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” ........................................................................................ 43

2 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 ..................................................................................................................... 85

3

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

4 Dimensionamento dell’accumulo ................................................................................................................. 159

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 ..................................................................................................................................