Scelta Powertrain per veicolo elettrico - Formula Sae

DESCRIZIONE INVERTER AMK E CONFRONTO CON INVERTER SIC 437.1

Inverter AMK 437.1.1 Descrizione del convertitore

447.1.2 Interfaccia inverter: AIPEX PRO e comunicazione CAN

467.1.3 Criticità dell’inverter AMK

477.2 Confronto AMK inverter - SiC inverter

487.2.1 Ingombro e Peso

487.2.2 Perdite

507.2.3 Strategie di controllo: Controllo motore inverter AMK

537.2.4 Strategie di controllo: Direct Flux Vector Control

547.3 AMK vs SiC: conclusioni

558 ANALISI DEFINITIVA: DOCUMENTO “AMK RACING KIT”

568.1 For your Safety: destinazione d’uso, basic notes e safety rules

578.2 Panoramica del prodotto

578.2.1 Componenti principali del prodotto e stage AMK

588.2.2 Overview del Sistema

588.2.3 View dell’Inverter

598.2.4 View del motore

618.3 Dati Tecnici

618.3.1 Dati Inverter

618.3.2 Dati Motore

628.4 Dimensional Drawings

658.4.1 Inverter

658.4.2 Motore

668.5 Project Planning

668.5.1 Opzioni di montaggio

678.6 Raffreddamento motore

698.7 Servomotore sincrono con e

senza indebolimento di campo 6938.7.1 Servomotore sincrono senza indebolimento di campo 698.7.2 Servomotore sincrono con indebolimento di campo 708.7.3 Caratteristiche della potenza e della coppia del motore 718.8 Electrical connections 728.8.1 Collegamenti standard CAN 728.8.2 Ethernet real-time (EtherCAT) 738.9 Architettura CAN Bus 738.9.1 Due linee CAN Bus 738.9.2 Una linea CAN Bus 748.10 Avvio con AIPEX PRO 758.10.1 Ottimizzazione del controller corrente 758.10.2 Regolazione del regolatore di velocità 768.11 Tutorial software AIPEX PRO 798.11.1 Configurazione Oscilloscopio 798.11.2 Configurare "Temporary Parameters" 818.11.3 Configurare la funzione di avvio 828.11.4 Ottimizzare il controller di velocità 838.11.5 Diagnosi dell'errore con AIPEX PRO 84RIFERIMENTI 864ABSTRACTL'obiettivo del presente documento è fornire risultati, o quantomeno un riferimento, all'Unipg Racing Team,Formula Sae di Perugia, in merito alle scelte

Riguardanti il tipo di trazione, il motore elettrico e l'inverter da adottare. Si andrà quindi a valutare la tipologia migliore di powertrain elettrico tra le soluzioni disponibili in commercio, in relazione alla trazione scelta in base alla qualità delle prestazioni. A tal proposito si andranno anche ad analizzare prototipi di altre università, in modo da avere un'idea dei modelli maggiormente utilizzati. Si faranno inoltre riferimenti al controllo del motore che, pur essendo un argomento assai vasto, è importante da valutare sulla base di alcuni aspetti, tra cui la semplicità di tuning.

La Formula SAE (o Formula Student) è una competizione internazionale riservata alle università, promossa dalla SAE International (precedentemente Society of Automotive Engineers). Studenti da ogni parte del mondo progettano e costruiscono una vettura monoposto da corsa, che viene poi valutata dal punto di vista ingegneristico da

