Rubrica: Telemetria (sensori di spostamento)
Titolo o argomento: Telemetria, accelerazione laterale e qualche dubbio
Rispondendo a Giovanni
Giovanni ci chiede, dopo aver letto l’articolo Telemetria -parte 4-, come mai se la vettura si trova ad esempio nella situazione in cui perde aderenza e scivola via, l’accelerometro non indica un’accelerazione laterale maggiore. Comprendo benissimo i dubbi che ti portano a questa domanda.
Intro
In una vettura da corsa si usano prevalentemente accelerometri bi-assiali, per indicare le componenti tangenziali e normali dell’accelerazione istantanea. Il dispositivo deve essere montato in corrispondenza del centro di massa (baricentro), oppure ai centri degli assi se ne vengono montati due mono-assiali. La componente tangenziale (alla traiettoria) misura la variazione del modulo della velocità, quella normale misura invece la rapidità di variazione della direzione della velocità.
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In rettilineo è ovviamente diversa da zero soltanto la componente longitudinale
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In curva la componente normale è sempre diversa da zero mentre quella longitudinale può esserlo o meno.
L’accelerazione e’ determinata dalla risultante delle forze esterne che agiscono sulla vettura: forze di attrito e spinte aerodinamiche.
L’accelerometro e le forze (centrifuga e centripeta)
L’accelerometro si trova ovviamente a bordo della vettura. Abbiamo un sistema costituito dalla vettura, il pilota e l’accelerometro. Un sistema non inerziale ossia un sistema accelerato rispetto alla Terra. Quando l’auto prende una curva (ad esempio dopo un lungo rettilineo) il pilota, la macchina e con essa quindi anche l’accelerometro tenderanno a mantenere la direzione che avevano poco prima. Quello che il pilota sente è la forza centrifuga da considerare nelle cosiddette forze fittizie. La forza centrifuga tende a spingere, durante la curva, il sistema vettura-pilota-accelerometro verso l’esterno. La forza centripeta, al contrario è la reazione opposta data dal grip meccanico (gomme) e quello aerodinamico (ali) che permette alla vettura di percorrere la curva. Più il veicolo aderisce alla strada mantenendo la sua traiettoria e più sull’accelerometro, come sul pilota e su tutto il corpo vettura, agirà una maggiore forza centrifuga che tenderà a far proseguire a tali corpi la direzione che avevano nell’istante precedente.
Se invece il veicolo perde aderenza e parte per la tangente, “tirando dritto”, sia sul pilota che sull’accelerometro e l’auto non agiscono forze che tendono a trattenerli nel precendente moto. Questo perchè la precedente direzione, anche se con un diverso equilibrio del veicolo, sta già continuando. Tutto parte per la tangente come se il pilota improvvisamente decidesse di tirar dritto… Vi sono sempre e comunque forze che agiscono su pilota, auto e accelerometro ma gli effetti sono meno incisivi in quanto la situazione assomiglia, almeno nell’istante prima che il mezzo inizi a scomporsi, ad un prolungamento del rettilineo. Con le dovute approssimazioni è come se non si verificassero cambiamenti di direzione dell’auto da corsa.
In realtà poi la vettura non starà procedendo sull’asfalto, inoltre il pilota avrà abbondantemente agito sui freni e lo sterzo. L’equilibrio della vettura non sussisterà più e starà saltellando sulla ghiaia magari… Quindi sull’insieme pilota-vettura-accelerometro staranno agendo comunque altre forze.
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Vi ringrazio per aver risposto alla mia mail. Quindi se ho capito bene, i vettori che puntano verso l’interno della curva sono quelli della forza centripeta. Al contrario la forza che “diciamo così: Butta verso l’esterno” è quella centrifuga che viene rilevata dall’accelerometro. Però sullo schema non ci sono indicati i vettori della forza centrifuga, esatto?
Sì esatto sullo schema in figura sono rappresentate solo le reazioni delle forze. Ovvero sono rappresentate: 1) la forza centripeta ottenuta dall’aderenza delle gomme (uguale e contraria alla forza centrifuga rilevata dall’accelerometro), 2) le reazioni dei carichi verticali agenti sulle 4 ruote (uguali e contrarie alle spinte verso il basso agenti su ogni gomma), 3) le reazioni dei carichi verticali delle spinte aerodinamiche (uguali e contrarie alle spinte verso il basso -deportanti- ottenute grazie agli alettoni ed agli estrattori sotto la vettura)…
Mi chiedevo se le riflessioni sullo slittamento in curva che sostanzialmente non viene letto dall’accelerometro si applicano anche nel caso in cui l’accelerazione laterale viene letta da un modulo GPS. In pratica io mi trovo nella situazione di interpretare le accellerazione laterali di un kart dove è installata una telemetria con modulo Gps e non sono presenti accellerometri. Il dubbio è: in presenza di una maggiore accelerazione laterale siamo in presenza di uno slittamento o no?
