ESAME DISEGNO DI CARROZZERIA: ecco l’Alfa Romeo 33 “Baionetta”

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA DEL VEICOLO
Relazione tecnica
Docente: Prof. Fabrizio Ferrari

Gruppo di lavoro:
Alessandro Berioli
Andrea Catalano
Marco D’Alò
Giuseppe Maglio
Paolo Ragozzino
Ruggero Verzulli
Anno accademico 2009/2010

Introduzione:
Nell’ambito del corso di Disegno di Carrozzeria tenuto dal Prof. Ferrari e in
occasione del centenario della nascita dell’Alfa Romeo, il nostro gruppo ha
studiato il design di un prototipo in stile Alfa Romeo sulla base del lay-out
meccanico della Maserati MC12.
La MC12 nasce per partecipare al campionato FIA GT sancendo così il grande
ritorno alle competizioni della Casa modenese. La regolamentazione del
campionato FIA GT prevede che le case costruttrici partecipanti debbano
omologare per uso stradale un certo numero di vetture dalle quali deriverà poi
quella da competizione. Di conseguenza, nel 2004 la Maserati ha dovuto
produrre 25 esemplari omologati di MC12, seguiti da altri 25 nell’anno seguente
a causa dell’enorme richiesta da parte dei clienti.

Da quanto detto, scaturisce che in luogo di stile e confort, le soluzioni tecniche
adottate sulla vettura vanno nella direzione di garantire il raggiungimento di
determinate prestazioni.
Il motore è collocato in posizione centrale alle spalle del pilota situato in una
cella di sicurezza realizzata in materiale composito, prevalentemente fibra di
carbonio. Per ragioni di sicurezza il vano motore e l’abitacolo sono separati da
una parete tagliafiamma. Il telaio è in monoscocca realizzato in fibra di carbonio
con motore semiportante coadiuvato da una struttura di rinforzo. Partendo dal
lay-out meccanico di questa vettura estremamente sportiva si è cercato di
ridisegnarne forme e geometrie, adattandole, per quanto è stato possibile, al
family feeling tipico delle auto del biscione. In particolare lo stile della nostra
vettura si ispira all’Alfa Romeo 33 Stradale del 1967 (derivata a sua volta dalla
33/2 che partecipava al Campionato del Mondo Sport Prototipi).
Lay-out meccanico:
Il lay-out meccanico della Maserati MC12 ha dettato la necessità di ripensare le
forme tipiche delle vetture Alfa in funzione delle dimensioni della piattaforma a
nostra disposizione; per dare un’idea delle differenti proporzioni in gioco, basti
pensare alle dimensioni della Maserati MC12 (5143 mm di lunghezza e 2100 di
larghezza per un’altezza di appena 1205 mm, passo di 2800mm) e a quelle della
33 Stradale (3970 mm di lunghezza e 1710 di larghezza per un’altezza di 991mm,
passo di 2350mm). Si è deciso di mantenere gli stessi radiatori acqua della
vettura di partenza; essi si presentano in posizione estremamente inclinata in
modo da diminuire per fini aerodinamici la superficie di impatto frontale degli
scambiatori e fanno leva su dei condotti di ingresso e uscita aria ben studiati.
Alla luce della conferenza dell’abbiamo appreso che i
motore, quelle dimensioni tutto sommato contenute
ottimizzazione esasperata di quei della nostra trattazione
portato a fare scelte razionaliradiatore) e dei corrispettivi sfoghi sul cofano; abbiamo altresì cercato di
garantire nella zona anteriore
stessi.
Variare la posizione dei radiatori avrebbe quindi, in linea teorica, provocato un
incremento della loro superficie, strada da noi non percorsa anche per la volontà
di mantenere la possibilità di
realizzazione del nostro prototipo, è
funzionamento del sistema di raffreddamento in tutte le condizioni di utilizzo,
tali scelte ed ipotesi sarebbero
calcoli numerici, analisi di andamento dei flussi e test di simulazione tanto
virtuali quanto sperimental
dell’Ing. Ascanelli (project leader della vettura)
radiatori hanno, nonostante l’elevato carico termico del
proprio alla luce di una
condotti. Questi ultimi non sono stati
ma l’apprendere l’esistenza di questa problematica ci ha
quali prevedere la presenza di due bocche (
uno spazio adeguato alla geometria dei condotti
usare la vettura anche in pista. In un’ipotetica
naturale che volendo garantire un corretto
arebbero da affiancare ad analisi termiche più specifiche,
sperimentali;
, oggetto
una per
Scelte di progetto:

Nella realizzazione di un’autovettura, gli oneri legati al progetto del telaio
costituiscono una quota rilevante del costo totale dell’auto. Per questa ragione,
nel nostro progetto abbiamo cercato di minimizzare gli interventi che andassero
a modificare elementi del telaio originale onde evitare di dover sostenere
ulteriori costi legati alla verifica del raggiungimento delle prestazioni strutturali.
