UNIBO MOTORSPORT: INNOVARE PER CRESCERE

UNIBO MOTORSPORT: INNOVARE PER CRESCERE
Autori:
Alessia Frassine – Responsabile Marketing UniBo Motorsport
Valerio Tramonte – Membro Divisione Veicolo UniBo Motorsport
Marco Chini – Membro Divisione Powertrain e pilota UniBo Motorsport
Edoardo Galletti – Team Principal UniBo Motorsport

Abstract:
UniBo Motorsport è il Team di Formula SAE dell’Università di Bologna che dal 2009 insegue il sogno di svi-
luppare, dal progetto alla messa in pista, una Formula 1 in miniatura per poter partecipare al campionato
internazionale di Formula SAE. Il prototipo 2016, la MW4-15, ha rappresentato uno step evolutivo molto
importante: è stata realizzata una monoscocca in fibra di carbonio e grazie al nostro partner Renishaw sono
stati sinterizzati alcuni componenti della vettura. Uno dei punti di forza di UniBo Motorsport, che è anche
ciò che lo rende unico tra gli altri Team del mondo, è un sistema elettronico completamente auto-progettato,
a partire dall'hardware fino al software.

Il progetto UniBo Motorsport nasce nel 2009 come ramo dell’associazione studentesca CTM - Club Tecnica
e Motori dell’Alma Mater Studiorum, che dal 1997 ha il proposito di mettere in contatto la realtà accademica
con quella industriale, con particolare attenzione al mondo dell’Automotive.
È in questo melting pot di idee che un piccolo gruppo di studenti di ingegneria, mosso dalla passione per il
mondo delle corse, decide di dare una svolta pratica alla propria attività attraverso lo sviluppo, la realizza-
zione e la messa in pista di un prototipo in stile Formula che potesse partecipare al campionato internazio-
nale di Formula SAE, competizione dedicata agli studenti di tutto il mondo con lo scopo di promuovere nuove
tecnologie.

                                   Fig.1 il Team UniBo Motorsport 2016

Arrivato al suo settimo anno di vita, il Team ha realizzato quattro differenti vetture, presentando nel 2016 la
MW4-15, una vera e propria innovazione dal punto di vista tecnico e ingegneristico.

Una delle novità apportate consiste nell’introduzione di un telaio ibrido, per gran parte costituito da una
monoscocca in materiale composito.

Fig.2 monoscocca

Il motivo di questa scelta risiede nella ricerca costante volta alla riduzione di peso, mantenendo o aumen-
tando la rigidezza torsionale del telaio. Di fatto, ridurre il peso consente cambi di velocità e di direzione più
rapidi con accelerazioni più elevate, mentre aumentare la rigidezza rende più efficace e prevedibile il lavoro
svolto dalle sospensioni. I materiali compositi, in sostituzione a quelli tradizionali, consentono di raggiungere
tali obiettivi e, in particolare, la fibra di carbonio è la più diffusa in ambito Motorsport.
La progettazione del telaio è iniziata dalla modellazione CAD, per definire la geometria ottimale che rispet-
tasse i vincoli imposti dal regolamento e che fosse in grado di ospitare il pilota e tutti i componenti collegati
al telaio stesso (sospensioni, sterzo, musetto, ecc.). Oltre ad obblighi di tipo geometrico, il regolamento pone
delle restrizioni sulle proprietà dei materiali che compongono la monoscocca, le quali devono essere mag-
giori o uguali ai valori dei corrispondenti materiali tradizionali, come l’acciaio. Allo scopo di definire il layout
migliore che rispettasse questi due vincoli è stata operata una campagna di analisi numeriche, la cui valida-
zione è avvenuta tramite prove sperimentali. La scelta finale è ricaduta sull’utilizzo di una struttura “sand-
wich” costituita da honeycomb di alluminio interposto tra due lamine di fibre di carbonio (twill 2x2), pre-
impregnate in resina epossidica.
Per semplicità di produzione si è scelto di realizzare la monoscocca in due parti, la metà superiore e quella
inferiore, che sono state poi unite per mezzo di un adesivo strutturale, mentre la tecnologia produttiva è
stata la classica laminazione manuale su stampo femmina, ricavato per fresatura CNC da blocchi di poliure-
tano espanso rigido. A seguito della laminazione, si è proceduto alla cottura in autoclave del manufatto a
temperatura e pressione controllate, per consentire alla resina di polimerizzare e al sandwich di aderire per-
fettamente alle pareti dello stampo.
L’intera produzione del telaio è stata svolta da alcuni membri del Team presso un’azienda sponsor torinese,
con l’assistenza dei loro operatori. Il risultato finale è stata una monoscocca avente una rigidezza torsionale
maggiore del 50% e un peso minore di circa il 10% rispetto al traliccio della vettura precedente.