Vi ringrazio per la cortesia e la competenza
Ciao, un modulo GPS (spesso chiamato in gergo Telemetria è in realtà un sistema di acquisizione di dati; solo nel caso in cui questo trasmetta in tempo reale i dati acquisiti ad un sistema che li riceve, allora può esser senza ombra di dubbio definito telemetria) acquisisce i suoi dati basandosi su uno o più satelliti in orbita intorno alla terra. Tale modulo rileva proprio grazie ai satelliti la posizione e la velocità di un mezzo con errori minimi, tuttavia credo che l’accelerazione laterale (in G) venga rilevata da un’accelerometro bi-assiale incluso internamente al dispositivo. Infatti il satellite non può sapere l’entità delle forze che stanno agendo sul tuo kart e quindi sul tuo corpo e su tutto ciò che è a bordo del mezzo. L’accelerometro incluso all’interno del GPS funziona esattamente come il dispositivo descritto nell’articolo, pertanto a valori più elevati (espressi in G) corrisponde una maggiore aderenza. Puoi verificare come guidando sul bagnato o su piste che hanno un asfalto particolarmente scivoloso, durante le perdite di aderenza, il valore espresso in G cali per poi riaumentare nell’istante in cui il kart riprende aderenza. Ogni singola curva però va valutata in modo diverso, infatti è naturale che su una curva meno impegnativa e che si percorre a velocità moderata il valore dell’accelerazione in G non sia molto elevato nonostante si abbia un’aderenza ottimale. E’ sempre bene effettuare diversi confronti sulla medesima curva ad esempio variando la pressione delle gomme su un kart o l’incidenza delle ali su un veicolo di formula. Noterai che aumentando la pressione delle gomme sul kart, questo tenderà a scivolare maggiormente e l’accelerometro incluso nel modulo GPS indicherà un valore di accelerazione laterale più basso rispetto ad una situazione di grip ottimale. 😀
Ti ringrazio per la risposta. Il modulo Gps, collegato ovviamente al logger che interpreta i dati, funziona senza accellerometro. L’accellerometro in questo sistema di telemetria si trova in un altro dispositivoi che non ho installato seguendo anche i consigli del reparto tecnico dell’azienda che produce la telemetria (AIM). Non ho installato da molto tempo questo sistema e quoindi sto procedendo con cautela all’analisi dei vari dati. Questo dell’accelerazione laterale, mi lascia ancora un pò perplesso, mi pare di capire dal tuo ragionamento che se effettivamente l’accellerazione laterale fosse fornita dalla sola posizione Gps, allora in questo caso anche lo slittamento potrebbe essere letto come come una maggiore accellerazione laterale. O mi sbaglio?. L’analisi del dato relòativo alla velocità di imbardata potrebbe aiutare nell’interpretazione?
Grazie ancora
Ciao Max, inviami se possibile il link al sito del tuo prodotto e indicami di quale prodotto si tratta. Cercheremo di capire meglio e risponderti in modo più accurato. Grazie 🙂
aim-sportline.com Wow, grazie! aim-sportline.com/index_ita.htm La mia telemetria (in realtà il pilotino è mio figlio 9 anni) è configurata così: Mychron4 (Logger), Gps modulo 05, mychron expansion, data hub, e poi sensore lambda, gas di scarico e potenziometro accelleratore.
Dunque Mychron4 è un sistema di acquisizione dati specifico per kart. Il modulo GPS 05 oltre a calcolare posizione, velocità e tempi sul giro, calcola “accelerazione longitudinale e laterale sulla base della traiettoria percorsa” questo significa che in memoria ha delle formule fisiche che gli permettono di calcolare una stima dell’accelerazione cui è soggetto il sistema kart-pilota in curva, in frenata ed in accelerazione. Leggendo le caratteristiche ti posso confermare che anche per questo prodotto vale il discorso che ad un maggior valore dell’accelerazione laterale, corrisponde una maggiore tenuta di strada. Stesso dicasi in frenata: un valore maggiore di decelerazione corrisponde ad una frenata nella quale non si sono bloccate le ruote, non hanno pattinato e si è sfruttata la massima potenzialità di frenata del mezzo. Viceversa a bassi valori di accelerazione laterale corrisponde una perdita di aderenza o una curva percorsa a velocità ridotta. Un basso valore di decelerazione corrisponde invece ad un pronunciato pattinamento delle ruote oppure ad una frenata lieve fatta ad andatura ridotta.
Infine un basso valore in accelerazione sta proprio a dimostrare la teoria in questione in quanto, se pattinano le gomme in partenza per diverso tempo, il mezzo rimane fermo ragione per cui: non accelera e non possono essere rilevati dagli appositi dispositivi valori di accelerazione longitudinale. 😀
Montare un dispositivo specifico su un apposito canale ti fornirà senz’altro dati molto più precisi.
Ti ringrazio, per quanto riguarda l’accellerazione e la decellerazione longitudinali ho avuto modo di valutare i dati (e la cosa mi è stata molto utile) per analizzare il pacchetto kart pilota a gomme nuove e si notavano una migliore decellerazione ed una migliore accelerazione e la difficoltà del pilota che sostanzialmente tendeva a “restare sulle posizioni” un poco troppo a lungo forse a causa della maggiore decellerazione che poi richiedeva maggiore forza fisica per riuscire ad accellerare nuovamente nei tempi giusti.
