2020 in Casa Policumbent

2020 in Casa Policumbent

Questo nuovo anno per il team si prospetta pieno di iniziative, migliorie e tanto lavoro da fare.
Per cominciare abbiamo un nuovo progetto riguardante l’Handbike che nasce dall’incontro con Eaton, multinazionale nel campo dell’ingegneria nonché promotore del Giro d’Italia Handbike, una gara paraciclistica nata nel 2009. Proprio come si evince dal nome del progetto, l’Handbike è un particolare tipo di bicicletta nella quale la potenza viene interamente erogata dalle braccia del ciclista. 
Dopo alcuni incontri tra Team Policumbent e Eaton, è subito venuto alla luce un interesse comune: costruire una Handbike da record.
L’obiettivo finale è ottenere il record mondiale maschile e femminile anche se per ora solo quello maschile è obiettivo sicuro. La velocità da battere è di 82,9 km/h (51,58 mph) stabilita nel 2018 da Ken Talbot, membro del team ULV dell’università di Liverpool. Per questioni organizzative è ancora in fase di valutazione un tentativo di record femminile nel 2021.

Riguardo alla progettazione, si è partiti, come per ogni progetto, dall’aerodinamica. Si sta attualmente valutando quale delle due posture sia la migliore e la più efficiente: la H4/H5(inginocchiati) o la H1/H2/H3 (coricati). Entrambi hanno i loro lati positivi e negativi, il primo tipo di postura ha infatti una maggiore potenza, mentre il secondo ha una migliore aerodinamicità. Dopo che le simulazioni sui diversi profili aerodinamici saranno terminate, si passerà ai test di potenza specifici per la competizione, a cui prenderanno parte atleti interessati al progetto. La progettazione terminerà per la fine del 2020 e la costruzione del velocipede comincerà subito dopo, in tempo per la World Human Powered Speed Challenge 2021. Vi è poi l’altro grande obiettivo Policumbent, il record mondiale maschile su due ruote. Come già annunciato il Team era già da tempo al lavoro per progettare un prototipo che potesse superare il record mondiale maschile di Todd Reichert di 144,17 km/h mantenendo lo stesso profilo di potenza del nostro ciclista Andrea Gallo. ​

Siamo felici di annunciare che il progetto è attualmente in fase di chiusura e racchiude molte innovazioni e novità rispetto ai precedenti veicoli targati Policumbent. 
Alcune di queste riguardano chiaramente il profilo aerodinamico i cui stampi sono già in produzione e che da simulazione dovrebbe garantire una riduzione della resistenza del 18-20% rispetto al modello Taurus.
​Altre novità si avranno sul telaio che non sarà più a pannelli come in TAURUS e TAURUS-X e nella meccanica. Qui in particolare i nostri progettisti proporranno un nuovo modello di trasmissione a pacco pignoni flottanti più compatto e leggero rispetto al precedente.
Ultimo aspetto veramente rinnovato del prototipo 2020 sarà l’intero sistema di visione. Il nostro obiettivo era quello di cercare di aumentare la “fault tolerance” dei nostri sistemi elettronici.  Per chi non lo sapesse, questo termine sta ad indicare la capacità di un sistema di continuare a operare anche a seguito del mancato funzionamento di alcuni dei suoi componenti.
In virtù di ciò il sistema di visione si trasformerà in un modello completamente analogico basato su camere fpv che ridurranno sensibilmente sia il numero di cavi necessari all’acquisizione video sia la possibilità di distacco di alcune microsaldature attualmente presenti nel sistema di visione digitale di TAURUS e TAURUS-X. Questo aspetto diventa particolarmente importante quando si pensa che senza il sistema di visione elettronico l’atleta è completamente cieco e il mancato funzionamento degli schermi potrebbe portare alla perdita di controllo del veicolo e quindi ad un incidente.
Oltre a creare un modello più efficiente, si cercherà di proteggere meglio le telecamere tramite un case in grado di isolarle dall’interno del veicolo, creando così un micro ambiente a tenuta stagna.
Queste modifiche permetteranno inoltre di ridurre la latenza dell’immagine, concedendo una migliore visibilità al pilota.
Il passaggio da un segnale digitale ad uno analogico porterà ad una riduzione del numero di batterie necessarie al funzionamento del sistema, grazie ad una minore necessità di calcolo per la decodifica del segnale. Una cospicua riduzione di massa unita ad una maggiore affidabilità ed a tempi di avvio molto più rapidi che porteranno a una riduzione di possibili inconvenienti ad inizio run.

Le novità per il prototipo M2020 non finiscono qui, ma non abbiamo il permesso di dirvi altro, se siete curiosi seguiteci fino al prossimo Settembre.
Per quanto riguarda il nostro record femminile, questo è il secondo anno dedicato alle migliorie di Taurus-X, il veicolo utilizzato dalla nostra atleta Vittoria, e le lavorazioni si concentreranno soprattutto sui problemi che sono stati riscontrati durante la WHPSC 2019.
Come per il prototipo M2020, anche in questo caso si apporteranno delle significative modifiche al sistema di strumentazione di bordo, in particolare si introdurrà un sistema analogico per il monitor secondario, mentre per il primario si manterrà l’assetto già utilizzato in precedenza, con l’aggiunta di un microcontrollore con più potenza di calcolo del precedente.
Per aiutare il team di analisi dati, verranno inoltre aggiunti nuovi sensori che riusciranno a fornire maggiori informazioni sul prototipo.
Per quanto riguarda il lato meccanico, invece, sarà studiato un nuovo telaio per la trasmissione, ottimizzato al meglio per la produzione in additive manufacturing.
Continuare a migliorare un prototipo potrebbe sembrare pedante dopo un alcuni anni, ma anche le piccole migliorie possono avvicinarci ai record mondiali. ​​

VI PRESENTIAMO SERENA E VITTORIA

VI PRESENTIAMO SERENA E VITTORIA

Come avevamo già anticipato negli articoli precedenti, quest’anno ci sarà anche una ragazza a correre per il Team con un prototipo clone di Taurus. Le candidate a battere il record dei 121,81 km/h di Barbara Buatois sono due: Serena Corona e Vittoria Spada. In questi ultimi mesi, con i primi test su strada, hanno iniziato a provare a pedalare su una bici reclinata. Entrambe hanno dato degli ottimi risultati, sia per quanto riguarda le prestazioni tecniche, sia per l’impegno che ci stanno mettendo. Per questo la scelta della ciclista che si esibirà a Battle Mountain sta diventando sempre più difficile.