Se da una parte questa scelta ha comportato evidenti vantaggi in termini di
un’eventuale realizzazione a livello industriale, dall’altra ha fortemente
condizionato l’opera di design stilistico. Le principali scelte di progetto hanno
riguardato la posizione dello snorkel, dei radiatori dell’acqua e dell’olio e l’altezza
da terra.
Per quanto riguarda la parte anteriore si è cercato di garantire l’adeguato
raffreddamento del motore mantenendo invariate, rispetto all’originale, le
dimensioni della sezione d’ingresso dell’aria e degli sfoghi dei radiatori dell’acqua
sul cofano, nonché la loro inclinazione rispetto al suolo. L’imprescindibile
scudetto Alfa, che cela tra l’altro la struttura di crash, ha poi imposto lo
sdoppiamento della “bocca” centrale della Maserati. Per la stessa ragione, nel
ridisegnare le prese d’aria laterali si è tenuto conto delle sezioni d’ingresso
originali dei radiatori dell’olio. Oltre a mantenere il posizionamento originale di
questi componenti, si é scelto di non intervenire sui due telaietti in alluminio
ancorati al telaio che fanno da supporto alle sospensioni e alla componentistica
di servizio e contribuiscono all’assorbimento di eventuali urti.
Al fine di garantire l’omologazione internazionale, il corpo della nostra vettura è
stato alzato da terra (rispetto al pianale della MC12 da corsa che avevamo a
disposizione) per garantire il passaggio di un blocco solido regolamentare di 120
mm di altezza tra telaio e suolo. Al contempo, si è scelto di riportare gli angoli di
camber statico delle ruote sia anteriori che posteriori ai valori della vettura di
serie considerando di dover utilizzare ruote e pneumatici con caratteristiche
stradali in luogo di quelli da competizione presenti sul pianale di partenza. A
geometrie definite poi si è proceduto alla divisione dei pannelli della carrozzeria
provando ad immaginare una possibile realizzazione degli stessi, considerando
anche che per l’omologazione il paraurti anteriore debba avere altezza minima
da terra, a vettura sia carica che scarica, pari a 508 mm. Per la definizione delle
linee di divisione delle parti di carrozzeria abbiamo fatto riferimento alle
caratteristiche del materiale scelto per la loro realizzazione, la fibra di carbonio,
ed al suo processo produttivo. Tale soluzione, come qualsiasi altra d’altronde, si
porta dietro compromessi tecnologici da tenere in conto nella scelta della
dimensione dei pezzi e della loro conformazione. Parlare di fibra di carbonio
significa parlare di un processo di laminazione e successiva polimerizzazione in
autoclave. D’importanza fondamentale sarà quindi l’applicazione del sacco a
vuoto, che deve raggiungere tutti i punti del componente per evitare bolle o parti
di resina polimerizzata sulla sua superficie esterna, e la conoscenza delle
dimensioni dell’autoclave a disposizione.
Stile:
Per il tetto della vettura si è deciso di adottare una soluzione tanto insolita
quanto efficace: rendere asportabili le parti laterali mantenendo fissa quella
centrale che collega senza soluzione di continuità il parabrezza con il lunotto
posteriore. Un tale “azzardo stilistico”, che trasforma la vettura da coupé in
“targa” atipica, è stato permesso dall’assenza di elementi strutturali nella parte
superiore del telaio. Per garantire altresì, tanto un migliore alloggiamento di
Oscar quanto una migliore abitabilità, si è deciso di innalzare il tetto della
vettura; questa soluzione ci ha permesso tra l’altro di alzare anche il sedile del
guidatore, ed eliminare, per quanto possibile, la sensazione di un abitacolo
troppo angusto, tipico delle vetture supersportive. L’occasione di inglobare la
presa d’aria motore è stata davvero ghiotta e ci ha permesso di dare vita ad uno
stile più pulito ed armonioso nelle forme, tipico delle vetture Alfa Romeo; siamo
riusciti così ad ottenere quello che volevamo: pur conservando la stessa sezione
di ingresso, lo snorkel c’è ma non si vede.
Si è prestata particolare attenzione alla curvatura del tetto cercando di evitare
palesi problemi di carattere aerodinamico dovuti a distacchi di vena del flusso. È
naturale che anche questi fenomeni sono da studiare in modo più approfondito
con simulazioni virtuali e con modelli in scala attrezzati per la galleria del vento.
