ESAME FINALE CORSO: ANCORA UNA NUOVA VERSIONE STRADALE DELLA MASERATI MC12

RELAZIONE TECNICA
a cura di:
Alberto Zilio
Davide Ricci
Giordy Saccani
Riccardo Costi

CONSIDERAZIONI PRELIMINARI
Questo lavoro offre senza dubbio numerosi collegamenti con altre materie, può rappresentare un‟occasione unica per una visione di sintesi relativamente a ciò che il corso di studi di ingegneria del veicolo fornisce con numerosi esami.
Abbiamo cercato di sfruttare quest‟opportunità cercando di approfondire più settori, non limitandoci alle seppur numerose richieste.
Tutto ciò è stato accolto come una piacevole sfida, in modo tale da riuscire a guadagnare più di una semplice idea riguardo allo sviluppo di un‟intera automobile.

Sicuramente, l‟inizio del lavoro è da stabilire in una discussa ricerca di stile, che oltre a rappresentare un‟evoluzione dal punto di viste estetico, potesse adattarsi meglio alla funzione di vettura stradale adeguandosi ai severi vincoli regolamentari.
Il rinnovamento stilistico è stato voluto per enfatizzare le performances e la diretta discendenza dal mondo delle cose della vettura, pur non dimenticandoci il retaggio e i tratti distintivi che tracciano il leitmotiv di casa Maserati.

ANALISI DELLA CARROZZERIA

PARTE ANTERIORE
All‟anteriore si può vedere come si sia data molta enfasi alla classica bocca caratteristica delle Maserati degli ultimi anni che, in realtà, si rifà ad un periodo molto precedente, cioè a quello compreso tra gli anni „30 e ‟60.
Da notare come essa non sia un semplice riposizionamento di quella tipica delle Maserati oggi in produzione, ma ci si è concentrati su una possibile evoluzione. Si è introdotta una particolare forma “a doppio rene”: infatti, la bocca, è divisa in due parti da un elemento della carrozzeria, su cui è stato posto il tridente. Le parti estremali della griglia sono tagliate trasversalmente da due condotti per il raffreddamento dell‟impianto frenante anteriore.
Lo sbalzo è simile, per dimensioni, a quello della vettura originale.
Anche in questa zona le forme sono abbastanza particolari e inedite, poiché la bocca sembra emergere da ciò che le sta dietro, ovvero i due parafanghi e il cofano percorso inizialmente da una nervatura.
Nella definizione del muso dell‟ autovettura ha avuto molta importanza il rispetto dell‟ altezza minima della zona di crash, fissata in 508 mm: un pendolo di controllo non deve poter toccare nessuna parte di carrozzeria al di sopra di questa zona.
Originale è il modo in cui i parafanghi, che sono nettamente sopra il livello del cofano quando ci si trova in corrispondenza del passaruota, scendano sotto lo stesso man mano che si prosegue verso la parte estrema del muso, per poi andarsi a raccordare con la bocca. Questa soluzione, già usata sulla Quattroporte, qui è molto più enfatizzata.
Il fanale anteriore mostra una forma ricercata col fine di combinare l‟anima sportiva e le linee morbide della vettura. Le dimensioni sono state scelte in modo tale da poter ospitare il proiettore omologato, che incorpora le funzioni di luce anabbagliante e abbagliante. Due strisce di led incorporano gli indicatori di svolta e di posizione.
Si è tenuto conto in questa fase delle disposizioni normative che impongono un‟altezza minima da terra per il proiettore anabbagliante non inferiore a 500 mm e prevedono, in senso trasversale, una distanza minima di 600 mm tra i due proiettori e allo stesso modo non consentono di superare i 400 mm di distanza dall‟ estremità laterale del veicolo.
Davanti al lunotto anteriore, lungo tutto il curvano, si è lasciato un piccolo spazio per il drenaggio dell‟acqua.
ZONA CENTRALE

Il fianco segue un andamento ondeggiante che conferisce un aspetto muscoloso alla vettura.
Si nota subito lo scavo realizzato lungo la fiancata che, oltre a una funzione estetica, svolge il compito di estrarre l‟aria di raffreddamento dei freni anteriori e di incanalare il flusso necessario verso i radiatori dell‟olio.
La fiancata è definita in questa zona da raccordi abbastanza secchi, quasi spigolosi, come è possibile notare dalle sezioni trasversali.
L‟abitacolo è stato volutamente realizzato con una forma affusolata nella parte posteriore e, visto dal fianco, risulta quasi incassato tra passaruota anteriori e posteriori: è una linea che vuole riprendere il tipico layout delle vetture da competizione degli anni ‟40 e ‟50 e in particolare rievocare la Maserati A6.
Sul tetto è stata cambiata la presa d‟aria per il l‟alimentazione del airbox. Infatti, la soluzione originale, seppur essa molto funzionale, a nostro parere non si sarebbe accordata molto allo stile della nostra vettura e, quindi, abbiamo ritenuto più adatto realizzare una presa molto bassa che sembra avvolgere il tetto.
Si noti la particolare conclusione dello sviluppo del fianco, che si divide in due nervature formando il passaruota posteriore.
Sono stati posizionati due indicatori di svolta nella zona sotto il montante anteriore, per rispettare la normativa che impone l‟inserimento di due indicatori di direzione ripetitori laterali.
POSTERIORE