Serena, ventiquattrenne, fa parte del Team da parecchi anni e ormai conosce tutti i segreti dei nostri prototipi. Infatti, grazie alla sua passione per la meccanica e alla sua preparazione da studentessa dell’ultimo anno di magistrale in ingegneria dell’autoveicolo, Sere ha contributo alla progettazione e alla costruzione di Taurus.

​Vittoria, 23 anni, studia economia e commercio all’Università degli Studi di Torino. Vive di sport: è sempre in movimento, non solo quando si allena, ma anche quando studia passeggia per la casa con i libri in mano!
Per farvele conoscere meglio, abbiamo deciso di intervistarle.

● Come e quando è nata la passione per la bici?
​SERE: Ho iniziato a 11 anni a fare mountain bike perchè mio fratello correva, ho iniziato per provare e mi sono appassionata. Ho corso a livello agonistico fino all’anno in cui ho iniziato il poli.
VICKY: Non credo ci sia stato un momento esatto o, quantomeno, non lo ricordo. La bici ha sempre fatto parte della mia vita fin da bambina, con i corsi di mtb nelle vacanze in montagna, con i giochi sotto casa (ovviamente tutti in bici), con le sfide del “secondo me quel muretto non lo salti”. Poi ho cominciato a fare gare, i miei amici andavano in bici e così c’erano sempre mille buoni motivi per pedalare.

​● Cosa ti ha portata a metterti in gioco in questa competizione?
SERE: Essere dentro al team mi è sempre piaciuto, ho percepito l’impegno e il lavoro di squadra per un unico obbiettivo: il whpsc. L’anno scorso sono stata alla competizione che trasmette un’emozione forte, se non si prova ad essere là non si può capire. Sono molto competitiva e l’idea di una sfida così grande mi attira molto.    
VICKY: Ho iniziato a fare gare all’età di 6 anni e non ho ancora smesso. Sono una persona molto competitiva soprattutto su ciò che mi piace. Più mi piace, più sono competitiva e andare in bici, con qualunque bici, mi piace tantissimo.
Ho visto che cercavano un’atleta per pedalare e ho pensato “bello”, ho guardato le caratteristiche e ho detto “sono io”. Ho mandato il CV per vedere se lo fossi davvero e ho passato la prima selezione. A questa ne sono seguite altre fatte di test, incontri e colloqui. Più andavo avanti, più conoscevo il progetto e chi ne faceva parte, più mi piaceva.
Mi sono subito trovata bene con il team, un po’ meno con la bici. Non avevo mai provato una bici reclinata e non ne avevo neanche mai vista una “dal vivo”, ne avevo solo sentito parlare. È tutto diverso rispetto al pedalare su una bici “normale”, la posizione fa cambiare tutti gli equilibri e il modo di vedere “oltre il manubrio”. Ci sono voluti un po’ di tentativi, lo ammetto, ma forse qualcosa di buono ne sta uscendo. Adesso, oltre il manubrio, vedo solo attraverso uno schermo, chiusa in un ovetto-proiettile su due ruote sembra di essere in un mondo parallelo, mi sento come la protagonista di un videogioco (sullo schermo ci sono anche gli obiettivi da raggiungere e quanto manca alla fine) nel quale se perdi tu, però, perdono anche tutti quelli che lavorano al progetto. é una sfida…vedremo come finirà! 

●Ingegneria e ciclismo: due mondi principalmente maschili. Cosa ne pensi?
SERE: Sinceramente non penso che siano mondi prettamente maschili, già quando facevo le gare di ragazze ce n’erano molte, negli ultimi anni penso che siano aumentate. Anche a livello di ingegneria le ragazze ci sono e abbiamo le stesse potenzialità degli uomini. Ovviamente i maschi sono in maggioranza ma noi ci facciamo valere.    
VICKY: Il numero di uomini che praticano ciclismo è sicuramente maggiore di quello delle donne e possiamo discuterne in termini di questione culturale o fisica.
​A voler fare “i saputi”, potremmo dire che quando è nato il ciclismo il ruolo sociale della donna non era quello di oggi (né soprattutto quello a cui si vuole tendere per il futuro) e lo sport in generale era praticato soprattutto dagli uomini. 
​A volerne fare un discorso prettamente fisico, invece, il ciclismo è uno sport basato su forza e potenza, caratteristiche più sviluppate nell’uomo. Gli “sport femminili” in cui contano anche eleganza, elasticità e caratteristiche soprattutto femminili si contano ancora oggi sulle dita di una mano.
Ma per fortuna la società sta cambiando e oggi molte più donne rispetto al passato si sono avvicinate al ciclismo rendendo la competizione sempre più agguerrita.                

​● Il fatto di essere donna quale valore aggiunto può dare a uno sport così estremo, competitivo e anche molto tecnico e tecnologico?
SERE: Non lo so, per me uomini e donne sono sempre allo stesso livello. L’uomo ha più potenza in questo caso. Forse le donne sono più razionali ma in questo caso non so se considerarlo un vantaggio.

​● Non credo sia facile conciliare Politecnico e Bici, qual’è il trucco?
SERE: No infatti, la sveglia suona sempre molto presto.    

● Che emozioni provi ad essere la futura ciclista del Policumbent?
SERE: Per me sarebbe veramente un onore, so cosa significa progettare una bici di questo genere e le responsabilità che ci sono da entrambe le parti.
VICKY: Sono felice, contenta, happy, yuhuuuuu!!! yeahh!!!!                                    
● Anche i tuoi pensieri girano alla velocità delle gambe quando pedali?
VICKY: Posso dire che è l’esatto contrario. Più vado veloce, più pedalo e più sangue va alle gambe e al cuore, togliendolo dalla testa e dai pensieri. Quando pedalo non penso a niente se non, ogni tanto, a canzoncine “stupide” tipo le sigle dei cartoni animati per bambini, cosi non penso alla fatica e alle 200 cose al secondo che potrebbero succedere.
● Sappiamo bene che non è una bici normale. Ti preoccupa l’idea di velocità + claustrofobia?

