INGEGNERIA DEI VEICOLI
Corso di laurea magistrale
Piano di Studi
Primo anno
Sistemi Logistico-Produttivi per il settore Automotive (6 cfu)
- Il corso si propone di presentare le metodologie e tecniche di progettazione e gestione di un moderno sistema logistico-produttivo di tipo discreto (i.e., non industria di processo) caratteristico del settore automotive. Il corso presenterà gli approcci caratteristici del Toyota Production System (TPS), del World Class Manufacturing (WCM) e della Lean Manufacturing in generale, per quel che riguarda aspetti quali la progettazione e dimensionamento:
- del layout di fabbrica
- dei magazzini
- delle linee di montaggio
- dei sistemi di movimentazione interna
nonché aspetti gestionali inerenti:
- la gestione e sincronizzazione dei flussi dei materiali (Material Flow Control Systems)
- la gestione dei fornitori
- la pianificazione e programmazione delle attività di produzione
- la sicurezza sui luoghi di lavoro
- paradigma di Industria 4.0 nella progettazione e gestione impiantistica
- Il corso si propone di presentare le metodologie e tecniche di progettazione e gestione di un moderno sistema logistico-produttivo di tipo discreto (i.e., non industria di processo) caratteristico del settore automotive. Il corso presenterà gli approcci caratteristici del Toyota Production System (TPS), del World Class Manufacturing (WCM) e della Lean Manufacturing in generale, per quel che riguarda aspetti quali la progettazione e dimensionamento:
Sperimentazione nelle macchine (6 cfu)
- Il corso si pone l’obiettivo di formare gli studenti nel campo della sperimentazione applicata alle macchine a fluido ed ai sistemi energetici. Oltre alle basi, sarà fornita una panoramica delle principali tecniche di misura standard ed avanzate. In aggiunta alle nozioni teoriche, saranno mostrati esempi applicativi e discussi casi studio. Al termine del corso gli studenti saranno in grado di affrontare una problematica di analisi sperimentale scegliendo le metodologie e gli strumenti più opportuni per il caso in esame.
Programma
Introduzione alle misure
o Nozioni di base sul processo di misura
o Caratteristiche metrologiche degli strumenti
o Teoria degli errori e loro propagazione
o Richiami sull’acquisizione ed elaborazione di dati sperimentali
Misure termo-fluidodinamiche e meccaniche
o Misure di pressione, temperatura, portata, velocità e direzione
o Coppia, forza, numero di giri, posizione
o Cenni sulla misura di inquinanti
Misure dinamiche
o Sensori piezoelettrici e piezoresistivi di pressione
o Sonde a guida d’onda
o Cenni sugli accelerometri
Tecniche di misura avanzate
o Anemometria laser PIV e LDV
o Particle sizing (PDA)
o Pirometria ottica ed acustica
Valutazione delle prestazioni di macchine a fluido e sistemi energetici
o Esempi di valutazione delle prestazioni di motori
Saranno, inoltre, eseguite alcune delle seguenti attività di laboratorio:
o Acquisizione di segnali in LabView
o Taratura di un trasduttore
o Calibrazione di una sonda (pitot, kiel, 3 o 5 fori)
o Test al banco prova pompe
o Test al banco prova motori
- Il corso si pone l’obiettivo di formare gli studenti nel campo della sperimentazione applicata alle macchine a fluido ed ai sistemi energetici. Oltre alle basi, sarà fornita una panoramica delle principali tecniche di misura standard ed avanzate. In aggiunta alle nozioni teoriche, saranno mostrati esempi applicativi e discussi casi studio. Al termine del corso gli studenti saranno in grado di affrontare una problematica di analisi sperimentale scegliendo le metodologie e gli strumenti più opportuni per il caso in esame.
Dinamica dei veicoli (6 cfu)
- Comportamento meccanico della ruota con pneumatico. Resistenze all’avanzamento. Frenatura del veicolo. Comportamento direzionale e stabilità di marcia. Comfort e tenuta di strada.
- Comportamento meccanico della ruota con pneumatico. Resistenze all’avanzamento. Frenatura del veicolo. Comportamento direzionale e stabilità di marcia. Comfort e tenuta di strada.
Aerodinamica dei veicoli (6 cfu)
- Equazioni del moto dei fluidi. Vorticità: significato fisico, origine, dinamica ed importanza. Strato limite: equazioni, parametri caratteristici, separazione. Cenni al moto turbolento. Corpi aerodinamici e corpi tozzi: definizione e tipologie dei rispettivi campi aerodinamici. Caratteristiche delle forze aerodinamiche su veicoli terrestri di vario tipo e metodologie per la loro valutazione. Cenni al progetto aerodinamico ottimizzato di diverse classi di veicoli.
