Programma
Programma del corso – Vehicle System Dynamics
Parte I – Principi di dinamica del veicolo
Introduzione alla dinamica dei veicoli terrestri.
Cinematica del corpo rigido e formulazioni fondamentali.
Equazioni di equilibrio dinamico del corpo rigido e formulazione lagrangiana.
Modelli semplificati di veicolo: dal modello completo a quello a bicicletta.
Analisi dei gradi di libertà del sistema veicolo e condizioni di equilibrio dinamico.
Concetto di asse di screw e sua applicazione ai sistemi veicolo.
Linearizzazione delle equazioni del moto e analisi dei modi propri.
Risposta modale e risposta forzata su sospensioni e assi di screw.
Definizione dinamica degli assi di rollio e beccheggio (roll/pitch screw axes).
Parte II – Teoria del pneumatico
Introduzione alla dinamica del pneumatico e agli scenari applicativi futuri.
Modellazione del pneumatico come corpo deformabile:
slip longitudinale in moto rettilineo;
slip laterale puro e combinato;
resistenza al rotolamento e deformazioni elastiche;
momento autoallineante e sue implicazioni dinamiche.
Definizione e analisi del grip factor e delle regioni di aderenza/slittamento.
Angoli caratteristici di allineamento (camber, toe-in, toe-out) e loro effetti sulla dinamica.
Sintesi delle relazioni ingresso–uscita del modello di pneumatico.
Parte III – Analisi dei moti disaccoppiati del veicolo
Decoupling dei sottosistemi e analisi separata dei moti.
Moto planare (yaw–sway): equazioni del moto, risposta dinamica e stabilità.
Analisi in regime permanente: understeer e oversteer.
Sistema sospensivo: principi cinematici e dinamici.
Moto di rollio: definizione dell’asse di rollio e risposta alle eccitazioni laterali.
Moto di beccheggio e sollevamento (pitch–heave): modello dinamico, trasferimento di carico e caratteristiche anti-dive.
Moto longitudinale (headway): modelli di trazione, resistenze aerodinamiche e aderenza ruota–suolo.
Assemblaggio completo delle equazioni del moto del veicolo.
Parte IV – Elementi di controllo del veicolo
Architettura generale dei sistemi di controllo veicolo.
Richiami di teoria dei controlli e formulazioni variazionali.
Equazioni di Eulero–Lagrange applicate al controllo dinamico.
Introduzione all’approccio LQR (Linear Quadratic Regulator) per il controllo ottimale.
Confronto tra controllo ottimale e approcci euristici di regolazione.
Esempi applicativi: stabilizzazione del veicolo e controllo della velocità (cruise control).
Parte V – Laboratorio virtuale e strumenti software
Introduzione a MATLAB/Simulink/Simscape per la dinamica veicolo.
Costruzione di modelli numerici di veicolo e pneumatico.
Simulazione di scenari dinamici: accelerazione, frenata, stabilità, effetto anti-dive.
Analisi dei risultati e validazione del modello.
Workshop finale: Modeling Longitudinal Vehicle Dynamics with Simscape.
Attività integrative
Workshop dedicato alla modellazione dinamica in MATLAB/Simulink/Simscape.
Eventuale visita didattica presso l’Autodromo di Vallelunga per l’osservazione di sistemi reali di controllo e telemetria.
Prerequisiti
Per seguire proficuamente il corso è necessario possedere:
solida preparazione di base in meccanica razionale e dinamica del corpo rigido;
conoscenze di meccanica delle vibrazioni e modelli dinamici a più gradi di libertà;
fondamenti di analisi matematica e algebra lineare (calcolo differenziale, sistemi lineari, equazioni differenziali ordinarie);
competenze di base in controlli automatici (teoria dei sistemi dinamici, stabilità, modelli in spazio di stato);
conoscenze preliminari di programmazione in ambiente MATLAB/Simulink.
Tali conoscenze sono normalmente acquisite nei corsi di laurea triennale in Ingegneria Meccanica, o affini.
Testi di riferimento
Materiale didattico principale
Dispense del corso redatte dal docente (Prof. Nicola Roveri), disponibili su Google Classroom, comprendenti:
appunti delle lezioni e materiale illustrativo;
esercizi svolti e script MATLAB/Simulink/Simscape condivisi durante il corso;
istruzioni per l’elaborazione del report e per la prova scritta d’esame.
Testi di riferimento consigliati
M. Abe, Vehicle Handling Dynamics – Theory and Application, Butterworth–Heinemann.
H. B. Pacejka, Tire and Vehicle Dynamics, Elsevier.
G. Genta, The Automotive Chassis, Springer.
W. F. Milliken, D. L. Milliken, Race Car Vehicle Dynamics, SAE International.
Popp K., Schiehlen W., Ground Vehicle Dynamics, Springer.