​SERE: La velocità mi piace e la bici non è claustrofobica come sembra. Mi piace la velocità in generale, e l’idea di poter raggiungere quel tipo di velocità senza un motore mi entusiasma.
VICKY:      La velocità mi è sempre piaciuta, l’essere chiusa dentro una carena un po’ meno. Poi ho capito che posso fare le linguacce a chi sta fuori senza che mi vedano e che se cado, anche se cado a velocità molto superiori a quelle di una bici normale, mi faccio meno male (o almeno così dicono, spero di non provare).                   

Lotta alla resistenza di rotolamento: il limite tecnologico della velocità

Lotta alla resistenza di rotolamento: il limite tecnologico della velocità

Quando si iniziano ad analizzare i fattori che influenzano le prestazioni di Taurus non si possono tralasciare gli unici punti di contatto tra la bici e l’asfalto, i copertoni.
Per massimizzare la velocità massima del prototipo, durante l’intero 2018 è stato portato avanti uno studio sull’influenza della resistenza al rotolamento alle velocità che caratterizzano le run di Battle Mountain.
Per riuscire nell’impresa il team ha inizialmente costruito un banco prova con l’intento di testare vari copertoni e configurazioni di montaggio. Come funziona? Il test si basa su una configurazione di rotolamento rullo-ruota. Il banco è composto da un motore elettrico che mette in movimento un rullo in MDF del diametro di 600 mm sopra al quale rotola una ruota caricata con un peso che simula metà della massa di Andrea e Taurus.
Man mano che il rullo gira effettuiamo diverse misurazioni della potenza elettrica impiegata dal motore a RPM prestabiliti. Da questa potenza sottraiamo i contributi dovuti all’aerodinamica del rullo e della ruota a quella velocità in modo da ottenere la sola potenza dissipata dal rotolamento dei copertoncini (più una quota marginale dovuta ai cuscinetti e comunque presente in strada). Questa potenza viene divisa per la velocità angolare della ruota in modo da ottenere la coppia resistente. Dividendo questa coppia per il raggio di rotolamento della ruota ricaviamo la forza resistente applicata al mozzo della ruota. A questo punto si ottiene il coefficiente di rotolamento dividendo la forza resistente per il carico applicato. Da ultimo, utilizzando la formula di Clark, si corregge l’effetto della curvatura del rullo ottenendo una stima più realistica del coefficiente di rotolamento su strada. Semplice no?
Questa procedura è stata ripetuta per le diverse configurazioni di montaggio e per i diversi copertoni che abbiamo trovato sul mercato. 

Come si può vedere nei grafici per ogni copertoncino provato c’è stata una grande differenza tra un montaggio con una camera d’aria in lattice e una in butile, mentre vi è una minima differenza tra un montaggio tubeless (senza camera d’aria interna) e con camera in lattice. Questo principalmente è dovuto al differente spessore tra camera d’aria in butile e camera d’aria in lattice, nonché alle diverse interazioni e sfregamenti che si creano tra i due materiali diversi e l’interno del copertone.
Per scelta abbiamo deciso di provare i diversi pneumatici a pressione non costante tra loro ma alla massima pressione di esercizio raccomandata dal costruttore.
​In questo modo abbiamo potuto avere un confronto tra prestazioni di esercizio migliori, ponendoci nelle condizioni migliori di simulazione delle run di Battle Mountain.

​Che cosa è cambiato per Taurus? Con la nuova configurazione più prestazionale, a velocità da record, siamo riusciti a risparmiare circa 27 W per ruota rispetto al set up usato nel 2017.
Questo sistema di misurazione porta con sé l’inconveniente del rendimento non lineare del motore elettrico, cosa che rende difficile lo scorporo di questo contributo per ottenere la pura potenza dissipata dal solo rotolamento. Durante quest’anno il team ha messo a punto un banco prova completamente nuovo che, basandosi sempre su un setup rullo-ruota, prevede un sistema di misurazione differente. Si sfruttano infatti due estensimetri posizionati in prossimità del mozzo della ruota per misurare direttamente la forza resistente applicata in questo punto, a cui rimane da scorporare solamente l’aerodinamica della ruota, mentre quella del rullo risulta ininfluente con questo metodo di misurazione. Un ulteriore upgrade del nuovo banco riguarda la possibilità di provare anche ruote molto più grandi di quelle da 20” montate su Taurus, in modo da permetterci uno sguardo sempre più ampio su ciò che riguarda il rotolamento dei copertoni da bicicletta.

Predict the future with a Matlab algorithm

Predict the future with a Matlab algorithm

È ormai dal 2013 che su questo blog raccontiamo mese per mese, uno per uno i piccoli passi che negli anni ci hanno permesso di arrivare dove siamo oggi. Diverse volte ci siamo concentrati sull’aerodinamica del veicolo, sulla meccanica, sull’elettronica e così via. Non avevamo però mai parlato di uno dei reparti più “invisibili” eppure più importante del Team: quello dell’Analisi Dati.

​Questo ha la responsabilità di elaborare tutti i dati riguardanti la bici, i suoi componenti e il pilota, al fine di ottenere informazioni utili riguardo le performance ottenute dal veicolo e dal ciclista stesso. Il lavoro del gruppo di Analisi Dati permette di rispondere ad alcune domande fondamentali nella fase di pianificazione delle attività dell’intero Team. Una di queste domande può essere: se un ciclista sviluppa questa potenza su questo veicolo, quale velocità può raggiungere in gara? O ancora: per raggiungere questa velocità con questa potenza, che caratteristiche deve avere il veicolo?
Non esistono trucchi o magie per anticipare il futuro ma entro certi limiti è possibile prevedere alcuni risultati prima ancora di salire in sella e pedalare. Come? Attraverso un buon algoritmo di analisi.
Per la computazione viene utilizzato il software Matlab. Il programma lavora con un’interfaccia grafica che rende possibile l’utilizzo del simulatore anche per gli altri membri del team che non hanno una piena conoscenza del codice Matlab. Il suo scopo è:

  • stimare il rotolamento degli pneumatici
  • stimare  il coefficiente di drag
  • stimare il rendimento della trasmissione
  • stimare l’efficienza del prototipo
  • simulare il profilo della velocità, dato il profilo di potenza, l’area frontale e altri parametri quali ad esempio la temperature, la pressione e l’umidità.