- Equazioni del moto dei fluidi. Vorticità: significato fisico, origine, dinamica ed importanza. Strato limite: equazioni, parametri caratteristici, separazione. Cenni al moto turbolento. Corpi aerodinamici e corpi tozzi: definizione e tipologie dei rispettivi campi aerodinamici. Caratteristiche delle forze aerodinamiche su veicoli terrestri di vario tipo e metodologie per la loro valutazione. Cenni al progetto aerodinamico ottimizzato di diverse classi di veicoli.
Controlli automatici (6 cfu)
- L'insegnamento si propone di estendere ed integrare le competenze sui controlli di sistemi meccanici, trattando gli strumenti informatici specializzati per la simulazione dei sistemi ed il progetto dei dispositivi di controllo e le tecniche per il controllo di sistemi basate su PC.
- L'insegnamento si propone di estendere ed integrare le competenze sui controlli di sistemi meccanici, trattando gli strumenti informatici specializzati per la simulazione dei sistemi ed il progetto dei dispositivi di controllo e le tecniche per il controllo di sistemi basate su PC.
Metodi computazionali per l’analisi strutturale e la simulazione dinamica (12 cfu)
- Il primo modulo del corso ha lo scopo di far acquisire agli allievi le competenze per applicare ed utilizzare il metodo agli Elementi Finiti (EF) per analisi statiche lineari di componenti meccanici, con una sufficiente base teorica per capirne limiti e potenzialità, utilizzando i diversi elementi (es. aste, travi, elementi piani, gusci, tridimensionali) a seconda del tipo di problema da modellare. Le lezioni frontali si alternano ad esercitazioni in aula informatica con il software ANSYS APDL e WORKBENCH.
Il secondo modulo fornisce i fondamenti teorici per l'analisi dinamica dei sistemi meccanici tramite tecniche multibody. Vengono presentati metodi per l'analisi cinematica, le equazioni dei vincoli e le tecniche risolutive per i problemi di dinamica e di dinamica inversa. Durante il corso vengono, inoltre, svolte una serie di esercitazioni di laboratorio informatico con un codice di calcolo commerciale.
- Il primo modulo del corso ha lo scopo di far acquisire agli allievi le competenze per applicare ed utilizzare il metodo agli Elementi Finiti (EF) per analisi statiche lineari di componenti meccanici, con una sufficiente base teorica per capirne limiti e potenzialità, utilizzando i diversi elementi (es. aste, travi, elementi piani, gusci, tridimensionali) a seconda del tipo di problema da modellare. Le lezioni frontali si alternano ad esercitazioni in aula informatica con il software ANSYS APDL e WORKBENCH.
Elettronica e Telecomunicazioni per i Veicoli (12 cfu)
- Il modulo di Elettronica per i Veicoli mira a fornire conoscenze di: segnali analogici e digitali nel dominio del tempo e della frequenza, e loro conversione. Componenti e circuiti analogici, digitali e misti (amplificatori, filtri, comparatori, controllori PID, memorie, microcontrollori, FPGA, ADC, DAC, PWM) in Electronic Control Unit per veicoli e controllo industriale. Elettronica di potenza e azionamenti per sistemi meccatronici. Sistemi di comunicazione elettronica e networking per veicoli (CAN, Flexray, RS-232, MOST,..). Sistemi elettronici per sicurezza attiva/passiva e drive-by-wire. Condizioni operative di sistemi elettronici automotive. Esempi di dimensionamento di sistemi di interfacciamento sensori (termici, strain gauge,..) e attuatori (DC electric motor, elettro-iniettori,..) e di sistemi embedded di controllo in veicoli. Il modulo di Analisi dei segnali e Telemetria si articola in due parti. Nella prima parte, lo studente acquisisce le conoscenze necessarie all'analisi dei segnali, siano essi deterministici o aleatori, provenienti dai sistemi di controllo dei veicoli. Nella seconda parte vengono trattati i metodi di trasmissione dei dati nelle applicazioni di interesse per un ingegnere dei veicoli. L'obiettivo formativo del modulo è quello di fornire allo studente gli strumenti di base per l'analisi e il trasferimento dei dati.
