Semplificazioni meccaniche e risparmi energetici

AUTOMOTIVE –

Una varietà di nuove soluzioni elettroniche consente oggi di semplificare la meccanica degli autoveicoli e di migliorarne l’efficienza energetica complessiva.

Un primo possibile esempio di semplificazione meccanica ottenuta grazie all'elettronica riguarda i tergicristalli. Bosch ha recentemente realizzato un sistema che consente di azionare le due spazzole tramite altrettanti motori indipendenti, coordinati tra loro elettronicamente con una tecnica che si potrebbe definire di “motion control”. In questo modo diviene possibile fare a meno del sistema di bracci e leve che viene utilizzato nei sistemi tradizionali per ottenere il movimento coordinato delle due spazzole. I vantaggi di questa soluzione sono molteplici. In primo luogo l'eliminazione di molte parti meccaniche permette di liberare spazio sotto il cofano e di alleggerire il veicolo. Inoltre il funzionamento del drive (il blocco comprendente il motore elettrico e la relativa elettronica di controllo) può essere programmato a piacere, il che consente semplificazioni a vari livelli. Un unico tipo di drive può essere utilizzato per entrambi i tergicristalli (sinistro e destro) e anche per diversi modelli di auto; tutte le modifiche necessarie per tenere conto delle variabili in gioco (le diverse dimensioni dei parabrezza nei vari modelli di auto, le diverse modalità di coordinamento tra le spazzole, le versioni con guida a destra) possono essere ottenute via software. In fase di assemblaggio, inoltre, diviene possibile fare a meno delle regolazioni meccaniche che, nelle soluzioni tradizionali, servono a evitare che la spazzola esca dal perimetro del parabrezza; è infatti sufficiente impostare via software la posizione a riposo e l'angolo di rotazione desiderato. La prima auto ad utilizzare questo sistema è la nuova Ford Focus.

Novità per il freno a mano elettrico
Ancora in tema di semplificazioni meccaniche rese possibili dall'elettronica, un altro interessante esempio riguarda il freno di stazionamento, il cosiddetto “freno a mano”. Finora la soluzione elettrica o Epb (Electric park brake) non ha avuto grande diffusione perché presuppone la presenza di freni a disco anche sull'asse posteriore, dove la maggior parte dei veicoli monta invece i più economici freni a tamburo. Una nuova soluzione recentemente presentata da Trw consente ora di realizzare il freno di stazionamento elettrico sull'asse anteriore, dove sono sempre presenti i freni a disco. Anche in questo caso le semplificazioni meccaniche sono significative: spariscono infatti la leva del freno a mano e tutti i meccanismi necessari per collegarla con i freni a tamburo posteriori. Nella soluzione messa a punto da Trw i circuiti di controllo sono integrati con l'unità Esc (Electronic Stability Control) esistente.

La trasmissione Cvt
L'elettronica è oggi indispensabile anche per realizzare le più moderne versioni del “cambio continuo” o Cvt (Continuous variable transmission), un tipo di trasmissione che promette significative riduzioni dei consumi di carburante. Anziché offrire cinque rapporti fissi, il cambio Cvt permette di variare con continuità il rapporto tra il numero di giri del motore e quello delle ruote, consentendo così al propulsore di operare sempre alla velocità Rpm ottimale (in termini di coppia erogata e di efficienza energetica), indipendentemente dalla velocità del veicolo. Una delle soluzioni più diffuse per realizzare questo tipo di cambio si basa su una particolare cinghia metallica a sezione trapezoidale che collega due pulegge con gola a V. Ogni puleggia è composta da due dischi separati, uno dei quali può traslare sul proprio asse per allargare o restringere la gola. In questo modo è possibile regolare la distanza tra la cinghia e il centro della puleggia, cioè in pratica variare il diametro della puleggia stessa. Coordinando elettronicamente lo spostamento dei dischi mobili delle due pulegge, è possibile aumentare il diametro di una mentre cala il diametro dell'altra (condizione indispensabile, d'altra parte, per utilizzare una cinghia di lunghezza fissa); in questo modo il rapporto di trasmissione tra i due alberi può variare con continuità. Secondo Bosch, che ha realizzato un cambio di questo tipo, la trasmissione Cvt consente una riduzione del 15% dei consumi di carburante. Altri tipi di Cvt, ad esempio quello utilizzato sulla Toyota Prius, sono invece basati su ruotismi epicicloidali; la fattibilità pratica di queste soluzioni, note da tempo sul piano teorico, dipende dalla disponibilità di nuovi componenti elettromeccanici ed elettronici (motori a magneti permanenti e inverter).

Controllo di velocità per i motori elettrici
È ancora l'elettronica, infine, a rendere possibile la riduzione del consumo di energia dei motori elettrici utilizzati per azionare una varietà di organi meccanici a bordo del veicolo: il compressore del climatizzatore, le ventole, le pompe ecc. Si tratta di un aspetto non più trascurabile, dati i limiti sempre più stringenti imposti dalle norme sulle emissioni e sui consumi. Tutti i carichi elettrici di bordo, infatti, appesantiscono il lavoro dell'alternatore, che “frena” il motore aumentando il consumo di carburante. In tutti i casi, la riduzione dei consumi dei motori elettrici si basa sulla regolazione elettronica della velocità, che prende il posto di soluzioni a velocità fissa. Un primo possibile esempio riguarda i climatizzatori, responsabili del 5% del consumo di carburante su base annua: in questo campo il produttore specializzato Delphi ha ottenuto una significativa riduzione dei consumi di energia elettrica anche grazie a un compressore variabile controllato elettronicamente e a una ventola a velocità variabile controllata tramite Pwm. Scopo di entrambe le soluzioni è regolare la capacità del sistema di climatizzazione in funzione delle reali necessità. Un altro esempio riguarda la nuova pompa del carburante recentemente realizzata da Continental, che è dotata dei circuiti necessari a regolare istante per istante la propria velocità in funzione dell'effettivo fabbisogno di benzina o gasolio. Nelle soluzioni tradizionali, invece, il motore elettrico che aziona la pompa gira sempre alla massima velocità. Secondo Continental, il risparmio di energia elettrica così ottenuto può raggiungere il 70%, il che - in un motore da 1,8 litri - equivale a ridurre di due grammi per chilometro le emissioni di anidride carbonica. L'elettronica di controllo della nuova pompa è integrata direttamente nell'unità che viene installata nel serbatoio e può quindi essere dotata anche di funzioni di autodiagnosi. Continental ha reso noto che questa soluzione sarà adottata nel 2013 da un importante costruttore automobilistico europeo.

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