​Brevemente, il codice lavora in questo modo: la somma dell’energia cinetica e dell’energia “persa” a causa del drag e del rotolamento degli pneumatici è settata uguale all’energia calcolata dai dati provenienti dalla misura di Potenza (E = W x delta t). Una corsa nella Battle Mountain dura tipicamente 5 minuti. Questo produce più di 8000 equazioni, una per ogni decimo di secondo. Il coefficiente della resistenza di rotolamento e il coefficiente di drag sono i due parametri incogniti. Usando l’approssimazione dei minimi quadrati, il codice calcola il valore dei parametri che lo minimizzano.
Il tool è stato usato con successo nella WHPSC 2018 a Battle Mountain (Nevada). Ogni run veniva valutata e comparata con le altre. Questa analisi giorno per giorno ha offerto interessanti suggerimenti su cosa poteva essere migliorato sulla bici, mentre altre elaborazioni post-processing sono state fatte una volta tornati in Italia, al fine di avere una panoramica chiara circa i principali fattori di performance. Ad esempio abbiamo scoperto che la protesi di coda aveva performance peggiori di quella standard, e che la velocità finale è pesantemente influenzata dalle condizioni atmosferiche. Non meno importante, utilizzando il simulatore, differenti soluzioni tecniche possono essere comparate, scegliendo di conseguenza le migliori e salvando tempo prezioso e denaro.
Dal momento che ora anche una pilota donna farà parte del nostro team il lavoro del reparto si basa attualmente sull’adattamento del codice esistente alle attività di testing. Il codice originale usa infatti una scala in metri, mentre quello adattato si basa su  una scala temporale. Questo è dovuto al fatto che per ora gli unici dati che possiamo usare per simulare una corsa della nostra ciclista provengono dai rulli, e di conseguenza l’acquisizione per mezzo di un misuratore di potenza avviene in una scala temporale.
Il lavoro futuro sarà focalizzato nel migliorare la capacità dell’algoritmo di stimare la drag e i coefficienti della resistenza di rotolamento e nel capire il profilo di potenza ottimale, un fattore che è stato provato avere una gran influenza nella velocità finale della corsa.

TAURUS’s transmission: features and upgrades

TAURUS’s transmission: features and upgrades

Quando si parla di biciclette è inevitabile parlare di catene e ruote dentate, soprattutto  nel caso si tratti di biciclette destinate a velocità estreme.
​Lo studio della trasmissione deve essere curato in ogni dettaglio per essere in grado di strappare più Watt possibili all’attrito e poterli usare per andare più veloci.

“Vista laterale della prima versione di trasmissione con cassetta traslante” 

​L’esigenza di realizzare una trasmissione molto efficiente nacque nel 2017 insieme al nostro ultimo prototipo Taurus. Le dimensioni ridotte del prototipo hanno reso poco fattibile una trasmissione con trazione posteriore come in Pulsar, così si è optò per realizzarne una frontale.

Questa scelta porta spesso a limitare il numero di rapporti per via del disallineamento marcato della catena dovuto alla vicinanza degli assi di trasmissione. Una possibilità per mantenere alto il numero di rapporti è quella di prevedere due guarniture e limitare il numero di pignoni a 7-8, idea che non piaceva molto, perciò si optò per una trasmissione con cassetta traslante.
Ci focalizzammo molto su questo design poiché l’idea non era nuova e sapevamo che qualunque cosa avessimo progettato, sarebbe stata funzionale in ogni caso.
​Questo tipo di trasmissione mantiene alta l’efficienza complessiva poiché il meccanismo impone una planarità sulla catena, fatto che gli permette di lavorare sempre nelle condizioni ideali.
​Inoltre, spazio permettendo, è possibile  gestire un numero qualunque di rapporti, e  questo non influisce sul rischio della catena di deragliare o lavorare male per via del disallineamento marcato dei pignoni di trasmissione.

​La trasmissione V1.0

Il sistema di trasmissione è composto da due catene poste su entrambi i lati del telaio, collegate mediante un alberino di rinvio. Sul lato destro del prototipo troviamo una guarnitura da ben 108 denti dotata di un dispositivo di misura di vari parametri quali potenza e cadenza.
Questa si collega mediante una catena alla cassetta ad 11 velocità (il range di denti va dai 40 ai 13) che, come anticipato prima, può traslare su un alberino scanalato.
​I pignoni possono slittare permettendo comunque la trasmissione del momento torcente. L’albero scanalato è di acciaio, mentre il manicotto che ci scorre sopra è stato fatto in bronzo per ridurre la forza necessaria per spostarlo.
​L’albero di rinvio è sostenuto da due cuscinetti ibridi di cui uno è posto sul pannello sinistro del telaio mentre l’altro è sostenuto da una struttura in alluminio saldato che sostiene anche i servomotori per la movimentazione.
​Il moto viene trasmesso ad una corona fissa sul lato sinistro del telaio la quale, per via di una seconda catena, trasmette la coppia alla ruota anteriore. Entrambe le catene presentano il proprio tendicatena dedicato in carbonio.
​Questi montano pulegge in alluminio fresato con cuscinetti ibridi dedicati. Il tendicatena dal lato sinistro presenta una struttura ad arco che facilita il movimento della ruota nella fase di smontaggio e montaggio.

I servomotori della V1.0

​L’azione di spostamento assiale dei pignoni è gestita da due potenti servomotori basati su motori “coreless” in grado sviluppare una coppia di 2Nm ciascuno.
​Con un sistema di leverismi si ottiene una spinta combinata di circa 20Kg  che permette di cambiare in modo rapido e preciso, anche mentre il ciclista continua a pedalare. I servomotori sono alimentati da una batteria agli ioni di litio a due celle, in grado di generare 7,4V.
​La gestione del cambio è affidata ad un Arduino Mega 2560, basato sul processore Atmega2560,
il quale interpreta i segnali dei pulsanti posti sul manubrio e cambia di conseguenza.