Particolare attenzione andrà posta sul flusso che va ad investire la presa d’aria
per verificare che la bocca di ingresso sia effettivamente bagnata dal flusso in
tutta la sua superficie.
Abbiamo altresì cercato di mantenere il numero più alto possibile di analogie con
la vettura di ispirazione, l’Alfa 33, pur rispettando i vincoli della piattaforma base
e cercando di apportare delle novità stilistiche in perfetta armonia con il
marchio. Ecco allora la soluzione del tetto descritta prima, l’adozione della griglia
di sfogo laterale integrante la freccia direzionale, la griglia laterale / posteriore, la
presa d’aria laterale maggiormente importante sulla parte alta della fincata della
vettura, i due elementi del gruppo ottico anteriore, l’assenza dell’alettone
posteriore, la forma affusolata del lunotto posteriore con taglio verso l’alto nella
vista laterale e con motore a vista, passaruota importanti e dalle forme morbide,
l’adozione di un muso con profilo a freccia con linee convergenti verso il logo del
marchio, e così via.
La volontà di ridurre lo sbalzo posteriore per conferire maggiore slancio alla linea
della vettura, tenendo comunque presente l’ingombro del cambio (che è stato
ricoperto da una calotta in fibra di carbonio a vista), ha comportato una
diminuzione dell’efficienza dell’estrattore che è stato abbondantemente
accorciato ed inclinato. L’effetto suolo, che rappresenta una parametro
imprescindibile nell’handling delle vetture da competizione, è infatti un concetto
un po’ meno esasperato nelle vetture stradali sia pure esse ad alte prestazioni; la
Maserati di partenza infatti fa forza su una altezza da terra estremamente ridotta
ed una pianta dalle dimensioni generose e piuttosto regolari.
Noi, nel nostro progetto, abbiamo dovuto innalzare considerevolmente la
vettura per ragioni di normative giocandoci così buona parte di componente
deportante. Va inoltre ricordato che la nostra vettura monta gomme stradali che,
per quanto ad alte prestazioni, non riescono comunque a garantire quei
coefficienti di attrito che permettono di sostenere valori di “downforce”
importanti come quelli generati dall’aerodinamica spinta della vettura da gara.
L’alettone posteriore, che sulla MC12 stradale è stato conformato in maniera da
dare un’impronta leggermente più stilistica (rispetto alla versione FIA GT) a
discapito dell’efficienza aerodinamica, è stato da noi completamente abolito per
non modificare la linea armoniosa della fiancata, caratteristica tipica delle Alfa
Romeo; in uno studio successivo si potrebbe eventualmente pensare all’adozione
di uno spoiler posteriore meccanizzato che intervenga variando la sua altezza e il
suo angolo d’incidenza al crescere della velocità. Bisogna notare che comunque
questa è una soluzione meno raffinata dal punto di vista aerodinamico poiché
per definizione esso provoca un così detto “carico verticale sporco” che genera
elevate turbolenze al suo passaggio, al contrario di un’ala che invece unisce ad
una notevole deportanza, un buon livello di penetrazione aerodinamica. Per
finire, nel frontale della vettura sono stati previsti due canali ai lati dello scudetto
Alfa che, grazie anche al fondo vettura carenato, convogliano il flusso d’aria
verso l’estrattore posteriore aumentandone per quanto possibile l’efficacia.
Gruppi ottici:
Per quanto riguarda il posizionamento dei gruppi ottici ci si è attenuti alle norme
di omologazione. Queste ultime prevedono per ogni elemento vincoli di
posizione e orientamento, eventuali vincoli per la visibilità, limiti per la possibilità
di raggruppare e combinare gli elementi stessi, ed altre prescrizioni particolari
riguardanti ad esempio il funzionamento. Di seguito vengono riportate le
indicazioni normative e le scelte effettuate.
