Analisi delle instabilità dei motocicli alle alte velocità

Motorcycle dynamics is characterized by the presence of modes of vibration that may become unstable and lead to dangerous conditions. This works deals with an analysis of weave and wobble instability for motorcycles in straight running high speed conditions. In the first section an overview of the state of the art of motorcycle lateral dynamics is given. Chapter two deals with a research program aimed to measure the oscillations of rider’s body on a running motorcycle in the presence of weave vibrations. First testing equipment is presented, it includes a special measurement device that is able to measure the relative motion between the rider and the motorcycle. Then the road tests carried out at increasing speed (from 160 to 210 km/h) are described and discussed. Best fitting methods are used for identifying the main features of measured vibrations in terms of natural frequencies, damping ratios and modal shapes. Finally a comparison between measured and simulated response of the motorcycle – rider system in weave conditions is explained; a rather good agreement is found. Chapter three presents experimental and numerical analyses dealing with the influence of tyre properties on the stability of weave and wobble in straight running. The final goal is to find optimal sets of tyre properties that improve the stability of a motorcycle. The investigation is based on road tests carried out on a sport touring motorcycle equipped with sensors. Three set of tyres are tested at different speeds in the presence of weave and wobble. The analysis of telemetry data highlights significant differences in the trends of frequency and damping of weave and wobble against speed. The experimental analysis is integrated by a parametric numerical analysis. Tyre properties are varied according to the design of experiments method, in order to highlight the single effects on stability of lateral and cornering stiffness of front and rear tyre. Chapter four deals with a numerical analysis on structural flexibilities influence on weave and wobble stability. First an overview on flexibilities definition and experimental identifications problems is given. Then the numerical model with concentrated stiffness is defined and a multivariate analysis is carried out with the final goal of understanding the effect of each flexibilities.Il lavoro illustra i tratti salienti di alcuni studi effettuati sulla stabilità ad alta velocità dei motocicli. In particolare gli studi numerici presentati sono stati resi possibili attraverso l’uso di un codice di calcolo con modello multi-body di motociclo allo stato dell’arte e sono stati accompagnati quanto più possibile da indagini sperimentali complementari. Nel primo capitolo della tesi verrà presentato un excursus storico sulla dinamica laterale dei motocicli, seguito dallo stato dell’arte, che farà riferimento in particolare ai lavori di autorità scientifiche riconosciute nel settore della modellazione e della dinamica dei veicoli a due ruote. L’analisi dello stato dell’arte permette di evidenziare in maniera chiara ed esaustiva le problematiche ancora pendenti riguardo alla stabilità dei motocicli. Il secondo capitolo è dedicato all’analisi dell’influenza del pilota sul modo di weave. L’influenza dalla risposta passiva del pilota è particolarmente rilevante. Al fine di colmare la carenza di informazioni sul comportamento del pilota in reali condizioni di weave, si sono rese necessarie una serie di attività sperimentali volte alla validazione del modello di pilota utilizzato nelle simulazioni di weave. In particolare sono state due le analisi sperimentali intraprese per lo studio del comportamento del pilota. In primo luogo un’analisi sperimentale in laboratorio volta all’identificazione dei parametri tipici di rigidezza e smorzamento del pilota da utilizzare su un modello ad un grado di libertà del pilota secondo quanto suggerito dalla seconda analisi sperimentale svolta su strada. Nel terzo capitolo viene presentata un’analisi sperimentale e numerica sull’influenza degli pneumatici nei modi di vibrare di weave e wobble. La vasta campagna sperimentale seffettuata su diversi treni di pneumatici viene affiancata da un’indagine numerica condotta secondo metodi di analisi multivariata (MANOVA e D.O.E.) al fine di estrapolare un maggior numero di informazioni. Il quarto capitolo è dedicato ad un’analisi numerica dell’influenza delle flessibilità strutturali sulla stabilità dei modi di vibrare di weave e wobble. L’analisi di sensibilità viene anticipata da una serie di considerazioni sulle problematiche di definizione dei parametri di rigidezza per strutture motociclistiche. Anche in questo caso l’analisi numerica è stata condotta con tecniche D.O.E. e MANOVA