SPECIALE: progettare e costruire un’auto solare (SECONDA PARTE)

0
805
Fig. 6. Ottimizzazione delle geometrie mediante simulazione aerodinamica

Continua il nostro speciale dedicato alla progettazione e realizzazione di un’auto solare, intesa come alternativa alle auto alimentate dai combustibili tradizionali.

Aerodinamica

Fig. 6.Ottimizzazione delle geometrie mediante simulazione aerodinamica
Fig. 6. Ottimizzazione delle geometrie mediante simulazione aerodinamica

La progettazione delle forma ha preso avvio da una accurata analisi l’aerodinamica che hanno guidato le scelte progettuali tenendo in conto aspetti quali:

  • minima resistenza rispetto all’avanzamento frontale
  • bassa resistenza anche a flussi di aria laterali (a 10°)
  • nessun carico verticale richiesto per garantire l’assetto (no “downforce”)
  • ventilazione interna efficiente

Le diverse simulazioni numeriche (CFD) hanno permesso di osservare l’andamento della pressione sulle superfici e di ottimizzare le geometrie [fig. 6]. In particolare, si è fatto attenzione affinché l’andamento delle pressioni fosse regolare nei vari punti, senza picchi, né angoli di incidenza troppo marcati.

Grazie a queste informazioni è stato possibile effettuare scelte strategiche su:

  • altezza complessiva
  • profilo superiore
  • profilo inferiore con valutazione dell’effetto suolo
  • posizione delle ruote anteriori e posteriori
  • posizione e forma del cupolino dell’abitacolo
  • profili dei passaruota
  • disposizione delle prese di aria per la ventilazione dell’abitacolo

Ne è risultata, per esempio, la scelta delle due ruote posteriori leggermente avvicinate rispetto a quelle anteriori, una altezza complessiva dei veicolo leggermente maggiorata rispetto al minimo al fine di ridurre l’effetto di risucchio del suolo, un profilo superiore a singola curvatura ne ottimizza anche la fabbricazione, un profilo inferiore complesso, un cupolino abbastanza pronunciato in termini di coda, i passaruota grandi e allineati e tante altre finezze progettuali.

Sul modello finale le simulazioni hanno stimato un Cx di 0.161, che equivale a una resistenza pari alla metà di una monoposto di F1, e un Cz di -0.24 che garantisce la deportanza. Questi valori aerodinamici sono stati poi confermati dalle prove su strada. Nello studio non sono state effettuate prove in galleria del vento perché tempistiche e costi non hanno consentito prove in scala 1:1. D’altra parte, è stato valutato che l’estrapolazione delle informazioni ricavate da prove su un modello in scala avrebbe richiesto un notevole sforzo a fronte di risultati poco realistici. In particolare, sul modello in scala sarebbe stato complesso riuscire a valutare con precisione gli effetti sulla aerodinamica di fattori essenziali quali qualità delle superfici e l’esistenza di flussi interni.

Motore

Il motore è una motoruota sincrona a magneti permanenti superficiali in grado di erogare una potenza nominale di 1.100W e massima di 2.200W con coppia massima di 45Nm. Il dispositivo è stato sviluppato presso i nostri laboratori con i supporto di TemElectricMotors. Due motori sono stati installati sulle ruote posteriori, ciascuno del peso di 10kg. L’applicazione del motore direttamente sulla ruota permette di semplificare drasticamente il cinematismo, eliminando tutti gli organi di trasmissione del moto. In particolare, consente di eliminare il differenziale incrementando di molto l’efficienza di trasmissione. Allo stesso tempo, non è possibile eliminare la funzione del differenziale che è quella di consentire la curva modificando la velocità relativa delle ruote. Questa funzione è stata garantita attraverso un controllo software sui motori.

Batterie

Quali accumulatori, il veicolo utilizza una tecnologia a ioni litio (Li-ion) da 4800Wh. Rappresenta uno dei tipi più diffusi di batteria, le stesse che sono su laptop e telefono cellulare. Offrono uno dei migliori rapporti peso/potenza, nessun effetto memoria e una perdita lenta della carica quando non è in uso. Nel caso specifico, si è trattato di un prodotto commerciale (Panasonic NCR18650B da 3.3Ah) donato dall’azienda produttrice. Sono state montate 416 batterie suddivise in 32 pacchi da 13 in modo da adattarle al meglio allo spazio a disposizione e alle modalità di gestione. Il pacco batteria risulta di 170x1000x130Hmm per un peso di 20 kg. È in grado di fornire 5 kW come potenza nominale e 6.8 kW nel picco con tensione nominale di 120V e corrente di 43Ah. Per rendere disponibile la stessa potenza, utilizzando le batterie di solito utilizzate nelle autovetture elettriche, sarebbe stato necessario un peso 4 volte maggiore. Allo stesso tempo gli accumulatori ioni litio sono molto costosi e delicati, e necessitano di un gestione ragionata della potenza. Questa funzione è affidata a un Battery Management System a controllo delle tensioni di cella ed equalizzazione passiva, appositamente sviluppato con il supporto di TBE. L’inverter che alimenta ciascun motore è stato anch’esso sviluppato internamente, consente lo sfruttamento ottimale del motore brushless a magneti permanenti in ogni condizione operativa e in particolare ad alta velocità (regione di deflussaggio). La corrente massima dell’inverter è di 70A RMS, il peso complessivo di solo 1.0kg.

 

La prossima puntata verrà pubblicata tra una settimana. Seguiteci!

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here