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Articoli - Archivio

03/09/2018
Componentistica automotive le tessere che compongono il mosaico della nuova mobilità

Electric car

 

Quanto stanno cambiando le quattro ruote, e come? Un sistema per fare una previsione c’è ed è abbastanza semplice: guardare come cambiano i “pezzi” che compongono i veicoli

Nicodemo Angì

Come si suol dire, “ne vedremo delle belle” nel settore dell’automotive e quindi dell’aftermarket. In pochi anni assisteremo infatti a diversi cambiamenti epocali, quali la diffusione di massa della auto elettriche e ibride, di quelle autonome e della mobilità in condivisione.

Quest’ultimo sviluppo appare come potenzialmente il più dirompente per un motivo relativamente semplice: cosa accadrebbe se società come Uber o Lyft acquistassero un costruttore automobilistico? Le automobili diventerebbero una sorta di “utensile” e quindi il costruttore-gestore di flotte le farebbe affidabili, spaziose e versatili ma tenderebbe a differenziarle poco, a livello sia di versioni di carrozzeria sia di dotazioni.

Questa tendenza si applicherebbe a qualsiasi auto, elettrica/ibrida, convenzionale o autonoma che sia, ma non cambierebbe la sua essenza fondamentale.

Cambiamenti profondi sono invece insiti nelle automobili autonome ed elettriche, che sperimenteranno evoluzioni radicali nella loro impostazione.

 

Soddisfare normative più stringenti

La rotta che seguiranno questi cambiamenti è, in qualche modo, anticipata dai componenti e da chi li produce, in questo caso Schaeffler. L’importante componentista ha rilasciato una corposa pubblicazione, Symposium 2018, scorrendo la quale possiamo farci un’idea abbastanza precisa dei cambiamenti che verranno. Per inquadrare la situazione è utile parlare dei nuovi cicli di omologazione Wltc, basati anche sui test Rde condotti su strada, che porteranno a misure delle emissioni e dei consumi più realistiche.

Queste nuove procedure, la cui adozione è stata accelerata dallo scandalo Dieselgate, dovrebbero dare un risultato più realistico rispetto all’attuale ciclo Nedc, che riporta valori molto più bassi dei consumi effettivi con discrepanze che concordano con le impressioni dell’uso quotidiano.

Un altro contributo alla comprensione del quadro è la proiezione, fornita da Schaeffler, sulla composizione delle vendite e del parco al 2030. Anche ipotizzando uno scenario aggressivo riguardo l’adozione delle auto alternative, la loro commercializzazione non stravolgerà del tutto il mercato.

Il 30% dell’immatricolato nel 2030 sarà infatti puramente elettrico mentre un impressionante 70% avrà ancora a bordo un motore convenzionale. Questa parte maggioritaria dovrebbe essere composta da un 40% di veicoli ibridi mentre il restante 30% avrà soltanto un motore a scoppio di tipo classico.

Ma c’è di più: le auto vendute nel 2030, pur robustamente elettrificate, saranno diluite in un parco circolante molto tradizionale, con il risultato che fra 12 anni il 90 percento delle automobili nel mondo avrà ancora un motore a scoppio a bordo.

 

Affidarsi al motore a scoppio

Combinando questi elementi capiamo bene che le nuove (e stringenti) norme antinquinamento imporranno una riduzione delle emissioni ma questo abbattimento ricadrà in larga parte sulle spalle delle automobili ibride e convenzionali, dato che le elettriche, anche se in rapida crescita, partono da numeri minimi.

Occorrerà quindi puntare sia sul perfezionamento dei dispositivi di trattamento degli scarichi sia su altre strategie che facciano emettere di meno già al motore, prima ancora di trattare gli scarichi.

Esponenti di Schaeffler hanno citato l’ibridazione, una combustione più efficiente – ad esempio disattivando uno o più cilindri, strategia applicata persino sulla nuova versione del piccolo (e pluripremiato) motore Ford Ecoboost a 3 cilindri – e miglioramenti meccanici per la diminuzione degli attriti interni.

L’abbiamo già detto: Schaeffler assegna un ruolo chiave ai sistemi ibridi, sia a 48 volt sia ad alta tensione, e quindi verranno usati sempre di più componenti come il suo nuovo modulo P2. Questo compatto motore/generatore si inserisce fra motore e trasmissione e può ridurre il consumo del 15 percento durante il ciclo Wltp.

Questo recupero d’efficienza è dovuto al fatto che il P2 interviene nelle fasi di alto carico, alleviando lo sforzo dell’Ice (Internal combustion engine), permette il “veleggiamento”, il recupero dell’energia in fase di decelerazione e anche la marcia totalmente elettrica negli ibridi plug-in. Questa soluzione è modulare, può essere impiegata negli ibridi paralleli, serie, split (è lo schema usato da Toyota per le sue Prius/Auris/Yaris ibride) ed è disponibile in versione a 48 volt o ad alta tensione.