aggiornato, quindi è importante consultare sempre l'ultima versione disponibile. Gli studenti partecipanti devono formare un team e lavorare insieme per progettare, costruire e testare una vettura da competizione. La vettura deve essere leggera, veloce e sicura, e deve essere in grado di superare diverse prove, come ad esempio la velocità massima, l'accelerazione, la manovrabilità e la resistenza. Durante la competizione, i team si sfidano in diverse prove, come ad esempio la prova di accelerazione, la prova di slalom, la prova di resistenza e la prova di efficienza energetica. Ogni prova viene valutata da una giuria di esperti del settore, che tiene conto di diversi criteri, come ad esempio la velocità, la precisione, la sicurezza e l'efficienza. La competizione Formula SAE è un'opportunità unica per gli studenti di mettere in pratica le loro conoscenze e competenze, e di confrontarsi con altri team provenienti da tutto il mondo. Inoltre, la competizione offre anche l'opportunità di fare networking con esperti del settore e di potenziali futuri datori di lavoro. In conclusione, la competizione Formula SAE è un'esperienza formativa e stimolante per gli studenti, che permette loro di mettere in pratica le nozioni apprese nel proprio percorso di studi e di prepararsi al meglio per il loro futuro professionale.aggiornato con variazioni più o meno significative. Nata negli Stati Uniti nel 1981 come competizione per veicoli con motore a combustione interna, la Formula SAE diventa rapidamente popolare in tutto il mondo. Nel 2010 viene introdotta la categoria elettrica, riservata a monoposto a propulsione elettrica alimentate a batteria. Nel 2017 in Germania viene introdotta la categoria driverless, per vetture a guida autonoma. Al 2019, oltre 600 università nel mondo partecipano o hanno partecipato alla categoria per vetture a combustione (classe 1C), 170 alla categoria elettrica (classe 1E) e circa 40 team si sono dedicati ad una vettura driverless (classe 1D). In alcuni paesi esiste una categoria dedicata al solo progetto su carta (Classe 3), nella quale i partecipanti affrontano solamente le prove statiche e non sono tenuti a presentare una vettura funzionante (provini e prototipi di componenti in fase di sviluppo sono comunque ben visti).

La Competizione

L'idea alla base della Formula SAE è quella di sfidare gli studenti universitari a progettare, costruire e gareggiare con una vettura da corsa. La competizione si svolge in diverse fasi, che includono prove statiche e dinamiche.

Formula SAE è che un team di studenti venga contattato da un'azienda fittizia per la progettazione e la produzione di una monoposto a ruote scoperte, destinata a piloti non professionisti, per un volume di produzione di 1000 vetture l'anno. Nella realtà, ovviamente, un solo prototipo viene costruito e testato in pista.

Il team è quindi chiamato a:

• Concepire
• Progettare
• Produrre
• Testare
• Promuovere
• Pilotare il veicolo costruito.

I membri del team devono essere rigorosamente studenti iscritti all'università, piloti inclusi.

61.2 Gli eventi

Una stagione Formula SAE dura un anno. La struttura tipica comprende: formazione del nuovo team a settembre/ottobre, fase di progettazione fino a dicembre e fase di produzione e assemblaggio fino ad aprile, con presentazione al pubblico in maggio. Nei mesi successivi alla produzione inizia la fase di test e collaudo, che termina con l'inizio degli eventi nel periodo

estivo (luglio/agosto). Gli eventi Formula SAE sono organizzati in vari paesi del mondo una volta l'anno ed hanno durata variabile fra i 4 e i 7 giorni. I primi giorni sono dedicati alle ispezioni tecniche, dove giudici preposti controllano che la vettura rispetti il regolamento sia per quanto riguarda la sicurezza, sia per limiti dimensionali. È consentito l'accesso alle prove dinamiche solo ai veicoli che concludono con successo questa fase. Nei giorni centrali vengono svolte le prove statiche e solo negli ultimi quelle dinamiche in pista.

1.2.1 Analisi Statiche

Business Plan Presentation - Gli studenti devono preparare un business plan e presentarlo di fronte a degli investitori (fittizi) cercando di convincerli della convenienza del potenziale investimento nella produzione delle vetture. I giudici valutano non solo la solidità dei contenuti ma anche la qualità dell'esposizione e la prontezza con la quale i presentatori sono in grado di rispondere.

