Analisi Multibody di una distribuzione desmodromica in ambiente LMS Virtual.Lab. Degree Thesis, University of Ferrara, 2007.
– R. R. Craig and M. C. C. Bampton. Coupling of substructures for dynamics analyses.

27 COMMENTS

  1. aseb bravo, ma, scusa voglio essere franco, io non capisco un cacchio di queste tecniche, softwuare e simili, quindi x me questo non è arabo ma antico egiziano.

  2. @Aseb
    Grazie Sommo Aseb.
    sono arrivata alla fine e il mio cervello non fuma, buon segno! 🙂
    In Ducati ci sono arrivati ad avere uno scostamento praticamente nullo fra il modello software ed il modello meccanico?

  3. Bravissima Simona hai capito tutto, il mio intento era quello di fare capire che su questi boldi c’e’ un enorme lavoro di ricerca e di simulazione prima di fare anche una sola vite. Quanod dicono che sono state pianificate delle modifiche ed arriveranno non sono cose di cinque minuti, ne di una settimana ma di mesi. Se poi quendo arrivano non vanno bene, ecco che si sono persi mesi e cosi’ alla fine saltano gli anni ed i campionati .. un esmpio la povera Suzuki anche loro usano queste tecnologie ed hanno perso vermente anni ad inseguire le prestazioni della loro GP.

    Poi volevo dare una risposta a quelli che dicono che Vale o Burgess sviluppano la moto, non sviluppano un tubaccio di ninte, danno solo delle indicazioni che piu’ precise sono meglio fanno lavorare gli ingegneri di progetto.

  4. Simona,
    non riescono MAI a fare andare le cose nel reale come vorrebbero nella teoria (anche perche’ la teoria e’ incompleta) pero’ ci si avvicina, cmq ogni motore costruito e’ diverso dall’altro, di poco ma c’e’ sempre differenza e dopo il test viene fatta una selezione, ovviamente il pilota di punta ha sempre il materiale migliore che a quel livello vuole dire tanto.

  5. aseb non ti arrabbiare e perdonami, ma se non sbaglio dopo valencia e sepang tu eri uno di quelli che dicevano il contrario, cioe eri uno di quelli che dicevano che con rossi e con burgess e le valige piene di dati loro due avrebbero modificata la moto in bene in quattro e quatrotto, allora non si parlava minimamente del fatto che rossi non ha feeling con l’avanti. se non ricordo male davanti ai mie dubbi sulla questione mi hai accusato(in buona fede eh) di avere dell’odio per rossi e che ero somatizzato(non so ancora oggi cosa significa)ciao.

  6. Burgess e Rossi sono esperti di messa a punto del materiale che gli danno ma non hanno una minima idea di come si realizzi questo materiale. in pratica in pista si regola ma niente piu’, e’ troppo elevata la conoscenza necessaria a modificare le parti di una motogp sia per Burgess che per Rossi e tutta la tecnologia e’ interna alla casa costruttrice, non esce praticamente niente fuori di essa, nemmeno dentro il box sanno perche’ hanno fatto la moto in quella maniera. ad un Burgess che gira da una casa all’altra non puo venire dato (nemmeno se fosse in grado di capirla) la tecnologia fondamentale per far andare forte una moto. in pratica ai box sono tutti dei mezzi somaroni che allentano e stringono 2 bulloni ma piu’ in la’ di li’ non vanno. Burgess e Rossi (che per giunta non conosce nemmeno la matematica) compresi.

  7. @jo
    grazie anche a te! 🙂
    Io direi che l’appellativo a “somaroni” verso Rossi e Burgess non calza proprio a pennello…che dici?
    Semplificando possiamo dire che ognuno ha le sue competenze, e che se in tutto il team sono svegli e intelligenti e sanno fare tutti il loro mestiere, hanno più possibilità di far andare le cose nel verso giusto, o no? 😉 😉

  8. somarone a Burgess perche’ si riteneva capace di sistemare la Ducati in un lampo, questo significa che lui non capisce una sega di moto. questo dal mio punto di vista. Rossi invece a mio parere ha fatto tutto bene e sta facendo quello che sa fare, gioe’ guidare forte con quello che ha.

  9. Terrasanta , Vale lo ha seguito varie volte a Casey quindi sapeva benissimo come guidava, cioe’ molto in derapata, lo stesso Vale disse che questa GP11 (Valencia) va guidata alla vecchia maniera (cioe’ come le famose 5002t) solo che portata al limte per stare dietro a questi scatenati 2011 sono venute fuori delle pecche che anche il povero Casey non ci poteva farci nulla se passava un certo limite a parte schiantarsi ogni tanto. Io speravo che Burgess potesse farci veramente qualche cosa ovviamente no.

