Appunti di Progettazione di Veicoli Elettrici

Progettazione di veicoli elettrici

Appunti a cura di Guerrera Alessandro 1

Indice

• Introduzione .................................................................................................................................................6
• Sistemi di riferimento ........................................................................................................................................ 7
• Terminologia ..................................................................................................................................................... 7
• La ruota ........................................................................................................................................................9
• Struttura ................................................................................................................................................................ 9
• Coefficiente di rotolamento ................................................................................................................................ 12
• Scorrimento ......................................................................................................................................................... 13
• Aderenza .............................................................................................................................................................. 14
• Limiti fisici ............................................................................................................................................................ 15
• Il mozzo-ruota ............................................................................................................................................. 16
• Il sistema di frenatura .................................................................................................................................. 20
• Freno a disco ....................................................................................................................................................... 20
• Freno a tamburo .................................................................................................................................................. 22
• Considerazioni termiche ...................................................................................................................................... 23
• Effetto servofrenante .......................................................................................................................................... 24
• Ripartizione delle forze frenanti .......................................................................................................................... 26
• Impianto frenante ............................................................................................................................................... 26
• Correttore di frenata ........................................................................................................................................... 27
• Il servofreno ........................................................................................................................................................ 27
• I ritardatori .......................................................................................................................................................... 29
• Freno motore .................................................................................................................................................. 29
• Freno motore con valvola di scarico ............................................................................................................... 29
• Freno con motore-compressore ..................................................................................................................... 29
• Freno ad attrito sulla trasmissione (Ferodo) ................................................................................................... 29
• Freno elettromagnetico .................................................................................................................................. 30
• Retarder idraulico ............................................................................................................................................ 30
• Il sistema di sterzatura ................................................................................................................................. 31
• Soluzioni costruttive ............................................................................................................................................ 33
• Scatola dello sterzo.............................................................................................................................................. 35
• Assetto laterale in sterzatura .............................................................................................................................. 38
• Sterzatura integrale ............................................................................................................................................. 38
• La sospensione ............................................................................................................................................ 39
• Elemento elastico ................................................................................................................................................ 39
• Elemento di smorzamento .................................................................................................................................. 40
• Connessione alla cassa ........................................................................................................................................ 43
• Sospensioni a semiassi oscillanti (SO) “Swing arm” ........................................................................................ 432
• Sospensioni a bracci longitudinali (BL) “Trailing arm” .................................................................................... 44
• Sospensioni a quadrilateri trasversali (QT) “Double wishbone” ..................................................................... 45
• Sospensioni McPherson (MP) “Spring Strut” .................................................................................................. 46
• Sospensione a bracci obliqui (BO) “Semi-trailing arm” ................................................................................... 47
• Sospensione ad assale rigido (AR) “Beam Axle” .............................................................................................. 47
• Sospensioni interconnesse “Trailing arm torsion beam” ................................................................................ 48
• Sospensioni autoviranti ................................................................................................................................... 49
• Sospensioni Multilink ...................................................................................................................................... 49
• Gli snodi ...................................................................................................................................................... 50
• La trasmissione ........................................................................................................................................... 52
• Esigenze della trasmissione ................................................................................................................................. 52
• Componenti ......................................................................................................................................................... 56
• Sorgenti di coppia alternative ............................................................................................................................. 57
• Disposizione ......................................................................................................................................................... 58
• La frizione ................................................................................................................................................... 60
• Costituzione ......................................................................................................................................................... 61
• Il cambio ..................................................................................................................................................... 65
• Cambio manuale .................................................................................................................................................. 65
• Sincronizzatore ................................................................................................................................................ 66
• Cambio robotizzato (discreto) ............................................................................................................................. 68
• Cambi continui ..................................................................................................................................................... 69
• Effetto del cambio sul MCI .................................................................................................................................. 69
• Il riduttore .................................................................................................................................................. 70