Abbiamo nominato i 48 volt e quindi approfondiamo le applicazioni di questa interessante soluzione. Pneurama ne ha già scritto e quindi ricordiamo soltanto che il moltiplicare per 4 la tensione permette di ridurre a un quarto l’intensità di corrente a parità di potenza oppure di moltiplicare per 4 la potenza a parità di corrente. Diventano così possibili macchine elettriche che avviano il motore, recuperano energia e danno circa 15 kW di boost per diminuire i consumi.

 

Perfezionamenti minuziosi

Queste tecnologie sono già presenti, ad esempio nelle Renault Scenic e Grand Scenic Hybrid Assist, e hanno introdotto componenti nuovi. Se la trasmissione alla macchina elettrica avviene tramite la cinghia dei servizi, il relativo tensionatore della cinghia dei servizi ha bisogno di 2 rulli perché la coppia può provenire dal motore ma, a differenza di quel che accade con il semplice alternatore, può andare anche verso il motore.

Gli affinamenti dei motori a scoppio non finiscono certo qui: la fasatura variabile gioca un ruolo importante e Schaeffler ne produce diverse varianti, compreso il sistema Multiair sviluppato insieme a Fca.

La ricerca della massima efficienza prevede anche la sostituzione della classica bronzina dell’albero motore con un cuscinetto volvente, soluzione indicata per il supporto vicino alla puleggia che aziona la cinghia dei servizi. In quella zona si sperimentano infatti importanti carichi trasversali che aumentano l’attrito ma la minimizzazione degli attriti coinvolge anche la trasmissione e la distribuzione.

I motori elettrici, notoriamente molto efficienti, pongono però nuove difficoltà ai cuscinetti che supportano il rotore. Il primo è l’alta velocità: questi motori raggiungono i 15/18 mila giri ed erogano coppie sostanziose fin da subito; i cuscinetti devono inoltre essere silenziosi perché il motore elettrico genera poco rumore. Il loro “ambiente” di lavoro li espone inoltre a una grande differenza di temperatura fra l’anello interno e quello esterno e la presenza di campi magnetici variabili genera correnti parassite in grado di consumare letteralmente i cuscinetti. Per risolvere questo problema Schaeffler ha sviluppato un anello conduttivo che permette di scaricare a massa la differenza di potenziale che potrebbe crearsi fra gli anelli dei cuscinetti.

 

L’elettrico, da solo e non

L’idea del componentista tedesco è quella di migliorare i powertrain, di qualunque tipo essi siano. Abbiamo così soluzioni per cambi manuali, robotizzati, a doppia frizione e a convertitore di coppia. Queste soluzioni sono sia meccaniche, tese quindi a massimizzare l’efficienza e il comfort, sia elettriche, per diminuire le emissioni massimizzando il rendimento.

Troviamo così cambi a variazione continua del rapporto (Cvt) che incorporano un motore elettrico che sostiene le richieste di coppia e permette anche la marcia in modalità elettrica: il tutto in un insieme molto compatto.

Si sta anche studiando un cambio robotizzato che incorpora un motore elettrico: le interruzioni di coppia sono annullate e si può fare a meno degli ingranaggi ausiliari per la retromarcia, presa in carico dall’unità elettrica.

Per finire, citiamo il fatto che Schaeffler è ovviamente impegnata nella trazione elettrica pura. È interessante sapere che nei motori elettrici anche il tipo degli avvolgimenti ha effetto sulle prestazioni, un po’ come il rapporto di compressione negli Ice. Schaeffler ha testato vari avvolgimenti, trovando che il Distributed winding ha un rendimento leggermente più alto rispetto all’Airpin winding e può essere inoltre usato per costruire motori di tipi diversi.

Molto interessanti sono le unità modulari E-Axle, che integrano in una singola unità il motore, il differenziale ed eventualmente una trasmissione a 2 rapporti, per avere grande accelerazione ed elevata velocità massima. Essi possono essere usati anche per creare veicoli 4 x 4 senza bisogno di un albero di trasmissione.

Chiudiamo con un componente speciale: il Wheel Module, un insieme che integra sospensione, sterzante, motore, freni. Concepito per i veicoli autonomi per il trasporto urbano, permette di implementare rapidamente veicoli a 4 ruote motrici e sterzanti la cui azione è controllata da un software sviluppato dalla stessa Scheffler. Sofisticati algoritmi permettono l’arresto automatico anche se tutti i sistemi (ricordiamo che anche la sterzatura è by-wire) sono fuori uso, una dote essenziale in un veicolo automatico.

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