L'elettronica per veicoli elettrici sicuri ed efficienti

Poiché la tecnologia delle batterie e dei motori elettrici ha fatto passi avanti negli ultimi anni, i produttori hanno cominciato a produrre veicoli elettrici più commerciali, dagli autobus alle automobili e le motociclette. Ma anche se le vendite stanno aumentando rapidamente, ci sono ancora meno di 100 000 veicoli elettrici sulle strade europee, rispetto agli oltre 250 milioni di veicoli tradizionali, il 90 % dei quali sono automobili per passeggeri.

Diversi fattori rallentano il mercato dei veicoli elettrici, nonostante la sua promessa di un trasporto più economico e meno rumoroso, di una riduzione delle importazioni di benzina e di emissioni più basse di CO2 e altre sostanze inquinanti.

"L'ostacolo più ovvio che spiega l'esitazione dei consumatori a scegliere un veicolo elettrico è il rapporto costo-prestazioni che è, rispetto ai veicoli convenzionali, non molto allettante", dice il dott. Volker Scheuch, un ricercatore del gruppo di automobilistica elettrica Intedis, in Germania. "Uno degli inconvenienti per quanto riguarda le prestazioni è la breve portata dei veicoli elettrici dovuta alla tecnologia della batteria, che è ancora nelle prime fasi della sua evoluzione, e alla concezione del veicolo che usa ancora idee provenienti da tempi in cui l'uso economico delle risorse non era ancora in discussione".

Spesso, il progetto e molti dei componenti dei veicoli elettrici condividono ancora caratteristiche dei loro predecessori convenzionali che possono non essere ottimizzati per l'efficienza o la sicurezza dei VE. Ma ottimizzare ogni componente individualmente non è sufficiente, bisogna occuparsi di tutta l'architettura e delle interazioni tra i componenti se si desidera che i VE raggiungano il loro pieno potenziale.

Diversi veicoli elettrici di nuova concezione usano motori paralleli - che offrono non solo maggiore manovrabilità e migliori prestazioni rispetto ai progetti più convenzionali con un solo motore, ma anche una maggiore efficienza energetica. Controllare due motori allo stesso tempo in sicurezza però è piuttosto difficile e richiede una nuova architettura di sistema e una serie di dispositivi elettronici, dai sensori alle unità di controllo.

Della questione si sta occupando un team di ricercatori che lavorano sotto la direzione del dott. Scheuch nell'ambito del progetto EFUTURE ("Safe and efficient electrical vehicle"), che ha ricevuto 4 milioni di euro di finanziamenti dalla Commissione europea. Il loro obiettivo è preparare la prossima generazione di veicoli elettrici creando un software intelligente che minimizza il bisogno di energia ma è comunque in grado di ottimizzare dinamicamente le decisioni tra sicurezza ed efficienza energetica.

"I veicoli di oggi hanno un livello molto alto di sicurezza operativa che deve essere mantenuto per la generazione elettrica", sostiene il dott. Scheuch. "Quando entra in gioco più di un motore che guida le ruote si presentano nuove sfide. È quello che abbiamo studiato in EFUTURE: quali altri requisiti si devono soddisfare per due motori frontali paralleli e come questi si possono implementare in un concetto di sicurezza di sistema".

Tra le altre innovazioni, il team ha implementato unità di decisione centrali in modo che i controlli del motore sono soggetti a ridondanze in caso di guasto, sulla base del concetto di "sicurezza funzionale", il che significa che ogni componente o sistema deve includere la gestione sicura di qualsiasi probabile errore dell'operatore, problemi dell'hardware o cambiamenti ambientali.

Il team ha quindi potuto dimostrare un prototipo di veicolo elettrico che non solo è sicuro, ma anche molto efficiente. Si è quindi ottenuta una portata potenzialmente molto più ampia rispetto alla maggior parte dei VE esistenti, ottenuta "virtualmente" attraverso il solo uso del software.

Aumentare la portata - e l'appetibilità - dei VE

"Abbiamo quindi dimostrato che è possibile creare un "moltiplicatore virtuale di portata", che non ha hardware associato a esso, usando nuove funzioni di assistenza al guidatore, fondate su un'architettura agile, mantenendo allo stesso tempo un livello superiore di sicurezza operativa", spiega il dott. Scheuch.

Tra i nuovi sistemi avanzati di assistenza al guidatore (ADAS) sviluppati dal team di EFUTURE ci sono un sistema di controllo autonomo di crociera verde (Green ACC) che regola automaticamente la velocità del veicolo a seconda del traffico e delle condizioni della strada migliorando allo stesso tempo l'efficienza, e una modalità ECO che insegna al guidatore ad adottare abitudini di guida che richiedono meno energia.

Meno visibili al guidatore, ma non meno importanti sono altre innovazioni di EFUTURE come un sistema di sensori Vehicle Observer che potenzia la sicurezza e una funzionalità Torque Vectornig che migliora la stabilità e il comfort. Torque Vectoring estende anche le funzioni di ABS (anti-lock braking) ed ESC (electronic stability control) alla guida normale, estendendo così la portata dinamica del veicolo.

"Ci sono anche funzioni non visibili al guidatore, come il sistema di gestione dell'energia del veicolo, e le unità di decisione che definiscono controllo di traiettoria e attuatore, un ulteriore contributo all'efficienza generale", dice il dott. Scheuch.

Il coordinatore del progetto spiega che una delle maggiori difficoltà che il team ha incontrato è stata adattare un veicolo elettrico di prima generazione per soddisfare i requisiti del progetto - per esempio il problema dell'uso di componenti antiquati basati su sistemi usati nelle auto tradizionali.

"Per trasformare il nostro concetto di architettura in hardware abbiamo sostituito i componenti centrali con nuovi componenti: l'unità di controllo del veicolo, l'unità di controllo della batteria, la batteria e i motori. Inoltre, abbiamo aggiunto un sistema completo per la funzionalità ADAS (videocamere e radar) e abbiamo implementato un set di software di controllo completamente nuovo per tutti i componenti. In breve, abbiamo trasformato un veicolo molto semplice in un'auto provvista di molti strumenti e piena di funzioni innovative," dice il dott. Scheuch.

I concetti e sistemi prototipo sviluppati dai partner del progetto, che comprendono il Centro tecnico europeo Tata Motors, dovrebbero essere inseriti nella prossima generazione di VE.

"Molte delle idee di EFUTURE si potranno trovare in futuri prodotti e servizi dei partner. L'architettura di settore del controllore del veicolo, gli algoritmi, le funzioni di Green ADAS, i concetti di sicurezza e molto altro confluiranno in nuovi progetti di ricerca o fanno già parte di nuovi prodotti hardware per futuri veicoli", dice il coordinatore del progetto.

"Più concetti innovativi per una guida efficiente esistono, maggiore è l'impatto sul mercato delle auto in Europa ed EFUTURE ne fa parte. Dal punto di vista economico abbiamo mostrato una via praticabile verso una maggiore portata dei VE, migliorando così l'accettazione delle auto ad alimentazione elettrica da parte dei consumatori, che saranno più convenienti".

EFUTURE ha ricevuto finanziamenti per la ricerca nell'ambito del Settimo programma quadro (7° PQ) dell'Unione europea.

Collegamento al progetto su CORDIS:

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- Scheda informativa del progetto EFUTURE su CORDIS

Collegamento al sito web del progetto:

- Sito web "Safe and efficient electrical vehicle"

Altri collegamenti:

- Sito web dell'Agenda digitale della Commissione europea