• Il differenziale ............................................................................................................................................. 71
• Differenziali speciali ............................................................................................................................................. 72
• Differenziale autobloccante del tipo semplicemente frenato ............................................................................ 73
• Differenziali sensibili alla coppia ......................................................................................................................... 75
• Ripartitori di coppia per veicoli a 4 ruote motrici (4WD) ................................................................................ 76
• Differenziali attivi ................................................................................................................................................ 77
• Soluzioni alternative ............................................................................................................................................ 77
• Dinamica del veicolo .................................................................................................................................... 77
• Forze resistenti del veicolo .................................................................................................................................. 78
• Caratteristiche di trazione ................................................................................................................................... 81
• Motore a combustione interna (MCI) ............................................................................................................. 81
• Motore elettrico .............................................................................................................................................. 82
• Dimensionamento del propulsore ....................................................................................................................... 85
• Prestazione di velocità massima ..................................................................................................................... 853
• Prestazione di massima pendenza .................................................................................................................. 86
• Prestazione di accelerazione ........................................................................................................................... 86
• Consumi specifici ............................................................................................................................................. 90
• Profili di missione ............................................................................................................................................ 90
• Macchine termiche ...................................................................................................................................... 93
• Motore a combustione interna ........................................................................................................................... 93
• MCI a 4 tempi .................................................................................................................................................. 93
• Motore ad accensione spontanea ................................................................................................................... 98
• MCI a 2 tempi .................................................................................................................................................. 98
• Motore Wankel ............................................................................................................................................... 99
• Motore Stirling .................................................................................................................................................. 100
• Turbina a gas ..................................................................................................................................................... 102
• Veicoli elettrici .......................................................................................................................................... 104
• Configurazioni .................................................................................................................................................... 104
• Prestazioni dei veicoli elettrici ........................................................................................................................... 105
• Consumi ............................................................................................................................................................. 109
• Veicoli ibridi .............................................................................................................................................. 112
• Tipologie di architetture ibride .......................................................................................................................... 114
• Ibrido serie ......................................................................................................................................................... 115
• Ibrido parallelo .................................................................................................................................................. 116
• Ibrido serie-parallelo ......................................................................................................................................... 125
• Analisi delle prestazioni ..................................................................................................................................... 127
• Principi di progettazione di veicoli ibridi serie (accoppiamento elettrico)........................................................ 130
• Strategie di controllo ..................................................................................................................................... 131
• Design dell’accoppiamento elettrico............................................................................................................. 132
• Principi di progettazione di veicoli ibridi parallelo (accoppiamento meccanico) .............................................. 135
• Strategia di controllo ..................................................................................................................................... 136
• Dimensionamento componenti .................................................................................................................... 139
• Principi di progettazione di veicoli ibridi serie-parallelo (accoppiamento elettrico e meccanico) ................... 142
• Analisi del sommatore di velocità ................................................................................................................. 142
• Configurazione del drive-train ....................................................................................................................... 144
• Strategie di controllo ..................................................................................................................................... 147
• Dimensionamento componenti .................................................................................................................... 150
• Risultati simulazioni ....................................................................................................................................... 151
• Ibrido plug-in ............................................................................................................................................ 154
• Valutazione energetica ...................................................................................................................................... 154
• Dimensionamento dei componenti ................................................................................................................... 155
• Dimensionamento dell’accumulo ................................................................................................................. 1594
• Mild-Hybrid ............................................................................................................................................... 161
• Ibrido parallelo .................................................................................................................................................. 161
• Esempio di dimensionamento ........................................................................................................................... 162
• Consumi ............................................................................................................................................................. 164
• Mild-hybrid con sommatore di coppia e velocità utilizzati alternativamente .................................................. 165
• Considerazioni costruttive ................................................................................................................................. 166
• Ibrido range extender ................................................................................................................................ 167
• Peaking Power Source (PPS) e Energy Storage ............................................................................................ 168
• Batterie elettrochimiche ..................................................................................................................................