- Il modulo di Elettronica per i Veicoli mira a fornire conoscenze di: segnali analogici e digitali nel dominio del tempo e della frequenza, e loro conversione. Componenti e circuiti analogici, digitali e misti (amplificatori, filtri, comparatori, controllori PID, memorie, microcontrollori, FPGA, ADC, DAC, PWM) in Electronic Control Unit per veicoli e controllo industriale. Elettronica di potenza e azionamenti per sistemi meccatronici. Sistemi di comunicazione elettronica e networking per veicoli (CAN, Flexray, RS-232, MOST,..). Sistemi elettronici per sicurezza attiva/passiva e drive-by-wire. Condizioni operative di sistemi elettronici automotive. Esempi di dimensionamento di sistemi di interfacciamento sensori (termici, strain gauge,..) e attuatori (DC electric motor, elettro-iniettori,..) e di sistemi embedded di controllo in veicoli. Il modulo di Analisi dei segnali e Telemetria si articola in due parti. Nella prima parte, lo studente acquisisce le conoscenze necessarie all'analisi dei segnali, siano essi deterministici o aleatori, provenienti dai sistemi di controllo dei veicoli. Nella seconda parte vengono trattati i metodi di trasmissione dei dati nelle applicazioni di interesse per un ingegnere dei veicoli. L'obiettivo formativo del modulo è quello di fornire allo studente gli strumenti di base per l'analisi e il trasferimento dei dati.
Calcolo numerico (6 cfu)
- Metodi numerici per la risoluzione di equazioni non lineari, sistemi di equazioni lineari, equazioni differenziali ordinarie e per il calcolo di integrali definiti. Uso di programmi di matematica applicata.
- Metodi numerici per la risoluzione di equazioni non lineari, sistemi di equazioni lineari, equazioni differenziali ordinarie e per il calcolo di integrali definiti. Uso di programmi di matematica applicata.
Costruzioni automobilistiche (9 cfu)
- 1. Conoscenza delle caratteristiche e delle prospettive del mercato e della produzione automobilistica. Conoscenza delle caratteristiche funzionali e tecnologiche dei principali gruppi meccanici, parti strutturali e sistemi di controllo dei veicoli per trasporto stradale: frizioni, cambi, trasmissioni, freni, sistemi sterzanti, sospensioni, autotelai, sistemi per il controllo automatico e per la sicurezza attiva e passiva. Capacità di impostare il progetto di tali componenti con piena consapevolezza degli obiettivi, dei vincoli normativi e delle tendenze della progettazione in campo automotive.
2. Capacità di elaborare il progetto di un componente o di un gruppo attraverso un lavoro di team organizzato prendendo a riferimento i metodi di lavoro propri delle industrie automotive: ogni gruppo di lavoro di 2-4 studenti deve interfacciarsi con altri 3-4 gruppi, è reso responsabile nei confronti del team dei propri risultati e dei tempi di realizzazione, deve farsi carico della esposizione dei risultati e delle giustificazioni delle scelte tecniche.
L'acquisizione delle suddette conoscenze e capacità viene verificata nella prova di esame che include un colloquio relativamente al primo obiettivo formativo e la discussione di un progetto di gruppo relativamente al secondo obiettivo.
- 1. Conoscenza delle caratteristiche e delle prospettive del mercato e della produzione automobilistica. Conoscenza delle caratteristiche funzionali e tecnologiche dei principali gruppi meccanici, parti strutturali e sistemi di controllo dei veicoli per trasporto stradale: frizioni, cambi, trasmissioni, freni, sistemi sterzanti, sospensioni, autotelai, sistemi per il controllo automatico e per la sicurezza attiva e passiva. Capacità di impostare il progetto di tali componenti con piena consapevolezza degli obiettivi, dei vincoli normativi e delle tendenze della progettazione in campo automotive.
Motori a combustione interna (12 cfu)
- Modulo di Fondamenti di motori a combustione interna
1. Generalità e caratteristiche dei motori a combustione interna
2. Richiami sui cicli ideali Otto, Diesel e Sabathè, cicli reali, pressione media indicata e reale, pressione media di attrito, rendimento meccanico.
3. Ricambio della carica nel motore a quattro tempi, coefficiente di riempimento, efflusso attraverso le valvole di aspirazione e scarico, effetti quasi-stazionari nei condotti.
4. Motori a due tempi: analisi del processo di lavaggio ideale e reale, fluidodinamica del lavaggio ed esame dei parametri che l'influenzano, pompe di lavaggio e criteri di scelta del rapporto di lavaggio, soluzioni innovative.
5. Alimentazione: cenni sui carburatori, apparati d'iniezione per motori ad accensione comandata, collettore d'aspirazione, apparati di iniezione per motori ad accensione per compressione, polverizzazione e penetrazione del getto.
6. Combustione nel motore ad accensione comandata, velocità di combustione, rilascio del calore, combustione anomale e detonazione, combustione di cariche stratificate.