La trasmissione V2.0

​La competizione a BM del 2017 ha portato molte nuove idee sul miglioramento del sistema di trasmissione. I punti principali su cui ci siamo focalizzati sono stati:
– Peso del sistema: essendo  Taurus piuttosto pesante, l’obiettivo del 2018 è stato quello di alleggerirlo il più possibile. Il processo di alleggerimento ha toccato tutti gli aspetti del prototipo, compresa ovviamente la trasmissione. Componenti in alluminio e in acciaio sono stati progettati nuovamente in modo migliore, eliminando  materiale dove non serviva o utilizzandone di più leggeri come plastiche e fibra di carbonio. Anche alcuni componenti commerciali come la catena e pignoni ne hanno risentito: l’acquisto di una catena ultra leggera e la realizzazione di una guarnitura full carbon erano assolutamente necessari . Complessivamente sono stati tolti 1.6kg dando così meno inerzia alla bici e meno peso fornito alle gomme, e quindi meno perdite nel rotolamento.
– Funzionalità: un azionamento biella-manovella impone un moto non lineare sulla cassetta, fatto che porta ad una irregolarità nel movimento e una difficoltà maggiore nella calibrazione del sistema. Questo problema è stato risolto utilizzando un’altra tipologia di movimentazione ovvero un accoppiamento pignone- cremagliera.
– Efficienza: nonostante il sistema di trasmissione a cassetta traslante vuole mantenere la catena costantemente allineata, questo non basta a garantire l’efficienza massima. è stato quindi necessario uno studio più approfondito su quale catena e lubrificante utilizzare.

Vista laterale dell’ultima versione di trasmissione 

​Il sistema migliorato presenta un telaio sul lato destro che risulta essere molto più compatto e leggero del sistema precedente. Nell’immagine si può notare il nuovo telaietto realizzato completamente in fibra di carbonio.
Il nuovo sistema è stato testato appieno nella competizione del 2018 a BM. La trasmissione risulta funzionare in maniera pronta e precisa e apparentemente non risultano altre migliorie che si potrebbero apportare. L’unico problema riscontrato quest’ultimo anno riguarda l’imprecisione di ingranamento nei rapporti più alti. In questa porzione di cassetta, i diametri dei pignoni sono molto simili e spesso capitava che la catena scavalcasse due marce. L’intoppo è stato risolto modificando leggermente  la geometria del tendicatena, il quale ora porta le sue pulegge più vicine ai ultimi rapporti.
Tre membri del team hanno sviluppato questa tecnologia che ha portato a ben due brevetti. Non si esclude una possibile industrializzazione del sistema di trasmissione su biciclette di alta gamma, dove l’efficienza alta è un obbligo.

Conclusioni e propositi per il futuro

​Sebbene la trasmissione attuale sia molto efficiente, ha il difetto di avere comunque due catene per via dell’enorme rapporto di trasmissione che deve realizzare. L’intenzione per il futuro è quella di realizzare un sistema che utilizzi una catena singola. L’impresa potrebbe essere molto ardua ma sicuramente non impossibile. 

#TEAM10: 10 years of POLICUMBENT

#TEAM10: 10 years of POLICUMBENT

Una delle parti più coinvolgenti in un team studentesco è l’arrivo di nuove reclute, o meglio il reclutamento di persone che nei vari ambiti possono contribuire alla squadra e portarla sempre più vicino ai propri obiettivi. Nel caso del Team Policumbent questi obiettivi sono i record. Siano essi italiani, europei o mondiali.

​Dal 2009 ad oggi il Team è in continua crescita per migliorare se stesso, creare nuovi prototipi studiandone le caratteristiche ed eventuali migliorie fino ad un labour limae su ogni componente.
​Un lavoro che richiede un’attenzione maniacale per i dettagli ma che, sebbene con molti sforzi e tanta fatica, alla fine concede dei risultati importanti.

L’anno accademico 2017/2018 si è infatti chiuso con un importantissimo traguardo per la Squadra e per il nostro rider Andrea Gallo che in sella (propriamente no), ma a bordo dell’ultimo prototipo Taurus ha toccato i 133,26 km/h nel deserto del Nevada aggiudicandosi il primo posto alla WHPSC e stabilendo un nuovo record italiano di velocità sulle due ruote.

​Quale modo migliore per festeggiare l’inizio del decimo anno di attività del Team?
Messo da parte l’;importante risultato la Squadra non ha perso tempo e si è subito attivata per far partire i lavori del nuovo anno. Qualcosa bolle in pentola e si tratta di una tripla sfida!

Il primo obiettivo riguarda quei 0,5 km/h che separano il nostro Andrea Gallo dal record europeo. Dati alla mano in una condizione atmosferica favorevole TAURUS dovrebbe essere in grado di superare ampiamente i 133,78 km/h stabiliti da Sebastiaan Bowier nel lontano 2013. TAURUS sarà quindi mantenuta come veicolo di punta nella categoria maschile per un altro anno.
​Si sta lavorando a qualche miglioria di ordine minore in attesa di sfrecciare nuovamente sulla SR305, questa volta almeno 0,5 km/h più veloci dell’anno passato.

Il secondo obiettivo nasce dal primo. Con i wattaggi attuali il record europeo maschile è perfettamente alla nostra portata ma non si può dire lo stesso del record mondiale di 144,17 km/h raggiunti da Todd Reichert nel 2016. Serve un nuovo veicolo, più efficiente e totalmente rinnovato. Motivo per cui il Team ha deciso di dedicare un intero reparto alla progettazione di un nuovo prototipo che andrà a correre nel 2020. L’intero gruppo di aerodinamica, quest’anno totalmente rinnovato, è già al lavoro per gettare le basi di una nuova carena e ottimizzarla tramite software. Anche i meccanici si sono già rimboccati le maniche per vincere una sfida altrettanto importante: realizzare un telaio che riesca ad accogliere una ruota anteriore più grande per guadagnare quanto più possibile dall’abbattimento dell’attrito di rotolamento.
Insomma si prospettano due anni di progettazione e sperimentazione intensa.