Questo lato è caratterizzato dal particolarissimo fanale posteriore a forma di boomerang, che potrebbe essere visto come un‟ omaggio al nuovo corso Maserati iniziato negli anni 2000 con la 3200 GT (c‟è però da ricordare che la particolare forma di quel fanale non consentì alla vettura di essere omologata negli Stati Uniti, e questo portò alla completa modifica del gruppo ottico posteriore).
Anche in questo caso non si è presa semplicemente in prestito quella forma che è stata pesantemente modificata.
Il fanale infatti non è continuo, ma tra il fanale centrale tondo e l‟esterno, conformato a boomerang, non c‟è vetro bensì carrozzeria.
Il fanale interno tondeggiante svolge la funzione di luce di arresto e incorpora, a sinistra, il proiettore della retromarcia e, a destra, come specificato dalla normativa, il proiettore retronebbia.
Il fanale esterno invece si avvale della tecnologia led e comprende indicatori di svolta e luci di posizione: in questo caso il vincolo normativo più stringente è la distanza dall‟ estremità laterale del veicolo che non deve superare i 400 mm.
La stessa regolamentazione vale per le luci di arresto.
Particolare la scelta di voler rendere all‟ automobilista che segue la vettura la forma del boomerang nonostante il posteriore abbastanza bombato: ciò infatti ha comportato che il fanale risulti “spalmato” sulla carrozzeria in modo inusuale.
Un‟altra particolarità del posteriore è l‟unico scarico centrale,situato sotto il porta targa, che raggruppa i terminali provenienti dalle due bancate del propulsore.
E‟ stata inoltre prevista, ai fianchi dello scarico, una griglia di sfogo del calore degli organi meccanici.
Completa il quadro del posteriore lo scivolo dell‟ estrattore d‟aria posizionato sul fondo vettura.
BOZZETTI A MATITA
Prima di iniziare a tracciare le proiezioni si sono effettuate varie prove in bozzetti per definire in modo chiaro la linea dell‟auto ed avere un idea precisa di come risulterebbe in prospettiva la carrozzeria da noi voluta. Si riportano di seguito alcune illustrazioni dei bozzetti finali.
PROIEZIONI ORTOGONALI
Prima di sviluppare le proiezioni ortogonali si è provveduto a realizzare bozzetti da varie angolazioni della vettura per dare una prima definizione dello stile.
Successivamente si è rappresentata la vettura in proiezione, ma in scala 1:10 per consentire un lavoro più agevole sul disegno.
Si è infine passati al disegno nella scala 1:5.
Si è subito realizzata la vista sul fianco in quanto è la parte più rappresentativa della vettura e della sua linea e, notoriamente, i prospetti anteriore e posteriore producono delle viste non molto realistiche a causa delle regole delle proiezioni ortogonali.
Nonostante fossimo a conoscenza di ciò, abbiamo realizzato prima i prospetti anteriore e posteriore e questo ha poi causato un notevole dispendio di tempo per definire la pianta, ma soprattutto il complesso delle quattro viste in modo congruente.
Le disposizioni normative in materia di zona crash e angoli di attacco non hanno causato particolari problemi nello sviluppo della carrozzeria da noi ideata.
PIANO DI FORMA
La realizzazione delle sezioni è stata molto importante perché ha consentito di dare i volumi giusti alla vettura.
Tale fase è stata molto sofferta perché ha costretto a riposizionare fanali e altri particolari per ottenere coincidenza sulle varie viste.
Oltre a queste difficoltà per alcuni giorni si è dovuto fare i conti con il foglio da lucido che , supponiamo per le condizioni ambientali, si restringeva facendo risultare spostate alcune parti e sezioni che poche ore prima erano state posizionate in maniera corretta.
Si è scelto di rappresentare sul prospetto anteriore le sezioni in loco a partire dal punto di altezza massima del parafango, collocato 50 mm dietro l‟asse ruota anteriore, in avanti .
In questa zona non si sono tenuti intervalli regolari per le sezioni in quanto si è preferito infittirle molto nelle zone più difficili da definire.
Analogamente si è operato sul prospetto posteriore dove le sezioni si infittiscono nelle zone di maggiore complessità della forma della carrozzeria. Questo procedimento ha permesso di dare al disegno un‟adeguata precisione senza penalizzare troppo la leggibilità dello stesso.