7. Combustione nel motore ad accensione per compressione, ritardo di accensione, analisi della combustione nei casi di camera aperta e di precamera, polverizzazione e penetrazione del combustibile iniettato, turbolenza e moti di trascinamento della carica.
8. Ausiliari: sistema di raffreddamento, sistema di lubrificazione, filtraggio e silenziamento dell'aria d'aspirazione, silenziamento dello scarico, ausiliari elettrici.
Modulo di Applicazioni ed Innovazioni nei Motori a Combustione Interna
1. Sovralimentazione (cenni storici, tipologie, matching motore-turbocompressore, evoluzioni).
2. Utilizzo di combustibili alternativi (idrogeno, gas naturale, bio-combustibili).
3. Caratterizzazione acustica dei condotti di aspirazione e scarico.
4. Tecnologie e soluzioni innovative o non convenzionali.
5. Simulazioni avanzate dei motori a combustione interna.
6. Fondamenti di sperimentazione sui MCI (misura delle prestazioni, delle emissioni e caratterizzazione dei componenti).
7. Indagini sperimentali avanzate (cicli indicati valutati direttamente ed indirettamente e loro analisi, misure ottiche di temperatura, flussi e spray).
8. Esperienze al banco prova: caratterizzazione sperimentale di un MCI (misura delle grandezze caratteristiche e calcolo dei parametri di prestazione).
- Modulo di Fondamenti di motori a combustione interna
Prova finale (15 cfu)
Veicoli elettrici e ibridi (12 cfu)
- Il corso è composto di due moduli: "Sistemi elettrici di Bordo" e "Propulsione Elettrica".
Sistemi Elettrici di Bordo.
Conoscenze generali sull'architettura dei veicoli elettrici e ibridi.
Il funzionamento del sistema elettrico ausiliario dei veicoli stradali a propulsione convenzionale: schema, funzioni speciali (avviamento, accensione), componenti speciali (batterie, fuel cells e idrogeno).
Convertitori elettronici (prevalentemente DC/DC e convertitori a commutazione forzata) e azionamenti elettrici (DC, asincroni trifase, sincroni trifase).
Propulsione elettrica
Confronto di diverse categorie di veicoli stradali, basati sul concetto del Life-Cycle assessment e dell'analisi Well-to-wheels.
Apparati propulsivi di veicoli a propulsione elettrica (prevalentemente stradale e ferroviario).
Gestione dell'energia a bordo dei veicoli ibridi.
Architettura e funzionamento del sistema elettrico di alimentazione delle linee elettriche ferroviarie.
Una descrizione completa di entrambi i moduli è ottenibile collegandosi a http://esami.unipi.it connettendosi alla sezione "Programmi" e ricercando il docente "Ceraolo", e selezionando l'insegnamento relativo ad Ingegneria dei Veicoli.
- Il corso è composto di due moduli: "Sistemi elettrici di Bordo" e "Propulsione Elettrica".
12 cfu a scelta nel gruppo GRSC
- Attività a scelta
Meccanica dei robot (6 cfu)
- L’allievo dovrà acquisire competenze nel campo dell’analisi cinematica e dinamica dei robot, sia diretta che inversa, nell’impiego degli specifici strumenti matematici ed informatici e nella sintesi di sistemi robotici.
- L’allievo dovrà acquisire competenze nel campo dell’analisi cinematica e dinamica dei robot, sia diretta che inversa, nell’impiego degli specifici strumenti matematici ed informatici e nella sintesi di sistemi robotici.
Sistemi di trasporto (6 cfu)
Progetto di supporti e dispositivi di lubrificazione (6 cfu)
- Primo obiettivo dell'insegnamento è quello di fornire conoscenze aggiornate nei settori della tribologia e della teoria della lubrificazione. Inoltre, l'insegnamento si propone di far acquisire competenze nel progetto di guide e supporti lubrificati e dei relativi sistemi di circolazione, pompaggio, distribuzione e controllo temperatura del lubrificante.
- Primo obiettivo dell'insegnamento è quello di fornire conoscenze aggiornate nei settori della tribologia e della teoria della lubrificazione. Inoltre, l'insegnamento si propone di far acquisire competenze nel progetto di guide e supporti lubrificati e dei relativi sistemi di circolazione, pompaggio, distribuzione e controllo temperatura del lubrificante.
