di Erik Camposilvan e Giovanni Capurso
Nella scelta di un meccanismo da analizzare la nostra
attenzione è caduta sulla meccanica che permette di muovere e regolare un
sedile di un’autovettura a tre porte. Quindi nello
specifico abbiamo provato a riprodurre i seguenti movimenti:
la traslazione azionabile con la leva solitamente posta
immediatamente sotto la parte anteriore del sedile;
l’abbattimento dello schienale accoppiato alla
traslazione (azionabile con una leva sul lato dello stesso) per consentire
ai passeggeri di accedere ai posti
posteriori;
la
regolazione dell’inclinazione dello schienale comandato da una manopola
girevole.
Inoltre abbiamo cercato di
riprodurre il meccanismo di “memoria” che garantisce che il sedile torni alla
sua posizione originale dopo averlo traslato in avanti
(sempre allo scopo di facilitare l’accesso dei passeggeri). Abbiamo anche
deciso di non far rientrare nella nostra analisi il movimento verticale del
sedile per non complicare ulteriormente lo svolgimento.
Abbiamo cercato inizialmente le informazioni
necessarie nel web senza trovare nulla di soddisfacente, se non qualche
immagine che mostrasse dei sedili sfoderati e senza
imbottitura. Si tratta di foto dettagliate, ma non è stato comunque
possibile ottenere i particolari tecnici che ci interessavano. (è possibile cliccare
sulle immagini per ingrandirle)
Quindi il primo passo
è stato quello di osservare la realizzazione di tali meccanismi nei diversi
modelli di automobili a nostra disposizione: una Citroën Berlingo ed una Peugeot 206.
Nell’esaminare
e confrontare i meccanismi che permettevano di spostare e regolare sedile e
schienale nelle due diverse autovetture ci siamo
subito accorti di alcune differenze sostanziali, soprattutto attinenti al
dispositivo di memoria.
Nella
Peugeot, invece, il dispositivo di memoria (molto più
piccolo, come si può vedere dalla foto) è solidale al binario dove scorre il
sedile e non si sposta con esso se non quando lo si
regola. Agendo sulla leva per regolare la posizione del sedile si agisce anche
sulla memoria e le si permette di agganciarsi ai denti
interni alla scanalatura in una nuova posizione. Quando si abbatte lo schienale
il dispositivo di memoria è già pronto a fermare la
corsa del sedile e lo fa senza essere spostato.
Potremmo concludere il
paragone dicendo che la prima soluzione “memorizza” la posizione del sedile
solo quando lo si sposta e lo accompagna quando lo si regola; la seconda è già
nella posizione del sedile quando questo viene spostato e vi rimane. Per quanto
riguarda la regolazione è il sedile ad adattarsi alla
nuova posizione del dispositivo di memoria sul quale si agisce con la leva
apposita.
Dall’analisi
del meccanismo abbiamo riscontrato che i ganci che mantengono bloccate le varie
parti usano sia accoppiamenti di forma (realizzati tramite le forme dei ganci) che accoppiamenti di forza (dati
soprattutto dalle molle). Il problema è che spesso la meccanica viene sviluppata nelle tre dimensioni per garantire una
presa più salda e precisa. Quindi si è trattato di trovare delle soluzioni per
riuscire a compiere le stesse funzioni in 2D: abbiamo optato
per un sistema in cui la memoria rimane sempre sganciata, tranne quando si
abbassa lo schienale, più simile a quello della Citroën. In questo modo quando si agisce
sulla leva di regolazione la memoria è libera e può
essere trascinata nella nuova posizione.
Per questo meccanismo occorrono
necessariamente due guide dentate e un sistema di leve che consenta
di fermare la memoria e sganciare la leva di regolazione quando si abbassa lo
schienale. Il meccanismo deve poi consentire al sedile di bloccarsi nel punto
in cui la memoria è agganciata.
Per vedere tutti i possibili movimenti
del meccanismo è possibile scaricare il filmato dalla sezione
animazioni.
A questo punto pensavamo di
aggiungere l’altra parte del meccanismo già realizzata separatamente, spostando
l’attenzione dal sedile allo schienale. Ciò comportava forti instabilità per
entrambi i meccanismi come ad esempio:
forze
peso non bilanciate dovute all’inclinazione
vibrazioni causate dall’imperfetto accoppiamento dei ganci
movimenti indesiderati dei corpi
E' quindi risultato
opportuno realizzare singolarmente i due meccanismi anche perché il gran numero
di oggetti e di corpi a contatto avrebbe reso la simulazione troppo lenta.
Per noi è stato fondamentale ripetere
la simulazione più e più volte per settare
correttamente rigidezza, lunghezza e smorzamento delle varie molle in gioco.
Per semplificare il calcolo abbiamo inoltre eliminato gli attriti dai corpi
dove questi non erano determinanti.
Il problema maggiore cui ci siamo trovati di fronte è che il programma non gestisce in
maniera perfetta il contatto tra i corpi. Quando due
corpi collidono tra loro, specie se con forze rilevanti, Working Model consente
che essi si compenetrino leggermente. L'entità della compenetrazione può essere
regolata imponendo un passo di integrazione e un
errore di sovrapposizione molto piccoli, tuttavia non può essere del tutto
eliminata. Alla sovrapposizione il programma risponde con una piccola forza
correttiva, che spesso non è poi così piccola, per rientrare nella tolleranza
specificata. In questo modo gli oggetti si respingono in modo
innaturale con velocità elevate, provocando altri urti, altre compenetrazioni e
forze.
In un meccanismo complesso come il
nostro, il problema diventa veramente gravoso. Se gli
oggetti che arrivano a compenetrarsi sono sufficientemente piccoli oppure
veloci, si può addirittura assistere alla completa sovrapposizione degli
stessi, che si trapassano da parte a parte ignorando i vincoli di collisione
imposti.
Abbiamo così tentato di superare il problema col dare masse più consistenti a questi piccoli
oggetti e controllando attentamente la simulazione in modo da evitare velocità
troppo elevate. Per questo, se si fa tornare il sedile con troppa forza o
applicando la forza anche quando è già agganciato, è
probabile che il meccanismo diventi instabile.
Inoltre abbiamo introdotto numerosi
smorzatori per limitare le velocità di collisione e perchè gli smorzamenti
sono, in questo genere di meccanismi, consistenti in ogni movimento.
Un'altra difficoltà è nata dal fatto
che il programma non dispone di sistemi di puntamento
adeguati, per cui è difficile posizionare gli oggetti come si vorrebbe,
modificare le forme se non per coordinate, mettere i vincoli in punti precisi,
sovrapporre più oggetti vincolati nello stesso punto. Siamo quindi ricorsi ad
espedienti, procedendo per tentativi fino a che non siamo riusciti ad ottenere
lo schema cinematico voluto.
E' difficoltoso gestire meccanismi
regolati da ganci e corpi a contatto col software multibody,
ed è importante capire perchè si hanno delle instabilità per interpretare
correttamente le simulazioni. E' più facile gestire cinematismi anche
complessi, con numerose coppie di classe c1, ma con poche coppie a camma.
E’
consigliato scaricare i filmati (cliccando con il
tasto destro e scegliendo l’opzione “Salva oggetto con
nome”) per visualizzarli.
Filmato
del sedile (454 kb): sedile.avi
Fimato
del meccanismo (411 kb): meccanismo.avi