Sul fianco le sezioni trasversali dovevano essere necessariamente ribaltate quindi si è deciso di ribaltarle verso il posteriore della vettura perché ci sembrava che ciò consentisse, anche a chi vede la prima volta il disegno, di comprenderlo meglio.
Si sono eseguite anche tre sezioni assiali in pianta, nonostante queste siano ricavabili dalle sezioni trasversali, per completezza e chiarezza.
L‟origine della terna di riferimento, utilizzata per esprimere le quote, è posizionata nel punto a terra della ruota anteriore sinistra. La direzione dell‟asse x si sviluppa longitudinalmente lungo il fianco (sinistro) con verso diretto dall‟anteriore al posteriore, l‟asse y si sviluppa trasversalmente in pianta con verso diretto dalla ruota sinistra alla ruota destra, per ultimo l‟asse z ortogonale agli altri 2 assi formanti il suolo con verso diretto dal punto a terra al cielo.
Posizione delle sezioni trasversali in loco sull‟anteriore:
-1100; -1050; -1000; -950; -865; -750; -660; -550; -460; -365; -300;
Posizione delle sezioni trasversali in loco sul posteriore:
+2950; +3100; +3200; +3300; +3350; +3400; +3450; +3500; +3525;
Posizione delle sezioni trasversali ribaltate di 90° sul fianco:
+200; +400; +600; +800; +1000; +1200; +1400; +1600; +1800; +2000; +2200; +2400; +2600;
Posizione delle sezioni assiali in pianta:
+215; +1000; +1075;
QUOTE FONDAMENTALI:
Lunghezza massima: 4795mm
Altezza massima: 1300mm
Larghezza massima: 2030mm
Sbalzo anteriore: 1210mm
Sbalzo posteriore: 785mm
Passo: 2800 mm Carreggiata anteriore: 1660 mm Carreggiata posteriore: 1650 mm
DIVISIONE DELLA CARROZZERIA:
Per consentirne la realizzabilità, il montaggio, la sostituzione e l‟accessibilità ad alcune parti meccaniche, si è pensato di dividere la carrozzeria in più parti.
Il cofano anteriore e il cofano motore con passaruota posteriori sono sganciabili e rimovibili in maniera immediata mediante dei sistemi di fissaggio rapido.
Le rimanenti parti:
– Maschera e parte bassa paraurti anteriore
– Portiera
– Tetto e montanti anteriori
– Montanti posteriori
– Parte posteriore
– Sottomontante e brancardo
Si possono rimuovere agendo su viti e rivetti di fissaggio usando particolare attrezzature.
PORTIERA
Si è controllato che fosse possibile aprire la portiera senza interferire con altre parti della carrozzeria o del layout meccanico.
Le cerniere sono quelle presenti in origine sulla vettura.
Il finestrino può scendere completamente senza interferire con altre parti della carrozzeria.
L‟ apertura della portiera viene effettuata tramite una maniglia occultata nella zona della fiancata laterale.
Si è pensato ad un sistema di accesso keyless che sblocca o blocca la serratura quando la chiave viene rilevata nelle vicinanze del veicolo.
TAPPO CARBURANTE
Originariamente presente sul lato sinistro della vettura ,è stata spostata sulla destra, per consentire prima del rifornimento di parcheggiare vicino alla pompa di benzina senza poi trovarsi ostacolati nell‟ aprire la portiera e nello scendere dal veicolo.
SCELTE TECNICHE
SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO
Tenendo conto delle richieste progettuali che sottolineano l‟utilizzo stradale di una macchina supersportiva è necessario garantire il corretto raffreddamento del propulsore e degli organi meccanici anche nell‟uso urbano o in condizioni particolarmente gravose quali forti accelerazioni partendo da basse velocità. In tali condizioni si ha la minima portata d‟aria e la massima dispersione in termini di potenza termica. Queste considerazioni ci hanno spinto a ripensare completamente il posizionamento e il dimensionamento della massa radiante dedicata al raffreddamento dell‟acqua del motore.
