Mission vehicle - modeFRONTIER e la gestione di database: uno strumento di selezione del miglior rapporto al ponte nell’ottica del miglioramento delle prestazioni su veicoli industriali

Azienda europea nata nel 1975, Iveco è oggi uno dei maggiori costruttori di veicoli industriali e commerciali nel mondo.
Progetta, costruisce e commercializza una gamma completa di veicoli industriali (da 2,8 a 16 t e oltre di massa totale a terra) sia stradali sia cava cantiere, antincendio, per la protezione civile e per la difesa.
È attiva in oltre 100 paesi del mondo e ha fatto della presenza industriale in paesi ad alto potere di sviluppo, come ad esempio la Cina, un suo specifico punto di forza.
L'attività commerciale si esplica attraverso la vendita di veicoli leggeri quali il Daily, veicoli medi come l'Eurocargo e veicoli pesanti stradali e cava cantiere della gamma Stralis e Trakker.

Per ogni gamma di veicolo, IVECO prevede la possibilità di svariati allestimenti e configurazioni atte a soddisfare in modo più esaustivo possibile la richiesta di mercato. Gli allestimenti possono variare a seconda del diverso tipo di motorizzazioni, gommature, pianali e aerodinamica, ma ognuna di esse deve comunque soddisfare precisi vincoli e richieste progettuali definiti nella mission vehicle.
In particolare il presente lavoro è focalizzato sulla scelta del miglior rapporto al ponte per le diverse configurazioni veicolo della gamma leggera IVECO commercialmente denominati Daily.
I diversi allestimenti presentano, a prima vista, caratteristiche comuni e non è pertanto facile, se non impossibile, capirne le differenze meccaniche. Un’ analisi più approfondita delle schede tecniche evidenzia invece queste differenze che in alcuni casi possono determinare veicoli non in grado di soddisfare le richieste progettuali. La caratteristica distintiva sulla quale si agirà in questo lavoro, è il rapporto di trasmissione finale, ovvero quello presente tra l’asse di uscita del cambio e l’asse delle ruote, denominato ‘Rapporto al Ponte’; lo scopo ultimo è appunto la determinazione di un valore di questo che riesca ad ottimizzare le prestazioni.

Fig.1 - Motocarro serie Daily

IVECO dispone di una serie di motorizzazioni diverse per cilindrata e potenza, ognuna delle quali viene installata su veicoli con diverso allestimento: possiamo infatti avere sullo stesso telaio una versione con telonatura o con cassone aperto, che dinamicamente si comportano in maniera differente.
Questo è solo un esempio, ma si evince che per avere su ogni versione delle prestazioni confrontabili, dovrò modificare un parametro che mi permetta di raggiungere l’ obiettivo.
Prendendo in esame il carro telonato ed il carro con cassone aperto, è ovvio che questi due allestimenti opporranno una diversa resistenza aerodinamica, nel dettaglio il telonato avrà una resistenza all’avanzamento maggiore.

Per garantire uno standard di comfort di utilizzo del mezzo, dovremmo avere una rapportatura del cambio che riesca ad “accordare” la curva di coppia del motore con quella di resistenza del mezzo, quindi variabile con l’allestimento; filosofia questa valida in linea di principio, ma completamente in antitesi con i concetti di riduzione costi ed economia di scala. Ecco quindi che per ovviare a questo problema si agisce sull’ultima coppia di ingranaggi, esistente tra motore e asse ruote, ovvero quella presente nella scatola del differenziale, chiamato in gergo “rapporto al ponte”.
Il presente lavoro è infatti focalizzato a determinare quale sia il valore del rapporto al ponte che mi permette di rispondere a ben precisi target veicolo.

In seguito si riportano le specifiche richieste da IVECO:

• Pendenza massima superabile in I marcia > 30%
  
• Pendenza massima superabile in IV marcia > 2%
  
• Massimizzazione delle prestazioni (velocità max)

Il database di IVECO è riassunto in un complesso foglio di calcolo nel quale sono contenute tutte le versioni commercializzate ed i possibili allestimenti; il calcolo delle prestazioni invece viene eseguito mediante un codice proprietario del cliente, chiamato PRE7.
Per ogni gamma di veicolo, esistono numerosi vincoli tecnici che limitano considerevolmente le configurazioni effettivamente realizzabili: si possono citare a titolo di esempio l’applicabilità di una misura di pneumatici su un telaio, piuttosto che su un altro, in funzione della portata del mezzo.
Si rende quindi necessaria l’impostazione di una serie di logiche volte a discriminare tali configurazioni, il che può essere fatto seguendo due approcci diversi:

• Tramite macro sviluppata su foglio di calcolo
  
• Tramite logiche impostate in modeFRONTIER

E stata scelta la seconda strada, per evitare la dipendenza del progetto da file esterni, creando uno strumento ‘stand alone’, con le logiche inserite in linguaggio Java nel nodo calculator di modeFRONTIER.
La gestione del database è realizzata tramite input vettoriali, ognuno dei quali rappresenta un ‘parametro’ (misura pneumatici, tipo di pianale, coefficiente di drag, area frontale…) e le cui componenti sono i valori discreti che il parametro può assumere, come da catalogo.
Sfruttando le logiche impostate in modeFRONTIER che consentono di selezionare automaticamente i design che danno luogo a configurazioni tecnicamente realizzabili, ed il ridotto tempo di calcolo del software proprietario, si è optato per la scelta di generare tutti gli allestimenti veicolo possibili operando poi nel post processing per determinare quelli con prestazioni migliori. Alternativa possibile a fronte di un elevato numero di versioni, poteva essere la ricerca delle prestazioni ottime, inserendo opportuni vincoli in modeFRONTIER.
Di seguito sono riportati gli Input, gli Output ed i vincoli presenti nel workflow di modeFRONTIER.

INPUT:

• Modello di telaio (6 tipi)
  
• Misura degli pneumatici (5 misure)
  
• Area frontale del veicolo (4 config.)
  
• Coefficiente di resistenza aerodinamica (4 config.)
  
• Rapporti al ponte (10 rapporti al ponte selezionabili)

OUTPUT:

• Pendenza superabile in prima marcia
  
• Pendenza superabile in quarta marcia
  
• Velocità massima raggiunta
  

VINCOLI:

• Massimizzazione della pendenza superabile in IV marcia
  
• Massimizzazione della velocità massima
  
• Pendenza minima ammissibile in I marcia > 30%
  
• Pendenza minima ammissibile in IV marcia > 2%

Nel progetto di modeFRONTIER all’interno del primo nodo calculator sono state inserite delle logiche del tipo if…, then…, else…che permettono di generare tutte le configurazioni tecnicamente corrette. Su 1800 combinazioni generate, solo 188 sono risultate realizzabili, ovvero non violano nessun vincolo costruttivo.
Tra i design selezionati sono stati poi estratti quelli che hanno le migliori prestazioni, riducendo il numero a 46. È stato poi proposto un ulteriore step di analisi statistica dei risultati, con l’obiettivo di individuare il rapporto al ponte che più frequentemente soddisfa le migliori prestazioni.
Questo tipo di analisi può essere utile per valutare le economie di scala, ovvero permette di effettuare delle scelte progettuali che contemporaneamente facciano risparmiare denaro e forniscano un prodotto con prestazioni ottime; ogni verifica è possibile in tempo reale, modificando pochi parametri o logiche.

Fig.2 – Workflow di modeFRONTIER

L’analisi dei risultati ha evidenziato che il 33% delle configurazioni ottime, cioè che soddisfano i requisiti presenti nella mission vehicle, è gestito con un solo rapporto al ponte, e l’80% è coperto da soli 3 diversi valori di questo.
Pur trattandosi di un progetto pilota, sono stati forniti al cliente interessanti spunti che fanno comprendere l’importante attitudine di modeFRONTIER nel gestire in modo automatico dei database di grande dimensione. Ampliando l’elenco delle logiche Java, è possibile infatti gestire automaticamente tutto il parco veicoli di IVECO che consta di oltre 4000 versioni diverse.

Le informazioni ricavabili dal post-processing sono di estrema utilità sia per l’ufficio tecnico, sia per il tecnico-commerciale consentendo a questo di effettuare studi preliminari basati su economie di scala e volti a contenere il numero di varianti e quindi di costi, cercando di utilizzare pochi lotti di grande dimensione. Il processo integrato ed automatizzato in modeFRONTIER mette a disposizione dell’azienda un gestore di database completo automatico, flessibile e con un interfaccia utente semplice all’uso che non richiede conoscenze particolari dal punto di vista IT e di programmazione.

Nicola Baldecchi - EnginSoft
Vladi Nosenzo - Iveco

Per ulteriori informazioni:
Ing. Francesco Franchini
modeFRONTIER Technical Manager
info@enginsoft.it