Altezza [mm] Larghezza [mm] Abbaglianti Non devono mai essere più vicini all’estremità
fuori tutto del veicolo di quanto non lo siano gli
anabbaglianti
Anabbaglianti 500
1200 600 (reciproca) – 400 (dal fuori tutto del veicolo)
Fendinebbia
anteriori
250
max
anabbaglianti
400 (dal fuori tutto del veicolo)
Proiettore
retromarcia
250
1200
Indicatori di
direzione
(cat. 1 e 2 )
350
1500
(2100 [*])
600 (reciproca) – 400 (dal fuori tutto del veicolo)
Indicatori di
direzione
(cat. 5)
500
1500
(2300 [*])
max 1800 (dal fuori tutto anteriore del veicolo)
Segnale di
pericolo
Segue quanto detto nel posizionamento degli indicatori di
direzione
Luce di arresto 350
1500
(2100 [*])
600 (reciproca) – (400 [**])
Illuminazione
targa
posteriore
Deve essere tale che il dispositivo possa illuminare la sede della
targa
Luci di
posizione
anteriori
350
1500
(2100 [*])
600 (reciproca) – 400 (dal fuori tutto del veicolo)
Luci di
posizione
posteriori
350
1500
(2100 [*])
600 (reciproca) – (400 [**]) – 400 (dal fuori tutto
del veicolo)
Fendinebbia
posteriori
250
1000 Deve essere posizionato sul lato opposto al
senso di marcia oppure al centro. In ogni caso la
distanza, sia in verticale che in orizzontale, tra il
fendinebbia e le luci di arresto deve essere
superiore a 100mm
Luce di
stazionamento
350
1500
(2100 [*])
400 (dal fuori tutto del veicolo)
Catadiottro
posteriore,
non
triangolare
350
900 600 (reciproca) – (400 [**]) – 400 (dal fuori tutto
del veicolo)
Catadiottro
anteriore, non
triangolare
350
900
(1500 [*])
600 (reciproca) – (400 [**]) – 400 (dal fuori tutto
del veicolo)
Catadiottro
laterale, non
triangolare
350
900
(1500 [*])
Il catadiottro situato più avanti non deve trovarsi
a più di 3m dal fuori tutto anteriore del veicolo
[*] se la forma della carrozzeria non permette di rispettare questo limite
[**] se la larghezza fuori tutto del veicolo è minore di 1300 mm
Per Il posizionamento dei gruppi ottici anteriori si è cercato di garantire un giusto
compromesso tra lay-out della vettura, norme tecniche, stile puro e family
feeling. Determinante è stata la volontà di mantenere una forma del muso
affusolata, con andamento leggermente a freccia, ed il vincolo di inglobare
correttamente i radiatori; quest’ultimo è stato importante nella determinazione
dell’altezza del gruppo ottico di modo che non interferisse con gli scambiatori
stessi; un altro vincolo ci ha guidato nella scelta dell’altezza da terra dei fari
anteriori: la prova di crash test del pendolo prevede che al di sotto dei 508 mm
(quota minima a cui deve trovarsi il paraurti anteriore) non debba esserci nessun
elemento della vettura necessario alla continuazione della marcia di seguito
all’urto; per questo motivo, nonostante il meccanismo tergifaro si trovi al di sotto
dei 508 mm, il gruppo ottico si trova al di sopra di questa quota regolamentare.
Le ultime restrizioni riguardanti i minimi angoli di illuminazione del proiettore
anabbagliante (15° verso l’alto e 10° verso il basso – sulla vista del fianco; 45°
verso l’esterno e 10° verso l’interno – sulla vista della pianta) hanno guidato la
collocazione, all’interno del gruppo ottico anteriore, del proiettore anabbagliante
in posizione più esterna rispetto a quello abbagliante. Intorno all’anabbagliante è
stato posto un anello di LED come faro di posizione e la stessa soluzione è stata
adottata per la freccia intorno all’abbagliante.
Per i gruppi ottici posteriore si è optato ancora una volta per l’utilizzo della
tecnologia a LED integrando le luci nelle prese d’aria posteriori necessarie a
garantire un adeguato raffreddamento del motore nonché un notevole colpo
d’occhio alla vettura. Le normative hanno poi imposto il posizionamento dei vari
fanali.
Un’altra fila di LED collocata sullo sfogo d’aria laterale (subito dietro la ruota
anteriore) funge da indicatore di direzione laterale. Infine sul posteriore è stato
previsto l’alloggiamento del dispositivo di illuminazione per la targa.
Posizionamento di “Oscar” e Angoli di Visibilità:

Per quanto concerne il posizionamento di Oscar il primo intervento necessario é
stato quello di spostare il punto H, le cui nuove misure sono: 482,5 mm da terra,
300 mm dalla linea di mezzeria e 1275 mm dall’asse della ruota anteriore. Un
ulteriore vincolo da rispettare ha riguardato gli angoli di visibilità inferiore e
superiore (maggiori di 7° e 16°) e frontali (15° verso l’esterno e 45° verso
l’interno). Per poter raggiungere tali scopi si sono dovuti arretrare la pedaliera e
lo sterzo.