Le nostre considerazioni sono state suffragate dall‟intervento dell‟ingegner Giorgio Ascanelli, direttore tecnico della scuderia Toro Rosso, tenuto presso l‟università di Modena in data 23 Marzo 2010 in occasione della presentazione del Master Universitario di secondo livello in Ingegneria del Veicolo, il quale, oltre a evidenziare l‟importanza cruciale del raffreddamento su un autoveicolo, rimarcò l‟inefficienza di raffreddamento da cui è affetta la Maserati MC12. Più in dettaglio, i problemi riguardano: gli sfoghi dell‟aria in uscita dai radiatori (unghiate sul cofano) che, essendo troppo piccoli, strozzano la portata d‟aria attraversante le masse radianti, le dimensioni troppo esigue dei radiatori e l‟efficienza dei condotti convogliatori d‟aria d‟ingresso.
Abbiamo quindi iniziato a studiare come poter riprogettare i suddetti scambiatori di calore, i convogliatori e conseguentemente modificare la parte di telaio anteriore per permettere l‟alloggiamento dei componenti.
L‟approccio da noi seguito è stato di tipo pragmatico, sfruttando studi sperimentati già effettuati, contattando aziende specializzate nel settore, approfondendo gli argomenti in modo analitico grazie a fonti bibliografiche: in modo da proporre dei risultati validati da calcoli numerici e realmente ottenibili.
L‟analisi inizia dal dimensionamento del radiatore, dopo un primo approccio di massima effettuato sfruttando le leggi che governano la trasmissione del calore ci siamo accorti che i risultati ottenuti erano troppo approssimativi e consideravano un numero di parametri troppo limitato. Abbiamo quindi sfruttato tesi di laurea svolte sull‟argomento per avere un metodo più aderente alla reale progettazione, accorgendoci che negli ultimi anni tali calcoli sono riservati esclusivamente a dei potenti software di simulazione dedicata. Non essendo in possesso di tutti i parametri richiesti da tali software e al tempo stesso non volendoci accontentare di un eccessiva semplificazione, abbiamo generato un foglio di calcolo. L‟impostazione del foglio è stata definita prendendo spunto da una metodologia presentata in una delle tesi da noi studiate.
Come input vengono dati:
I parametri costruttivi e prestazionali degli scambiatori realmente reperibili sul mercato, le dimensioni, la temperatura massima sopportabile dal motore, pressione impianto, portata della pompa, temperatura aria esterna e la velocità aria esterna
Si ottiene come output la potenza termica dissipata dal radiatore.
La potenza che il motore trasmette all’impianto di raffreddamento è stata calcolata effettuando un bilancio termico. Un motore trasforma in potenza meccanica utile solo una frazione modesta (dell‟ordine di circa un terzo) della potenza termica totale in esso introdotta dal combustibile. Il rimanente si ritrova sottoforma di potenza termica che deve essere evacuata. Dai dati ricavati in letteratura si riporta quanto segue:
la potenza utile è dell‟ordine del 27% della potenza totale introdotta dal combustibile, questo è il valore del rendimento termico utile del motore.
La potenza di riscaldamento dell‟acqua e dell‟ordine del 10% della potenza del combustibile.
La potenza di riscaldamento dell‟olio è dell‟ordine del 5% della citata potenza totale.
Tenendo conto che il motore da noi considerato sviluppa una potenza utile di 465 kW, la potenza totale introdotta dal combustibile sarà pari a circa 1722 kW. Da ciò si può facilmente ricavare che la potenza termica da smaltire mediante il flusso di acqua è pari a 172 kW, analogamente l‟olio dovrà smaltire una potenza di 86 kW. DIMENSIONAMENTO MASSE RADIANTI
Parametro
Simbolo
Valore
u.d.m.
Temperatura max motore
Tmax,L
100
°C
Pressione impianto
Pimpianto
1
atm
Portata liq (n max)
Vpompa
0.004
m3/s
Inclinazione massa radiante
alfa
0
gradi
Temperatura aria esterna
Ta,est
40
°C
Velocità aria esterna
Wa,est
30
m/s
Potenza trasmessa all’impianto di raffreddamento
Qraff
172000
W
Lunghezza
X
1.154
m
Profondità
Y
0.066
m
Altezza
Z
0.380
m
Numero di righe
Nf
123
–
Numero di colonne
Nc
3
–
Numero totale file di tubi
Ntot
369
–
Passo trasversale tra i tubi
Xt
0.0094
m
Passo longitudinale tra i tubi
Xl
0.023
m
Passo diagonale tra i tubi
Xd
0.025
m
Larghezza esterna
xe
0.002
m
Altezza esterna
ye
0.020
m
Profondità esterna
ze
0.380
m
Larghezza interna
xi
0.001
m
Altezza interna
yi
0.019
m
Profondità interna
zi
0.380
m
Larghezza aletta
Fl
0.0074
m
Spessore aletta
δ
0.0002
m
Profondità aletta
Fd
0.066
m
Profondità intagli
Td
0.040
m
Passo alettatura
Fp
0.0015
m