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27/10/2016
LE RUOTE A MOTORE PROTEAN CAMBIERANNO LE AUTOMOBILI?

Dal motore alle ruote

 

Sarebbe interessante generare il moto là dove serve, ossia nelle ruote. Un motore-cerchione potrebbe infatti eliminare giunti, semiassi, differenziali e alberi di trasmissione. Dopo tante proposte senza seguito produttivo è ora la volta di Protean, un’azienda sino-americana che sembra proprio voler fare sul serio

Nicodemo Angì

La ruota che crea direttamente la coppia motrice ha sempre solleticato i progettisti, che l’hanno portata al concetto estremo di essere essa stessa il veicolo, con i deliziosamente novecenteschi Monowheel che vengono prodotti artigianalmente ancora oggi. È inutile dire che le loro prestazioni non possono essere che limitate: basta pensare alla frenata, che non può che essere “delicata” perché una coppia di rallentamento eccessiva metterebbe il guidatore a testa in giù. Ben più concrete sarebbero invece le ruote-motore, col loro affidabile pneumatico standard, inserite in un’automobile moderna. Per motivi dimensionali il motore dentro una ruota “normale” non può che essere elettrico ma Protean vuole andare oltre: la sua visione è produrre una ruota-motore che possa essere installata in una vettura preesistente, anche se già dotata di un powertrain  convenzionale, permettendo la veloce creazione di versioni ibride. Il principio della “facilità” nella creazione di automobili elettriche/ibride nasce dalla considerazione delle future normative antinquinamento, che diventeranno sempre più stringenti e quindi difficili (e costose) da rispettare. L’esigenza di elettrificare la gamma potrà essere imprescindibile e aprirà quindi un potenziale interesse per soluzioni come quelle attualmente allo studio presso Protean. Le prospettive sono interessanti: basta pensare che il Governo Cinese punta ad avere sulle strade 5 milioni di veicoli “puliti” entro il 2020 e, per la stessa data, le automobili cinesi dovranno consumare 5 litri ogni 100 chilometri. Il riferimento al mercato cinese non è casuale, dato che la società, che ha uffici nel Michigan e un Engineering Center in Inghilterra, ha produzione e Development Center in Cina. Le cose sembrano procedere bene: nello scorso luglio Protean ha ha raccolto altri 70 milioni di dollari da GO Scale Capital, Zhejiang VIE Science & Technology e Tianjin THSG Corporation, rispettivamente fondo di Private Equity, e aziende attive nella componentistica auto e nelle tecnologie “verdi”; altri finanziamenti erano già stati ottenuti e nello scorso maggio Protean aveva annunciato l’allestimento di un sito produttivo a Tianjin, sulla costa cinese, destinato alla produzione del suo modello PD18.

 

Tutto dentro un cerchio standard

Quel 18 associato all’abbreviazione di Protean Drive non è casuale ma ricorda una peculiarità di questo prodotto: il suo riuscire ad entrare in un normale cerchio da 18 pollici, portando in dote anche una superficie frenante perimetrale molto ampia che sostituisce il classico disco.

Il motore Protean ha un rotore di grande diametro rivestito di magneti permanenti che presenta anche i punti di fissaggio del cerchione. Il gruppo dello statore, fissato alla sospensione, incorpora le bobine che creano il campo, i cuscinetti della ruota e l’elettronica di pilotaggio, suddivisa in diversi piccoli gruppi. Questa concentrazione, se da un lato ha richiesto una progettazione più impegnativa, dovendo rimpicciolire inverter e controller, dall’altro ha reso molto più semplici i collegamenti, sempre nell’ottica di uno snellimento della progettazione e dell’ingegnerizzazione. Sono infatti richiesti 2 cavi che portano la corrente continua (gli inverter sono integrati), 2 tubi per il raffreddamento a liquido e un cavo di controllo che si interfaccia con il CAN-Bus, oltre alle comunque presenti tubazioni per il sistema frenante.

Il grande diametro di statore e rotore permette di ottenere una coppia motrice straripante – vengono dichiarati 650 Nm continui e ben 1.000 di picco con 400 volt – con la potenza comunque interessante pari a 100 HP di picco e 72 continui. Anche la semplice trazione su un solo asse potrebbe essere quindi “divertente”, vista la prontezza dei motori elettrici, l’assenza di perdite nella trasmissione e la possibilità di simulare differenziali autobloccanti di ogni tipo. La trazione integrale, ottenibile con 4 unità Protean, avrebbe inoltre il vantaggio di implementare nativamente il Torque Vectoring e l’ESP. Queste possibilità non sono sfuggite al noto preparatore tedesco AMG (divenuto ormai la firma supersportiva di Mercedes) che aveva presentato, qualche anno addietro, un prototipo di Classe E al quale 4 ruote Protean permettevano di sfoggiare 430 CV e più di 3.000 Nm di coppia! Il grafico di potenza e coppia fornito dall’azienda è molto interessante: tenendo conto che una copertura 225/40 R18 ha una circonferenza al rotolamento di 2 metri, 1.200 giri/minuto equivalgono a 144 km/ora, velocità alla quale si ha ancora una coppia notevole.

Un veicolo elettrico basato su queste ruote potrebbe liberare spazi notevoli per i passeggeri e i bagagli rispetto a uno convenzionale, basta pensare al vano motore e allo spazio dedicato alla trasmissione: l’ingombro delle batterie, in una soluzione sotto il pianale per abbassare il baricentro, sarebbe probabilmente minore dello spazio liberato. In effetti il volume dell’unità Protean, data la larghezza di soli 11,5 cm e il diametro di 42 cm (il volume è di circa 16 litri, con un peso dichiarato di 34 kg), appare molto contenuto.

 

Regolazioni da rivedere

Ovviamente non tutto è perfetto: notiamo, per esempio, che le ruote da 18” non sono molto diffuse e, ad oggi, limiterebbero l’adozione della ruota Protean a pochi modelli.

Anche se il peso della ruota-motore non è eccessivo, esso ha lo svantaggio di concentrarsi nella ruota, aumentando le masse non sospese e danneggiando quindi potenzialmente il contatto ruota-terreno nelle superfici sconnesse. In pratica il peso totale dovrebbe essere simile a quello delle trazioni tradizionali, considerando che si eliminerebbero differenziale, semiassi, cambio e motore e si aggiungerebbe la batteria ma parecchi chilogrammi verrebbero sottratti alla scocca per essere spostati nelle ruote. La questione non è sottovalutata da Protean, che pubblica nel suo sito diversi White Papers sull’aumento delle masse non sospese e su come mettere in atto strategie per non compromettere comfort e tenuta di strada. Da essi si desume che le risposte alle sollecitazioni della strada non cambiano molto, soprattutto alle velocità medie e alte; in quelle più basse si nota un certo rallentamento del ritorno della sospensione e una diminuzione della frequenza di risonanza del gruppo sospensione-ruotamotore. Si è notato anche un piccolo peggioramento del grip e dell’agilità di guida e nella trasmissione delle asperità della strada, lati negativi che, a parere di Protean, possono essere superati con cambiamenti nelle tarature e nei componenti delle sospensioni. Molte difficoltà potrebbero comunque essere superate con sospensioni a controllo attivo dello smorzamento.

Da non trascurare poi l’entità delle sollecitazioni: i mozzi delle ruote sono infatti soggetti a scuotimenti continui, mentre buche e sconnessioni provocano accelerazioni istantanee piuttosto severe.

Le premesse sono comunque buone e sarà interessante vedere su strada veicoli con questi promettenti motori-ruota Protean, anche per vedere come sono stati superati questi drawback. 

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