Le modifiche relative al sedile riguardano invece la sua inclinazione, che è stata
ridotta per esigenze di comfort e per evitare rischi di urto con il montante del
parabrezza in caso di frenata. Adottando questi accorgimenti è stato possibile
ottenere un’adeguata triangolazione tra Oscar e comandi. Inoltre, come già detto
nel paragrafo sullo stile, l’abitabilità è stata notevolmente migliorata grazie
all’innalzamento del tettuccio; questa scelta ha comportato tuttavia delle
problematiche relative al raccordo con il montante del parabrezza. Volendo
mantenere in vista il montante, così come avviene nell’MC12, sarebbe stata
necessaria l’applicazione di un elemento di giunzione, in modo da creare
un’unica superficie tra parabrezza e cupolino. Questa soluzione però, avrebbe
comportato rischi di danneggiamento della verniciatura a causa dei moti relativi
tra i due corpi causati da stress termo-meccanici e fenomeni vibratori. Alla luce
dei problemi evidenziati abbiamo deciso di unire direttamente il parabrezza al
tettuccio in cristallo asportabile in modo da eliminare una giuntura ed avere una
linea più pulita della vettura; naturalmente tale scelta implica difficoltà
tecnologiche come la tenuta delle giunzioni, che necessitano di un corretto
posizionamento, e lo studio di guarnizioni che non saranno statiche ma soggette
al distacco con il tettuccio, tanto in fase di asportazione dello stesso, quanto
durante l’apertura della porta. Il cristallo asportabile dovrà inoltre prevedere
superfici di bordo oscurate per nascondere il montante e le guarnizioni
sottostanti che restano ad esso ancorate per nasconderle alla vista una volta
trasformata in targa la vettura.
Parti mobili della carrozzeria:
Ogni elemento mobile deve essere pensato e progettato in modo tale da
garantire il suo corretto azionamento evitando interferenze con altre parti della
carrozzeria. Al di là dei cofani anteriore e posteriore che devono garantire
un’adeguata accessibilità alle parti meccaniche in fase di messa a punto e di
manutenzione, una trattazione separata merita la portiera chiamata a rispettare
vincoli di natura diversa. Per prima cosa deve potersi aprire sufficientemente per
garantire una buona accessibilità a bordo, deve poter ospitare un cristallo
laterale a scomparsa, deve consentire una buona visuale laterale al pilota e non
deve interferire con il flusso d’aria in ingresso alla presa d’aria posteriore. In
aggiunta a tutto ciò deve anche includere al suo interno la barra anti intrusione
necessaria all’omologazione nei crash test e il meccanismo di azionamento degli
airbag laterali. Dopo un attento studio sulle varie tipologie di meccanismi per
l’apertura delle portiere si è scelto un cinematismo comunemente detto ad “ali
di farfalla”. Questo sistema consente l’apertura della portiera attorno ad un asse
di rotazione quasi trasversale alla vettura. Per quanto affascinante, l’adozione di
tale soluzione è risultata molto complicata da implementare considerata la scelta
fatta di rendere asportabile una parte del tetto. In un’ipotetica realizzazione, le
difficoltà maggiori riguarderebbero le giunzioni tra i pannelli della carrozzeria e le
guarnizioni a battuta con il finestrino; quest’ultimo, durante le fasi di apertura
dello sportello, non dovrebbe neanche abbassarsi leggermente per garantirsi il
disimpegno dalla guarnizione stessa poiché, per migliorare ancora di più
l’accessibilità a bordo, è stata prevista un’apertura contemporanea della
porzione asportabile del tetto verso l’alto (che ruoterà attorno ad un asse quasi
parallelo all’asse longitudinale del veicolo) ma in senso opposto a quello della
portiera. Tutto ciò sarebbe comunque da verificare una volta decisa la tipologia
delle guarnizioni da adottare e le traiettorie dei due organi mobili. Le suddette
porzioni asportabili sono collegate alle cerniere che ne guidano il movimento
tramite due spinotti a baionetta (quattro in tutto). Così facendo è garantita la
semplicità di asportazione del tettuccio al quale resteranno legati gli spinotti; le
cerniere invece rimarranno alloggiate nel montante centrale. Dal punto di vista
strutturale si è invece ritenuto che l’adozione di un’unica cerniera montata sul
telaio, se da un lato avrebbe garantito il corretto cinematismo dello sportello,
dall’altro non sarebbe stata in grado di evitare le eccessive vibrazioni dovute
all’ampio movimento. Per scongiurare quest’ultimo problema si è aggiunta una
seconda cerniera sistemata al centro del montante laterale del parabrezza. Con
questo sistema tra l’altro, si evita qualsiasi tipo di interferenza con il
cinematismo del tetto asportabile.