Ultima ma non ultima è la terza sfida: il record mondiale femminile. Come già avevamo rivelato, il Team ha deciso di accogliere una ragazza e portarla verso e si spera oltre i 121,81 km/h di Barbara Buatois. Per ottenere questo risultato dovranno coniugarsi due aspetti fondamentali: una bici collaudata e capace di raggiungere tali velocità in sicurezza ed una ciclista in grado non solo di sviluppare un wattaggio importante (si parla di circa 200 W medi sui 5 minuti con una bici come Taurus) ma che riesca anche a mantenere freddezza e controllo di un veicolo all’altezza di un record mondiale.

Date queste premesse la Squadra ha deciso di procedere attivando un reparto dedicato solo ed esclusivamente alla “clonazione” di Taurus, bici ormai collaudata e che sappiamo essere di alto livello ed al passo con i nostri competitor. Il prototipo che concorrerà al record mondiale femminile potrebbe chiamarsi TAURUS-X, in onore al decimo anno di attività del Team e sarà una copia rivisitata e migliorata dell’attuale TAURUS, pur mantenendo le stesse dimensioni e struttura generale.
Per quanto riguarda la ciclista, con il supporto del preparatore atletico della nazionale di triathlon Andrea Gabba si sono già svolte le prime sessioni di test di soglia su alcune candidate. Al momento abbiamo una “prima scelta”, ma ci sarà un periodo iniziale con una 2aciclista ancora da selezionare ed una scelta definitiva a marzo dopo i primi test su strada.

Le attività non sono poche, anzi sono tantissime e alcune urgenti; concluso il reclutamento subito si sono formate le squadre e nel giro di pochi giorni ogni sottogruppo aveva già svolto le rispettive riunioni per organizzare e programmare ogni piccolo particolare che si sarebbe reso necessario nell’anno nuovo e per i progetti in cantiere.

Il Team 10 conta 59 membri attivi provenienti dalle più svariate facoltà del Politecnico di Torino, dimostrando ancora una volta come un progetto apparentemente semplice richieda invece un ventaglio interdisciplinare che trova pochi rivali all’interno dello stesso ateneo Politecnico. In questo quadro spesso passano inosservati tanti lavori e attività che non riguardano direttamente la meccanica, l’aerodinamica o l’elettronica del veicolo. Quasi mai vengono citati, ma trasversali a tutti gli altri reparti, si trovano le squadre di Gestione del Budget e Logistica e quella di Comunicazione e Immagine.

Nonostante l’aspetto multimediale sia infatti quello più carente per gli studenti di ingegneria, la cura dell’immagine e la diffusione tramite i più svariati canali, social o meno, rende il Team noto all’interno e all’esterno del Politecnico, motivo per cui si è deciso di rinnovare completamente il reparto di comunicazione.
​L’innovazione arriva dalla forma oltre che, chiaramente, dal contenuto.
Ancora più importante dell’attenzione verso i contenuti multimediali è quella per la gestione del budget e della logistica della Squadra. In un anno così ricco di attività e sfide sarà necessario curare al meglio spostamenti, test in pista, organizzazione degli eventi e gestione del budget annuale. Cose che non si vedono ma che hanno la loro fondamentale importanza.

In questo quadro di attività complicato ma sempre ordinato, il Team è pronto a raggiungere i suoi obiettivi del 2019, siano essi italiani, europei o mondiali.

Hardworking until the last minute

Hardworking until the last minute

Il 2018 è stato un anno complesso per il team.
Per una serie di ragioni con cui non vogliamo annoiarvi, abbiamo accumulato notevole ritardo nella parte realizzativa delle modifiche progettate. Anche le sessioni di test sono state poche e spesso annullate all’ultimo minuto. Ma non ci arrendiamo. Perchè quando hai in testa un obiettivo di record non lo puoi dimenticare, torna sempre, mentre fai altro, mentre dormi persino. Diventa un’ossessione e ti spinge a trovare tempo ed energie anche quando sembra impossibile.
Sfruttando intensamente il mese di agosto si è recuperato quasi tutto il ritardo i lavori di upgrade su Taurus sono ormai completati.
Il risultato finale ci rende molto orgogliosi:

  • abbiamo tolto quasi 8 kg di peso complessivo tra componentistica e carena anteriore e stiamo ancora ritoccando grammi qua e là;
  • abbiamo realizzato le nostre ruote a disco 20″ con il supporto di Arol (che ha fornito gli stampi), di Faber Sum e di Renna Rowing Boats per la fase di laminazione: molto robuste, molto precise e calibrate e appena più leggere (circa 60 g) delle precedenti commerciali (nonostante il peso non fosse una priorità qui vista la rilevanza strutturale del componente);
  • abbiamo realizzato una nuova ed evoluta versione del cambio elettronico a cassetta traslante, ancora top secret in quanto oggetto di deposito per una nuova domanda di brevetto a stretto giro;
  • abbiamo realizzato una nuova forcella monobraccio con ancoraggio a fondo carena in alluminio e carbonio;
  • abbiamo impletentato un sistema di telemetria per monitorare i dati dalla vettura al seguito;
  • … e molto altro ancora che tralasciamo di dettagliare un po’ per tagliare corto e un po’ per non svelare proprio tutto tutto 😉

La maggior parte delle novità elencate sopra sono state implementate nel mese di agosto e collaudate UNA VOLTA SOLA, sabato 25/8 presso il circuito FCA di Orbassano. Buona la prima.
​Ci sono ancora alcune vibrazioni da risolvere, il copriruota anteriore è pronto al 90% e lavoreremo per completarlo entro l’inizio della competizione. 

