RICERCA ITALIANA     

Sistema di propulsione e sterzatura ad architettura distribuita basato su unità impieganti un motore elettrico rototraslante e sua sperimentazione su un veicolo leggero a quattro ruote

Università degli Studi di Padova

Abstract

Il Progetto di Ricerca si propone di studiare, progettare, realizzare e sperimentare un sistema elettrico prototipale ad architettura distribuita per l'espletamento delle funzioni di Propulsione e Sterzatura (Driving and Steering, DaS) nei veicoli terrestri. Il sistema utilizza una unità di attuazione per ciascuna ruota, capace di svolgere in forma integrata le funzioni DaS attraverso l'impiego di un motore elettrico speciale rototraslante a due gradi di libertà connesso alla ruota attraverso un cinematismo. La sperimentazione del sistema prototipale sarà effettuata su un veicolo leggero per la mobilità a corto raggio, scelto secondo criteri di semplicità e di economicità della realizzazione. L’impiego di sistemi DaS distribuiti a bordo dei veicoli contribuirebbe sostanzialmente al miglioramento delle loro prestazioni, sia in termini di guidabilità che di stabilità, per la capacità che essi offrono di controllare indipendentemente le azioni di propulsione e di sterzatura delle singole ruote. Porterebbe inoltre allo sviluppo di una unità di attuazione modulare, che può essere installata su ogni ruota.
Il sistema DaS distribuito è suddiviso in quattro sottosistemi. Oltre che dal sottosistema di attuazione con i motori rototraslanti, esso è composto dai seguenti sottosistemi:
- il sottosistema di governo, formato da una Unità Elettronica di Controllo (Electronic Control Unit, ECU) centrale e da una rete di comunicazione digitale per il controllo e la >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giuseppe Buja Università degli Studi di PADOVA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il tema centrale del Progetto di Ricerca è lo sviluppo di un sistema elettrico DaS ad architettura distribuita, nel quale ogni ruota è equipaggiata con un’unità di attuazione in grado di svolgere in maniera integrata sia la funzione di propulsione che di sterzatura. Il tema è da poco oggetto di ricerca presso la comunità scientifica internazionale e al momento sono reperibili in letteratura solo studi teorici su aspetti specifici mentre non è documentata alcun attività sperimentale. Pertanto l’obiettivo finale del Progetto è duplice:
- contribuire agli studi nel settore con un’analisi progettuale sia del sistema nel suo complesso sia delle apparecchiature elettriche che lo compongono,
- realizzare un sistema DaS distribuito prototipale per dimostrare che una progettazione avanzata e l’utilizzo delle moderne tecnologie elettriche ne rendono possibile l’impiego a bordo dei veicoli.
La dimostrazione sarà eseguita su un veicolo leggero a quattro ruote utilizzato per la mobilità a corto raggio per motivazioni che, oltre a quelle di semplicità realizzativa e di economicità del Progetto, sono di tipo applicativo: a) la struttura di un veicolo leggero permette di far risaltare la compattezza del sistema sviluppato nell’ambito del Progetto e b) le modalità di utilizzo di un veicolo leggero (circolazione in aeree strette e trafficate, guida da parte di persone non esperte o disabili) si prestano ad evidenziare le caratteristiche di manovrabilità e sicurezza >>>

Risultati parziali attesi

Il risultato finale del Progetto di Ricerca è costituito dalla realizzazione di un sistema DaS utilizzabile su veicoli elettrici a quattro ruote di taglia medio-piccola. Tale sistema sarà caratterizzato da un'architettura distribuita basata, per ciascuna ruota, su una unità di attuazione comprendente un motore a due gradi di libertà alimentato tramite un convertitore statico controllato da una ECU locale. Il sistema sarà governato da una ECU centrale per mezzo di una rete di comunicazione e include un power bus controllato da una ECU dedicata. Da un punto di vista applicativo, lo sviluppo di un siffatto sistema presenta un notevole interesse potenziale in considerazione dei vantaggi che può apportare in termini di migliore utilizzazione degli spazi interni del veicolo, di manovrabilità, di una maggiore capacità di affrontare anche situazioni sfavorevoli, quali terreni scivolosi o accidentati o in pendenza, correggendo all'occorrenza comandi impartiti dal guidatore che potrebbero risultare pericolosi. Rispetto ai tradizionali sistemi meccanici o idraulici di trasmissione della potenza di propulsione e dei comandi di sterzatura, il sistema proposto consente di aumentare sia la facilità di guida che il livello di sicurezza del veicolo oltre ad offrire una maggiore flessibilità di progettazione del layout interno.
La tipologia di veicoli presa a riferimento (i.e. i veicoli a quattro ruote di taglia medio-piccola) ha iniziato da poco ad acquistare una certa >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Premessa
Le motivazioni che inducono ad intraprendere lo studio e la sperimentazione di un sistema elettrico DaS ad architettura distribuita hanno origine dall’esigenza di dotare i veicoli leggeri a quattro ruote per la mobilità a corto raggio (microcar -chiamati anche quadricicli-, carrozzine per disabili, veicoli di tipo utilità, ecc.) di apparati in grado di accrescere la loro manovrabilità e stabilità. Questi veicoli sono infatti impiegati per la mobilità, spesso individuale, nei centri urbani o in insediamenti civili (p.es. aeroporti) o industriali (p.es. stabilimenti) e possono essere guidati da persone poco esperte o con ridotte capacità fisiche. La disponibilità di veicoli elettrici facili da manovrare e capaci di prevenire l’insorgenza di situazioni pericolose causate da un errato comando di guida rappresenta un presupposto favorevole al diffondersi di una mobilità urbana sostenibile.

Stato dell’arte sui sistemi DaS distribuiti
Le due azioni di propulsione e sterzatura di un veicolo sono tradizionalmente eseguite da due sistemi separati: la propulsione con un motore a combustione interna, la sterzatura per mezzo di organi meccanici. La propulsione può essere eseguita anche da un motore elettrico (veicoli elettrici) o in cooperazione da un motore termico e da uno elettrico (veicoli ibridi). A sua volta, l’esecuzione della sterzatura è parzialmente eseguita da un motore elettrico nei veicoli con sterzatura assistita mentre, in veicoli >>>