    Poi non dimentichiamoci che comunque per Vale questa e’ una moto “pesante” da guidare, cioe’ far girare, infatti e’ la prima volta che vedo Vale partire abbastanza bene e poi verso fine gara ha sempre rallentato quando di solito fa esattamente il contrario.

    Se lo stesso Casey a Misano ha accusato la stanchezza su di una HRC che deve essere estremamente piu’ maneggevole ci rendiamo conto di che accidenti di sforzo fisico prolungato richiede guidare in questo modo, cioe’ come diceva Smeriglio stop-and-go.

  10. Casey ha detto una balla per coprire il consumo di benzina eccessivo, lo stesso problema avuto da Dovizioso. Pedro non l’ha avuto perche’ lui e’ piu’ leggero.

  11. il nuovo motore portato dalla yamaha va uguale al precedente ma consuma meno e adesso per la honda sono guai. i piloti piu’ pesanti hanno tutti dei problemi maggiori di consumo, vedi Simoncelli e Spies.

  12. @jo
    io ho il dubbio che Burgess non sia stato messo subito in condizione di lavorare liberamente, secondo me ha faticato un bel po’ per farsi valere.

  13. “Il Dovi, che ha testato con soddisfazione al HRC al Mugello, commenta le fasi cruciali dell’ultimo GP disputato: “E’ stata una gara faticosa, ho dovuto guidare in modo fisico e molto aggressivo in staccata, dal momento che abbiamo dovuto tagliare potenza a seguito dei problemi di consumo di cui abbiamo sofferto durante tutto il fine settimana. Nel warm up è arrivata la doccia fredda, la conferma che dovevamo tagliare ancora più potenza. Questo ha influito anche sulla motivazione. Non avevo potenza e perdevo anche dal Sic in accelerazione. Non sono contento del risultato odierno. L’unica cosa divertente è stata la bella battaglia con Marco e Spies”.”

  14. Simona,
    solo il tifoso motogp si beve la favola dei supersviluppatori ai box.
    guarda la F1, li’ ci sono piu’ regolazioni perche’ c’e’ anche l’aerodinamica, eppure non si e’ mai sentito che esista un mago sviluppatore ai box. la tecnologia e’ segreta e rimane dentro l’azienda e nelle mani dei pochi progettisti che girano da un azienda all’altra. ma le modifiche vengono decise in azienda, ai box (il lavoro di burgess) si fanno solo le regolazioni che i progettisti hanno inserito sulla vettura all’atto del progetto. se Burgess avesse le capacita’ di sviluppare una moto non lavorerebbe ai box ma dentro l’azienda e nessuno lo conoscerebbe coem nessuno conosce i progettisti delle moto giapponesi. chi l’ha progettato il nuovo cambio honda? boh?!?

  15. Valentino guida e, insieme alla telemetria, da’ le sue sensazioni sulle varie regolazioni che vengono provate ma non ha la capacita’ di dire come va modificata la moto. lui puo’ solo dire mi sento meglio con questo assetto piuttosto che l’altro ma alla fine sara’ poi il cronometro a dare il giudizio finale.
    come con Stoner, gli hanno fatto provare due telai, uno piu rigido dell’altro. lui ha detto che si trovava meglio con quello rigido ma i tempi erano migliori con quello meno rigido, alla fine ha usato quest’ultimo.
    il pilota deve dare GASSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS

  16. terrasanta,
    io capico che non c’e’ colpevolezza quando uno non e’ esperto di una cosa (e non si puo’ essere esperti in tutto). io ho avuto l’occasione di fare un mestiere con tecnologia simile a quella delle moto per cui riesco a immaginare meglio cosa succede, pero’ se un altro per esempio fa l’agricoltore non ha colpa se non conosce l’ambito industriale. ognuno dal suo punto di vista vede cose diverse perche’ ha conoscenze diverse.
    Simona puo’ credere alla tv come puo’ credere a me, non cambia niente perche’ non ha la possibilita’ di verificare ne quello che dice la tv ne quello che dico io. 🙂 e ripeto non e’ una colpa, semplicemente nella vita si fanno esperienze diverse, se a me due agricoltori mi raccontano due cose diverse per me possono avere ragione entrabi come nessuno dei due, tanto io non ci capisco un tubo.

  17. giusto jo, l’importante è divertirsi come quelli che votano nei sondaggi, alla domanda chi vince a aragon su motorsprint hanno risposto cosi: stoner 31%, rossi 25%!!!, lorenzo 21% pedrosa 11,5%, quindi divertiamoci.

  18. ci mancherebbe solo che Preziosi definisse Rossi come il peggior sensore disponibile…. quelle sono frasi di circostanza, non puo’ dire che quello che ha detto altrimenti viene licenziato. cmq Rossi fa anche il pilota oltre che il collaudatore quindi deve sempre dare GASSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS

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