Inoltre, nel corso dell’anno, sono state portate avanti altre attività collaterali importanti, inclusi:

  • la realizzazione di un banco prova rotolamento e le misure di resistenza su diversi pneumatici in diverse configurazioni (camera in butile, camera in lattice, tubeless) fino a 150 km/h per selezionare i migliori;
  • lo sviluppo di un codice Matlab di analisi e simulazione delle run di Battle Mountain molto flessibile, accurato e in grado di stimare modelli a coefficienti non costanti (Cd e Cr dipendenti dalla velocità, come sono nel mondo reale);

In tutto questo abbiamo dovuto trascurare un po’ la comunicazione, per cui questo blog è rimasto fermo e ci siamo limitati a qualche post sui social.

Sappiamo bene che il lavoro realizzato potrebbe non bastare, perchè il WHPSC è un evento complesso e per infrangere un record non basta la bici, non basta il ciclista, non basta il team, non basta il meteo buono, ci vogliono tutti questi insieme più molto altro. Il cronometro sulla SR305 darà il verdetto finale, ma la soddisfazione di aver completato il lavoro nonostante le difficoltà e gli ostacoli nessuno ce la può togliere.

Il 30 agosto Taurus verrà spedita verso gli USA, il 1° settembre Andrea Gallo la seguirà per acclimatarsi e adattarsi al fuso orario, il 6 e 7 settembre toccherà al resto della rappresentativa.
Quindi, dal 10 al 15… GO! GO! GO!!!
​Restate sintonizzati sui nostri canali social per aggiornamenti in tempo reale!

Some exciting news

Siamo lieti di annunciare che il Team ha ufficialmente deciso di aprire le porte ad una ciclista donna, per rincorrere quello che ormai è il sempre più conteso record mondiale di velocità femminile su due ruote di 121,81 km/h, stabilito nel lontano 2010 da Barbara Bautois su Varna Tempest.
Tale decisione avviene in concomitanza con l’avvio del nuovo regime di preparazione atletica specifica che il nostro ciclista Andrea Gallo ha deciso di intraprendere al fine di potenziare e perfezionare le prestazioni per l’ormai prossima WHPSC 2018. Proprio per l’elevata specificità della competizione, e dunque della preparazione, il Team si appoggerà sul fondamentale aiuto del CUS (Centro  Universitario Sportivo) e della SUISM (Struttura Universitaria di Igiene e Scienze Motorie) oltre ad essere accompagnato da due figure molto importanti:

  • Andrea Gabba: Tecnico FITRI (Federazione Italiana triathlon). Coach campione del mondo con la staffetta femminile e atleti nell’acquathlon, vice campione del mondo universitario (2016).  Vanta numerose esperienze nei Giochi Olimpici mondiali (Atene – Pechino – Rio) ed Europei (Baku 2015). Ha esperienze di lavoro con atleti di endurance nei migliori centri di allenamento europei e mondiali tra cui un’esperienza quadriennale di direttore tecnico (triathlon) in Turchia.
  • Felicina Biorci: Biologa Nutrizionista presso il Centro di Medicina dello Sport dell’Università degli Studi di Torino, Scuola Universitaria Interfacoltà in Scienze Motorie.​

Il percorso di selezione della nuova ciclista passerà attraverso una prima fase di candidature, seguita da alcuni test attitudinali e colloqui con il Team che andranno a definire la figura definitiva tra le aspiranti cicliste. 
Passata la fase di selezione verrà definito il programma di allenamento (con supporto del preparatore olimpionico Andrea Gabba e della nutrizionista Dott.ssa Felicina Biorci) e si cercherà di migliorare e/o potenziare l’approccio con le biciclette reclinate, con test in pista sui precedenti prototipi targati Policumbent.
L’esordio avverrà durante la World Human Powered Speed Challenge 2019, in programma per settembre 2019 presso Battle Mountain, Nevada. Esordio che, ci auguriamo, possa portare ottimi risultati e una ventata di aria fresca nella categoria femminile dei veicoli a propulsione umana più veloci del mondo.

Seguono tutte le informazioni per la candidatura nella pagina dedicata: RIDE with US!

Diet for TAURUS

WHPSC 2017 ci ha permesso sicuramente di conoscere meglio la nostra creatura. Sono stati individuati molti punti di forza, ma anche alcuni aspetti critici su cui si sta concentrando l’intera attività 2017/18, uno fra tutti, il peso.

TAURUS infatti pesa ben 38.8 kg, non un peso troppo elevato sembrerebbe, ma se si confronta con i 22 kg di alcuni prototipi di altri concorrenti lo svantaggio diventa evidente: una massa minore permette di raggiungere alte velocità più rapidamente e con uno sforzo minore. Quindi quest’anno TAURUS è stato messo a dieta con un piano di lavoro che sta coinvolgendo praticamente ogni area del progetto dall’elettronica, all’aerodinamica fino ovviamente alla progettazione di nuovi componenti come ruote e forcelle.

​Per tutti i membri del team si presenta quindi una nuova sfida, ovvero raggiungere le massime prestazioni minimizzando i pesi.
Per ora sono state fatte varie stime sul risparmio di peso finale della seconda versione del prototipo: si preventiva un risparmio di 1 kg per quanto riguarda l’elettronica grazie ad una riduzione delle dimensioni dei powerbank ed allo sviluppo di un monitor ultralight. Un contributo importante arriverà anche dalle ruote, dalla forcella e dalla trasmissione grazie ad un nuovo design che strizza l’occhio al peso. 

Il 2018 infatti ha visto la nascita di una nuova divisione del Team, la divisione Analisi FEM, ovvero analisi ad elementi finiti. I membri di questa area del team hanno come obiettivo la creazione di modelli ad elementi finiti di alcuni componenti del prototipo al fine di processarli con algoritmi di ottimizzazione che restituiscano una versione più leggera dello stesso componente ma con pari capacità strutturali.

​Per coloro che non masticano meccanica strutturale o calcolo matriciale basti sapere che invece che risolvere poche complicatissime equazioni sul componente intero, il metodo degli elementi finiti consente di scomporre l’oggetto in tantissimi piccoli frammenti, gli elementi finiti appunto, e per ognuno di essi risolvere poche semplici equazioni. Ovviamente per quanto semplici le equazioni diventano migliaia e per trovare la soluzione è necessario un calcolatore che abbia al suo interno un software chiamato solutore, nel nostro caso è stato utilizzato Epilysis di BETA Systems.