T. I. Fossen, Guidance and Control of Ocean Vehicles, Wiley.
K. M. Lynch, F. C. Park, Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control, Cambridge University Press.
R. M. Murray, Z. Li, S. S. Sastry, A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation, CRC Press.
Materiale integrativo
Documentazione MATLAB/Simulink/Simscape fornita durante il laboratorio virtuale.
Dispense dei seminari e dei workshop (es. Modeling Longitudinal Vehicle Dynamics with Simscape).
Frequenza
La frequenza al corso non è obbligatoria, ma è consigliata.
La partecipazione regolare alle lezioni frontali e alle esercitazioni in aula informatizzata consente infatti di seguire in modo più efficace lo sviluppo degli argomenti, di familiarizzare con i metodi di modellazione e simulazione proposti e di acquisire gradualmente le competenze richieste per l’esame finale.
Modalità di esame
La verifica dell’apprendimento si articola in due prove complementari:
Prova scritta (durata 1–2 ore)
Consiste in 2–4 quesiti/esercizi relativi ai contenuti del corso.
Gli esercizi possono riguardare, a titolo esemplificativo, la dinamica planare del veicolo, la teoria del pneumatico (modello brush, slip longitudinale/laterale, grip factor), la cinematica e dinamica dello sterzo, la dinamica di beccheggio e rollio, la stabilità in curva, o la progettazione di geometrie di sospensione.
È consentito l’uso del computer esclusivamente per il calcolo numerico in ambiente MATLAB, previa autorizzazione del docente e sotto stretta sorveglianza.
Report di simulazione e presentazione orale
Elaborazione di un esperimento virtuale in ambiente MATLAB/Simulink/Simscape, corredato da un report scritto (minimo 5 pagine) e dal codice sviluppato.
Analisi critica dei risultati ottenuti e discussione delle implicazioni progettuali.
Presentazione di un video di circa 15 minuti, in cui lo studente illustra i risultati con modalità simili a una difesa di tesi (voce narrante su slide o discussione frontale).
Valutazione finale
Il voto finale tiene conto di entrambe le prove:
la prova scritta valuta la padronanza teorica e la capacità di risoluzione di problemi analitici;
il report e la presentazione verificano le competenze applicative, la maturità critica e le capacità comunicative.
Bibliografia
Materiale didattico principale
Dispense del corso redatte dal docente (Prof. Ing. Nicola Roveri), disponibili su Google Classroom, comprendenti:
appunti delle lezioni e materiale illustrativo;
esercizi svolti e script MATLAB/Simulink/Simscape condivisi durante il corso;
istruzioni per l’elaborazione del report e per la prova scritta d’esame.
Testi di riferimento consigliati
M. Abe, Vehicle Handling Dynamics – Theory and Application, Butterworth–Heinemann.
H. B. Pacejka, Tire and Vehicle Dynamics, Elsevier.
G. Genta, The Automotive Chassis, Springer.
W. F. Milliken, D. L. Milliken, Race Car Vehicle Dynamics, SAE International.
Popp K., Schiehlen W., Ground Vehicle Dynamics, Springer.
T. I. Fossen, Guidance and Control of Ocean Vehicles, Wiley.
K. M. Lynch, F. C. Park, Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control, Cambridge University Press.
R. M. Murray, Z. Li, S. S. Sastry, A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation, CRC Press.
Materiale integrativo
Documentazione MATLAB/Simulink/Simscape fornita durante il laboratorio virtuale.
Dispense dei seminari e dei workshop (es. Modeling Longitudinal Vehicle Dynamics with Simscape).
Modalità di erogazione
L’insegnamento si svolge prevalentemente tramite lezioni frontali in aula, con esposizione da parte del docente supportata da presentazioni multimediali e lavagna. Le lezioni hanno carattere teorico-applicativo e sono integrate da esempi numerici e richiami a casi reali.
Sono inoltre previste:
esercitazioni guidate con l’ausilio di MATLAB/Simulink/Simscape, finalizzate a introdurre gli studenti alla modellazione e simulazione di sistemi dinamici veicolo;
un workshop applicativo dedicato all’uso degli strumenti software;
eventuali seminari o visite didattiche presso strutture esterne (es. Vallelunga) come completamento formativo.
La frequenza alle lezioni, pur non obbligatoria, è consigliata per agevolare l’apprendimento e la comprensione dei contenuti.