Laboratorio di dinamica dei veicoli (6 cfu)
- Durante il corso, ogni allievo deve sviluppare un modello completo di veicolo per simulare manovre di handling, applicando le nozioni teoriche acquisite nel corso di Dinamica dei Veicoli. Il modello deve poter avere carichi aerodinamici e differenziale a scorrimento limitato, così da poter simulare anche vetture da competizione. In parallelo, vengono forniti approfondimenti su tematiche inerenti la materia.
- Durante il corso, ogni allievo deve sviluppare un modello completo di veicolo per simulare manovre di handling, applicando le nozioni teoriche acquisite nel corso di Dinamica dei Veicoli. Il modello deve poter avere carichi aerodinamici e differenziale a scorrimento limitato, così da poter simulare anche vetture da competizione. In parallelo, vengono forniti approfondimenti su tematiche inerenti la materia.
Sviluppo di prodotti industriali (6 cfu)
Progetto e sperimentazione di motoveicoli (6 cfu)
Partecipazione Formula Students (6 cfu)
- L'allievo dovrà fornire un contributo alle attività necessarie per lo sviluppo, la realizzazione, la messa a punto ed il test della vettura per la partecipazione della squadra dell'Università di Pisa a competizioni del circuito denominato "Formula Student" o "Formula SAE".
A seconda delle necessità le attività previste potranno essere di: assemblaggio di sottosistemi, studi di layout, attività logistico-organizzative, stesura di rapporti, test di laboratorio, test su strada.
- L'allievo dovrà fornire un contributo alle attività necessarie per lo sviluppo, la realizzazione, la messa a punto ed il test della vettura per la partecipazione della squadra dell'Università di Pisa a competizioni del circuito denominato "Formula Student" o "Formula SAE".
A seconda delle necessità le attività previste potranno essere di: assemblaggio di sottosistemi, studi di layout, attività logistico-organizzative, stesura di rapporti, test di laboratorio, test su strada.
Ricostruzione degli incidenti stradali (6 cfu)
- Argomenti generali
Introduzione, cinematica e dinamica del moto per l’analisi della fase antecedente e della fase successiva alla collisione. Elementi di meccanica dell’urto.
Tecniche per la rilevazione del contesto del sinistro, per l’esame dei mezzi coinvolti e per l’acquisizione degli elementi numerici utili per la ricostruzione dell’incidente.
Tecniche di simulazione assistita dal calcolatore per la ricostruzione degli incidenti stradali. Trattamento e acquisizione dei dati di base. L’approccio ricostruttivo “in avanti”, o la ricostruzione dell’incidente a partire dalla configurazione d’urto. Esercitazioni in aula con l’utilizzo di software di simulazione commerciale, basate su esempi tratti dalla realtà.
Stesura della perizia e del rapporto tecnico di analisi dell’incidente.
Obiettivi formativi
La finalità del corso è quella di offrire agli studenti una formazione di carattere multidisciplinare nel campo dell’analisi e della ricostruzione degli incidenti stradali che possa essere di riferimento e di base per ruoli di consulente tecnico di infortunistica stradale presso i tribunali, gli studi legali, le compagnie di assicurazione e nel settore della costruzione dei veicoli. Agli allievi del corso verranno spiegati i moderni tipi di approccio alla ricostruzione dell’incidente, accompagnati da esercitazioni pratiche su casi concreti attraverso l’utilizzo di software specifici di simulazione.
- Argomenti generali
Introduzione, cinematica e dinamica del moto per l’analisi della fase antecedente e della fase successiva alla collisione. Elementi di meccanica dell’urto.
Tecniche per la rilevazione del contesto del sinistro, per l’esame dei mezzi coinvolti e per l’acquisizione degli elementi numerici utili per la ricostruzione dell’incidente.
Tecniche di simulazione assistita dal calcolatore per la ricostruzione degli incidenti stradali. Trattamento e acquisizione dei dati di base. L’approccio ricostruttivo “in avanti”, o la ricostruzione dell’incidente a partire dalla configurazione d’urto. Esercitazioni in aula con l’utilizzo di software di simulazione commerciale, basate su esempi tratti dalla realtà.
Stesura della perizia e del rapporto tecnico di analisi dell’incidente.
Obiettivi formativi
La finalità del corso è quella di offrire agli studenti una formazione di carattere multidisciplinare nel campo dell’analisi e della ricostruzione degli incidenti stradali che possa essere di riferimento e di base per ruoli di consulente tecnico di infortunistica stradale presso i tribunali, gli studi legali, le compagnie di assicurazione e nel settore della costruzione dei veicoli. Agli allievi del corso verranno spiegati i moderni tipi di approccio alla ricostruzione dell’incidente, accompagnati da esercitazioni pratiche su casi concreti attraverso l’utilizzo di software specifici di simulazione.