Durante la prima parte dell’anno accademico, la divisione FEM si è concentrata sulla caratterizzazione dei materiali, ovvero sulla ricerca dei valori delle caratteristiche meccaniche dei materiali come modulo elastico, modulo di taglio, densità ecc… le quali definiscono la risposta dei materiali alle sollecitazioni. La ricerca di questi valori ha comportato non poche difficoltà, in particolare per quanto riguarda la fibra di carbonio poiché i valori di composito finale dipendono dalla fibra, dalla resina utilizzata, dal tipo di tessitura e dal processo utilizzato per la laminazione; tutti questi elementi contribuiscono alle caratteristiche del materiale tramite delle relazioni per lo più empiriche che sono state implementate in un codice di calcolo MATLAB. Inoltre, c’è la grande incognita della frazione in volume che riusciamo ad ottenere con il nostro metodo di laminazione manuale. La frazione in volume determina la percentuale di fibra che c’è in un volume unitario di composito rispetto alla percentuale di matrice: più la frazione in volume è grande meglio è, perché si ha un materiale più resistente a un minor peso. Un valore tipico di questa grandezza è 0,6 ovvero il 60%, noi stimiamo di aver raggiunto un valore intorno al 40% ma sono necessarie ulteriori prove sperimentali su campioni di materiale par arrivare ad una stima più precisa.

Fairing mesh  [software ANSA,  BETA CAE Systems]

Attualmente la divisione FEM è occupata con due grossi progetti di ottimizzazione, il primo riguarda la carena e il secondo riguarda le pedivelle.
Per la carena l’obiettivo è quello di ottenere una struttura molto più leggera diminuendo quanto più possibile la quantità di PVC distribuendo però quest’ultimo in maniera tale da avere comunque la rigidezza necessaria ed in modo tale da minimizzare le vibrazioni.

​Per le pedivelle lo scopo è analogo e consiste nell’effettuare un’ottimizzazione topologica, ovvero preso il modello a elementi finiti della pedivella sottoposta ai carichi il software ricerca quali porzioni di materiale non contribuiscono alla resistenza del componente e quindi le elimina con un processo iterativo.   

Le figure mostrano l’ordine cronologico delle azioni sulla pedivella: si parte dal CAD della pedivella originale e si costruisce il modello ad elementi finiti, dopo di che si avvia il processo di ottimizzazione che genera una nuova distribuzione di materiale da cui si ottiene la forma finale della nuova pedivella.
Per questo lavora si stima un risparmio del 50% del peso rispetto alle attuali pedivelle in acciaio, ma poiché si sta considerando l’impiego di materiali più leggeri come le leghe di titanio probabilmente l’alleggerimento sarà ancora più consistente.

Seguiranno aggiornamenti e maggiori informazioni.  Continuate a seguirci!

A blast of wind for TAURUS

A blast of wind for TAURUS

Il 2018 si lascia alle spalle un anno pieno di sviluppo e innovazioni  per il Team Policument. Traguardi importanti come il secondo posto mondiale ed il brevetto sulla trasmissione sono solo le estremità di un ventaglio di studi e ricerca più ampio che racchiude i settori più generali dell’ingegneria.
Uno di questi, forse quello di primaria importanza nel nostro caso, è certamente quello dell’aerodinamica.

​Nonostante l’accurata fase di progetto abbia visto più di 70 forme differenti essere disegnate, simulate e selezionate, è sempre possibile trovare un margine di evoluzione ed inoltre, se la previsione è quella di costruire un nuovo prototipo o anche solo di implementare modifiche su TAURUS, è sicuramente giunta l’ora di indagare su cosa può essere migliorato  nella forma aerodinamica della carena.
L’attrito dell’aria è un nemico invisibile ma efficace e TAURUS, prodotto di una pluriennale evoluzione della forma, è già attrezzata per combatterlo. Basti pensare che pedalando a 40 km/h su una normale bicicletta circa l’82% della potenza totale dissipata (circa 247 W su 302 W totali) è persa in resistenze aerodinamiche, mentre su TAURUS a 40 km/h le perdite aerodinamiche non arrivano ad essere neanche il 20% delle perdite totali, circa 12 W su 61 W totali persi. Per avere l’equivalente 82% di perdite aerodinamiche su TAURUS sarebbe necessario pedalare a più di 350 km/h!

​L’obiettivo non può dunque non essere la minimizzazione della resistenza, ovvero la creazione di un design che garantisca laminarità ed eviti ancor di più il distacco del flusso nella zona di coda.
Il livello di sviluppo dei prototipi di punta del WHPSC richiede delle procedure prudenti e razionali quando si tratta di progettare qualcosa di nuovo. Per questo motivo il Team ha scelto di investire in una serie di test in galleria del vento, attività che permette un riscontro visivo immediato di eventuali distacchi o turbolenze sulla carena e fornisce dati fondamentali per validare o correggere il modello impiegato nelle simulazioni CFD. 

​Durante il primo test, effettuato a Dicembre presso la galleria del vento Pininfarina (TO), TAURUS è stata ripetutamente testata a differenti velocità, dai 30 fino ai 140 km/h; questa procedura ha permesso di rilevare visivamente (attraverso un pattern di fili di lana) alcune turbolenze sulla parte di coda del veicolo e di raccogliere numerosi dati su pressioni, momenti e drag, che ora saranno utilizzati per calibrare al meglio il modello CFD. 

Con queste preziose informazioni alla mano il gruppo di Aerodinamica ha potuto constatare come il prototipo veda un leggero ma non trascurabile aumento di Cd (Drag Coefficient), e dunque della propria resistenza, dopo i 120 km/h circa, comportamento da non sottovalutare e anzi da tener d’occhio, considerato che la velocità minima necessaria per un nuovo ipotetico record è superiore ai 126 km/h .  A questo punto si apre una fase di raccolta idee per il Team che sta in questo periodo valutando possibili soluzioni da implementare sulla già esistente carena di TAURUS o da prendere come spunto per un eventuale nuovo prototipo.

​Quello che è certo è che il 2018 sarà un anno di duro e intenso lavoro.