ma quello che dimostra di essere realizzabile e funzionale nella pratica. Vengono valutati aspetti come l'efficienza energetica, la sicurezza, la durabilità e l'ergonomia del veicolo. Business Plan• Il team deve presentare un piano di business completo che dimostri la sostenibilità economica del progetto. Vengono valutati aspetti come il mercato di riferimento, la strategia di marketing, la gestione delle risorse finanziarie e la previsione dei costi e dei ricavi. È fondamentale dimostrare che il progetto è economicamente vantaggioso e può essere realizzato in modo redditizio. Technical Inspection• Il veicolo deve superare una serie di controlli tecnici per garantire la sua conformità alle normative di sicurezza e alle specifiche tecniche stabilite dalla competizione. Vengono valutati aspetti come il sistema di frenata, l'impianto elettrico, la struttura del veicolo e la protezione dell'abitacolo. È importante che il veicolo sia sicuro e rispetti tutte le norme di omologazione. Endurance• È la prova più impegnativa e dura della competizione. Il veicolo deve percorrere una determinata distanza in un tempo prestabilito, dimostrando la sua affidabilità e resistenza. Durante la prova vengono valutati aspetti come il consumo energetico, la stabilità, la manovrabilità e la resistenza del veicolo. È fondamentale che il veicolo sia in grado di superare questa prova senza problemi tecnici o guasti. Skid Pad• È una prova di agilità e manovrabilità del veicolo. Il veicolo deve percorrere un percorso a forma di otto nel minor tempo possibile, dimostrando la sua capacità di cambiare direzione e di affrontare curve strette. Vengono valutati aspetti come la velocità di percorrenza, l'aderenza degli pneumatici e la stabilità del veicolo. È importante che il veicolo sia agile e reattivo durante questa prova. Acceleration• È una prova di accelerazione del veicolo. Il veicolo deve raggiungere la massima velocità possibile in una determinata distanza, dimostrando la sua potenza e velocità. Vengono valutati aspetti come l'accelerazione, la velocità massima e la stabilità del veicolo. È fondamentale che il veicolo sia in grado di raggiungere alte velocità in modo sicuro e controllato. Autocross• È una prova di abilità di guida del pilota. Il veicolo deve percorrere un percorso tortuoso nel minor tempo possibile, dimostrando la sua agilità e reattività. Vengono valutati aspetti come la velocità di percorrenza, la precisione delle manovre e la stabilità del veicolo. È importante che il pilota sia in grado di guidare il veicolo in modo sicuro e veloce durante questa prova. Efficiency• È una prova di efficienza energetica del veicolo. Il veicolo deve percorrere una determinata distanza utilizzando la minor quantità di energia possibile, dimostrando la sua efficienza e risparmio energetico. Vengono valutati aspetti come il consumo energetico, la gestione dell'energia e l'efficienza del sistema di propulsione. È fondamentale che il veicolo sia in grado di percorrere lunghe distanze con il minor consumo energetico possibile.

Bensì quello che risulta essere più coerente con l'obiettivo prefissato. Oltre alle scelte tecniche vengono valutate le competenze dei membri del team sia nelle specifiche soluzioni sviluppate che in generale.

71.2.2 Prove Dinamiche

Acceleration

• Prova di accelerazione sui 75m con partenza da fermo. Possono essere effettuati al massimo quattro tentativi (dei quali al più due con lo stesso pilota) e viene considerato il migliore tempo tra quelli ottenuti. In questa prova, vetture elettriche a trazione integrale hanno dato spesso migliori risultati per via della maggiore coppia scaricabile a terra.

Skid-Pad

• Prova volta a valutare la tenuta laterale della vettura. Si svolge su un tracciato a forma di "8", formato da due cerchi del diametro di 15.25 m delimitati da coni. La vettura deve percorrere due volte il primo anello in un senso e due volte il secondo nel senso opposto, senza interruzioni. Ai fini della classifica viene considerato il tempo medio.

tra secondo e quarto giro. Anche in questo caso possono essere effettuati al più quattro tentativi. Nella competizione tedesca (Formula Student Germany) questa prova è stata per anni realizzata sul bagnato, con degli idranti costantemente in funzione in modo da simulare condizioni di pioggia torrenziale.

Autocross

È una prova che consiste nel percorrere nel minor tempo possibile un circuito specifico, delimitato mediante coni. Il percorso è molto tortuoso, pensato per velocità medie dai 40 ai 55 km/h e con rettilinei molto brevi, che in genere non consentono velocità massime oltre i 100 km/h. Vengono effettuati al massimo quattro tentativi per team e si considera il tempo migliore. Eventuali coni colpiti conferiscono 2 secondi di penalità ciascuno sul tempo registrato.

Endurance and Efficiency

È la prova più lunga, volta a misurare l'affidabilità della vettura. Consiste nel percorrere vari giri di pista (in

genere sullo stesso tracciato dell'autocross) per un totale di 25-30 km.

Esattamente a metà gara viene effettuata una pausa, nella quale la monoposto deve essere spenta completamente e riaccesa, e il pilota deve essere cambiato rispetto a quello che ha guidato nella prima parte.

In caso di malfunzionamenti che portino la vettura a fermarsi o a condizioni di scarsa sicurezza per gli altri partecipanti (come perdite d'olio su strada) la prova è considerata fallita e non vi è possibilità di ritentare.

Sono ammesse fino a 5 auto contemporaneamente nel tracciato e non è consentito sorpassare se non in apposite corsie predisposte.

L'ordine di partenza è determinato dalla classifica della prova di autocross in modo da avere veicoli con prestazioni simili in pista contemporaneamente, minimizzando quindi il numero di sorpassi.

Le vetture più veloci pa