Un nuovo volante per la formula Student

In questo articolo vi parlerò del nuovo volante adottato sulla vettura prototipo M23-L, realizzata nell’ambito del progetto “learning by doing” Formula Student offerto dall’Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia, che è stato oggetto del mio lavoro di ricerca per la stesura della tesi di laurea in Ingegneria del Veicolo.
La progettazione del volante è stato il risultato del lavoro di gruppo svolto in questi mesi durante la mia esperienza nel team universitario MoRe Modena Racing (MMR) e ha consentito di migliorare radicalmente il design e l’ergonomia rispetto alla precedente versione.

Il progetto trae ispirazione dai prototipi della massima categoria: i volanti di Formula 1; in particolare, il volante della Ferrari F138 (2013) fornisce un modello di particolare ispirazione, tenendo in considerazione i vincoli regolamentari della Formula SAE.
Come il volante Formula 1, la componente della Formula Student incorpora numerose funzioni, quali paddle cambio, pulsanti vari e l’innovativo sgancio rapido snap-off; inoltre, è realizzata in materiale composito, fibra di carbonio, estremamente resistente e leggera.
Il vecchio modello di volante aveva già subito miglioramenti in termini di dimensioni, integrazione dei componenti e maneggevolezza generale del veicolo; il nuovo modello di volante da noi progettato però offre un’esperienza di guida ancora più comoda e sicura: integra le funzionalità e semplifica il design.
Il redesign ha riscosso un tale successo che stiamo già prevedendo per il prossimo anno alcuni cambiamenti, in particolare l’integrazione delle schede elettroniche in un eventuale prototipo 2024, che permetterebbero di aumentare le prestazioni complessive del volante, e la possibilità di uno sgancio rapido più leggero, nel rispetto degli standard di sicurezza.

La creazione di un volante da competizione per vetture Formula Student ha richiesto, durante questi mesi, un processo articolato; ho infatti ideato un iter progettuale nuovo, non ancora adottato e implementato, che si può così riassumere:

1. Creazione dei semigusci in fibra di carbonio tramite software CAD;
2. Realizzazione di modelli semplificati in piastre di metallo con introduzione di impugnature dalla geometria complessa in pasta da modellare DAS;
3. Realizzazione di un modello virtuale complesso tramite fotogrammetria, predisposto per stampa 3D (necessaria per validare l’ergonomia della nuova geometria) e per implementare con nuove impugnature il modello CAD inizialmente disegnato;
4. Modellazione CAD degli stampi;
5. Realizzazione degli stampi in materiale poliuretanico (Ureol) tramite fresatura CNC a 5 assi, e laminazione dei semigusci, seguita da un ciclo di cura specifico in autoclave (l’utilizzo del metodo “vacuum bag-molding” in autoclave, sebbene costoso, garantisce una produzione estremamente precisa e di alto livello, tipica di settori che richiedono prestazioni elevate);
6. Rifinitura del prodotto e assemblaggio delle componenti.

Il lavoro è molto complesso ma il risultato è un volante da competizione di altissima qualità e prestazioni eccezionali; in aggiunta, viene steso un “plybook”, un documento che elenca tutti i passaggi essenziali nella fase di laminazione per garantire l’ottenimento del prodotto. La disposizione e il numero di plies influenzano la capacità di resistenza meccanica, pertanto l’impiego di software FEA (Finite Element Analysis) è una pratica diffusa per individuare la disposizione migliore delle fibre. La fase di laminazione presenta notevoli sfide tecniche, per questo nel plybook viene concesso un margine di errore al laminatore riguardo allo stato di piegatura e al taglio dei plies.

Il processo di analisi dei carichi agenti sul volante per vetture Formula Student richiede un’attenta pianificazione delle fasi cruciali, sfruttando simulazioni FEM. Inizialmente, è necessario progettare il corpo principale mediante CAD e successivamente eseguire un’analisi strutturale con metodo agli elementi finiti. Il primo passo consiste nell’importare i semigusci in HyperMesh e creare una mesh precisa; successivamente, i dettagli del modello e le condizioni al contorno vengono definiti in un altro software per effettuare una simulazione realistica. Durante questa fase, i dati del materiale sono fondamentali, in particolare quelli riguardanti la fibra di carbonio, che richiede un ordine di laminazione preciso. Due casi di sterzata vengono presi in considerazione, uno peggiorativo e uno più realistico, per valutare le sollecitazioni e le deformazioni. I dati raccolti mettono in luce la resistenza del volante in diverse condizioni di carico. L’analisi dei carichi comprende anche la valutazione dei momenti e delle forze scambiati tra gli organi di sterzo.

L’analisi dei costi segue le specifiche indicate dal regolamento Formula Student, che prevede una dettagliata quantificazione di ogni componente del volante, pensando ad una produzione in serie della stessa vettura.

Sul finire del mio percorso di Laurea Triennale in Ingegneria del Veicolo ho intrapreso un nuovo cammino formativo, iscrivendomi al corso di Laurea Magistrale in Advanced Automotive Engineering (AAE) presso la “Motorvehicle University of Emilia Romagna” (MUNER); una realtà inter-ateneo in cui le aziende automobilistiche più famose al mondo, radicate nella Motor Valley italiana, mettono il loro know-how e le tecnologie più innovative al servizio degli studenti che sognano di diventare i nuovi professionisti del settore automobilistico.

Il curriculum che ho scelto è “Racing Car Design” (tenuto, il primo anno, nel Dipartimento di Ingegneria “Enzo Ferrari” di Modena e, il secondo anno, in Dallara Academy), con l’obiettivo di strutturare la mia carriera come ingegnere di progettazione e produzione, esperto nello sviluppo di auto da corsa, con particolare attenzione all’aerodinamica fondamentale e applicata, dinamica avanzata del veicolo e progettazione e produzione di telai e componenti ultraleggeri in fibra di carbonio.