Guarda, la precisione del Gps ha sorpreso anche me, le traiettorie sono tracciate con accuratezza incredibile, sovrapponendole alle foto satellite di google maps si individuano anche i cordoli. Io stesso non credevo che fosse possibile tale precisione senza l’ausilio di un accellerometro, ho installato solo il Gps dietro consiglio del reparto tecnico AIM e sono soddisfatto.
grazie, mi hai chiarito un grosso dubbio.
Per quanto riguarda la velocità di imbardata, come va interpretato il dato?
Caspita non pensavo che il gps riuscisse ad essere così preciso da visualizzare persino i cordoli di un circuito. 🙂
Per quanto riguarda la velocità di imbardata, quale dispositivo la misura? Sempre il GPS? Non ho trovato dati al riguardo sul sito che mi hai indicato. Che dati visualizzi esattamente al riguardo e con quali unità di misura?
Riguardo l’imbardata ti potrebbe essere utile questo articolo:
http://ralph-dte.eu/2010/06/22/movimenti-della-scocca-rollio-beccheggio-imbardata/
oppure per approfondire ulteriormente:
https://www.ralph-dte.net/dinamica_veicolo.html
O ancora puoi visionare gli articoli della “categoria” Setup e Telemetria, Dinamica del veicolo, Dinamica moto. Le categorie le trovi sulla colonna sinistra del blog.
Il mio suggerimento è di osservare bene tuo figlio mentre gira con il kart e cercare di sentire quanto più possibile le sue sensazioni in modo tale da stimolarlo a recepirle ed elaborarle più che mai. Usare la strumentazione infine solo per verificare i dati forniti dalle sue sensazioni o per tentare di chiarire eventuali dubbi sulle cose che impara giro dopo giro. 😀
Si, la velocità di imbardata la misura il Gps in gradi secondo. Sul sito troverai un programma che si chiama Race Analysis ed è da li che si interpretano i dati del logger, il valore di imbardata è dato dalla funzione Gps Gyro.In pratica anche qui non riesco a capire se ad una maggiore velocità di imbardata corrisponda un percorso di curva più fluido e con maggior grip, oppure una curva con intraversamento. Credo sia un valore abbastanza difficile da interpretare correttamente. Però, ti ripeto, sto procedendo lentamente, a tentoni, cercando di utilizzare solo i valori ai quali penso di poter dare una corretta interpretazione.
Hai ragione sullo stimolo da dare al pilota, concordo pienamente anche in funzione della formazione del pilotino. D’altro canto però proprio il fatto di aver a che fare con un bambino rende difficile avere informazioni chiare e tecniche sul setup del mezzo che invece deve tendere alla maggior efficenza possibile perchè questi piccoletti girano in 20 in 1 secondo e la ricerca di ogni decimino diventa importante. Il primo dei due link lo avevo consultato, molto interessante, come tutte le tue note.
Dunque il GPS simula sia gli accelerometri che il giroscopio, bene. 🙂 Ad una maggiore imbardata corrisponde un maggior intraversamento. Questo si traduce ovviamente in perdita di tempo. Se il sistema è preciso dovresti osservare che ad elevati valori di imbardata corrispondono bassi valori di accelerazione laterale. Al contrario, con bassi valori di imbardata, il mezzo sta scorrendo lungo la curva in modo redditizio e, molto probabilmente, con un grip ottimale e quindi con elevati valori di accelerazione laterale. Non devi vedere l’accelerazione laterale come un segnale di un forte movimento in aumento in senso laterale (anche se questo è quanto viene da pensare in modo naturale) bensì come segnale di una forza che agisce sul corpo del pilota (ma anche sul mezzo e su tutto ciò che su di esso è presente) con intensità tanto maggiore quanto maggiore è la tenuta di strada.
Se vai sulle montagne russe, nelle curve velocissime, senti il bisogno di reggerti più saldamente perchè avverti una forza che ti da la sensazione di sbalzarti fuori dal carrello…
Uscendo dal gergo ed entrando nello specifico se ad esempio abbiamo in una curva un valore di 2G rilevato da un accelerometro, significa che l’accelerazione che sentiamo sul nostro corpo è 2 volte quella di gravità.
Essendo la Forza (F) = massa (m) x accelerazione di gravità (g)
Con un’accelerazione pari a 2G abbiamo pertanto F = m x 2g
Spero di non aver complicato troppo i concetti 😀
Chiarissimo, sostanzialmente il Gps ricava il valore di G utilizzando formule matematiche che tengono conto probabilmente dell’accelerazione lineare e dell’imbardata. Quindi il valore di G è effettivamente un valore di accelerazione di gravità. L’imbardata invece descrive il moto di un corpo (Magari inorridirai a sentire usare termini tecnici in modo così poco accurato) intorno al proprio asse verticale e quindi anche lo slittamento ne è un componente vettoriale.
Al di là di come riesco ad esprimerlo il concetto ora mi è molto chiaro:).
Ti rinrazio, queste quattro chiacchiere sono state molto utili, ora vediamo se il week end riusciamo a metterle in pratica in gara:).
Grazie ancora
Grazie a te 😀