Anche il Reparto Powertrain, grazie alla partnership con Renishaw, può vantare l’applicazione di una tecno-
logia innovativa quale l’additive manufacturing, attraverso cui sono stati realizzati due componenti in allu-
minio: l’ingresso per il liquido di raffreddamento al motore e il corpo valvola di aspirazione, oggetti di forma
complessa e di difficile realizzazione con tecnologie convenzionali.

Fig.3 corpo farfallato

Il corpo valvola, per esigenze fluidodinamiche, è posizionato nella parte alta della vettura, perciò era di vitale
importanza ridurre al minimo il suo peso per non penalizzare troppo l’innalzamento del baricentro. Non
essendo un componente particolarmente sollecitato, questo obiettivo è stato raggiunto facilmente, aggiun-
gendo materiale solamente dove necessario ed evitando lo spreco che si sarebbe verificato se la realizza-
zione fosse avvenuta interamente per asportazione di truciolo. Gli unici interventi che si sono resi necessari
sono stati: operazioni di filettatura e operazioni di finitura in corrispondenza della sede del cuscinetto a sfere
e della restrizione imposta dal regolamento.

                      Fig.4 ingresso per il liquido di raffreddamento al motore

A differenza del componente appena descritto, l’ingresso dell’acqua al motore è stato posto in esercizio
senza ulteriori lavorazioni.

Un’altra caratteristica che contraddistingue UniBo Motorsport dal resto dei team di Formula SAE è il sistema
elettronico della vettura: esso infatti è interamente progettato e realizzato dalla Divisione Elettronica della
squadra, la quale, di anno in anno, introduce novità e migliorie.
La prima centralina, risalente alla stagione 2010, era costituita da hardware commerciale National Instru-
ments cRio e software sviluppato dagli studenti in LabVIEW.
Nella stagione 2014 è nata la seconda versione di sistema di controllo, molto più leggera e performante della
prima, composta da due centraline: ECU (Engine Control Unit) e VCU (Vehicle Control Unit). Le centraline,

costituite da hardware di base National Instruments sbRio, hanno richiesto l’implementazione di shield pro-
gettate dagli studenti per le acquisizioni dei canali di ingresso e per il controllo degli output. Il tutto gestito
da software sviluppato nuovamente in LabVIEW.
Nella stagione corrente verrà completato un ulteriore step evolutivo che porterà il Team ad avere una cen-
tralina unica, la quale andrà a gestire l’intero algoritmo di controllo motore, la sensoristica veicolo e renderà
più efficienti gli algoritmi di Traction Control (controllo di trazione) e di Launch Control (sistema di partenza
di assistita).
La mono-centralina, chiamata OpenECU, è realizzata in collaborazione con Alma Automotive, spin-off
dell’Università di Bologna, con lo scopo di andare a costituire una community nella quale gli utilizzatori, in
maniera open source, possano liberamente condividere il codice da loro sviluppato e confrontarsi su strate-
gie di controllo.
Infine, un’ulteriore punto di forza del Reparto Elettronica è il sistema di telemetria di tipo bidirezionale. Esso
consente la tradizionale lettura dei dati in “live mode” e introduce la possibilità di inviare istruzioni alla mac-
china in real-time, permettendo di cambiare alcuni parametri, come ad esempio le mappe motore, diretta-
mente dai box.