Con gli obiettivi fissati dal Green Deal[1] europeo, i 27 Stati membri dell’UE si sono impegnati a trasformare l’Europa nel primo continente a impatto climatico zero entro il 2050. Per farlo, la Commissione europea ha adottato una serie di proposte in materia di clima, energia e trasporti. Tra queste c’è ridurre significativamente le emissioni nette di gas a effetto serra entro il 2025, stabilendo nuovi limiti per le autovetture a 80 g CO2/km. I veicoli elettrici ibridi (HEV) rappresentano una delle principali opzioni tecnologiche per ridurre le emissioni di CO2 e permettere alle case automobilistiche di raggiungere gli obiettivi fissati dal Green Deal. In questo contesto Teoresi, nell’ambito dei suoi studi in tema di Powertrain e motori ad alimentazione alternativa, ha realizzato una ricerca – in collaborazione con Università di Napoli Federico II – che mostra come la strategia di gestione dell’energia a bordo veicolo influisca sul risparmio di carburante e limiti le emissioni nei veicoli elettrici ibridi.
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In Europa crescono i veicoli elettrici ibridi
I dati ufficiali dell’Associazione delle case costruttrici europee (Acea)[2] riportano che, nel 2021, in Europa, la quota di mercato delle auto ibride è aumentata in modo significativo: dall’11,9% del 2020 è passata al 19,6%, con immatricolazioni salite al 60,5% (1.901.239 unità totali). E il mercato cresce anche in Italia dove, da gennaio a ottobre 2021, sono stati immatricolati oltre 476.000 nuovi veicoli HEV, il 38% del totale delle auto vendute. I veicoli elettrici ibridi sono ormai sempre più diffusi, soprattutto nelle città, dove hanno rapidamente conquistato un’importante fetta di consumatori grazie ai vantaggi rappresentati dalle emissioni ridotte e da una migliore efficienza dei consumi. Le nuove soluzioni possono essere totalmente elettriche (BEV) oppure ibride (HEV). I principali vantaggi di ambo le tipologie che permettono di ottenere migliori consumi sono legati al recupero dell’energia cinetica tramite frenata rigenerativa e all’uso del motore elettrico notoriamente più efficiente e meno soggetto all’usura degli organi meccanici, rispetto alle tecnologie convenzionali. In particolare, negli ibridi elettrici (HEV) il motore elettrico, integrato nel sistema di propulsione del veicolo secondo diverse architetture, va in ausilio a quello convenzionale intervenendo nelle zone in cui l’efficienza di quest’ultimo è bassa migliorando la resa globale del veicolo.
Gestione dell’energia per limitare le emissioni: la ricerca
I veicoli elettrici ibridi pongono tuttavia nuove sfide dell’ingegneria automobilistica. Le case costruttrici e i loro fornitori hanno piene competenze in materia di meccanica del motore, ma l’integrazione con i sistemi batteria e l’elettronica di potenza richiede nuove conoscenze.
Proprio da uno dei filoni di ricerca più innovativi, quello legato alla sostenibilità dei trasporti, nasce lo studio al quale hanno preso parte Michele Pipicelli, Antonio Troiano, Francesco de Nola, Dario Santoro e Bernardo Sessa (Teoresi), in collaborazione con Giovanni Giardiello e Alfredo Gimelli dell’Università Federico II di Napoli.
La ricerca ha messo a confronto due differenti strategie di gestione dell’energia su un modello di veicolo HEV, mediante un’analisi comparativa sul consumo di carburante. Tali strategie sono quindi state testate su diversi cicli di guida e confrontate con altri sistemi disponibili, per delineare una strategia ottimale di gestione energetica che minimizzi il consumo di carburante: l’output principale è il power-split, ovvero il modo in cui la richiesta di potenza del guidatore viene distribuita tra il motore a combustione interna e il motore elettrico.
La ricerca di Teoresi e Università di Napoli Federico II ha richiesto, pur all’interno di scenari virtuali che simulano la realtà, di prendere in considerazione numerose variabili supportate da dati esistenti: uno degli elementi di maggiore novità dello studio, infatti, risiede nel fatto che le strategie di controllo operate da Teoresi sono effettivamente implementabili in centraline reali. Questa scelta, frutto di una precisa volontà di concretezza emersa sin dalla genesi dello studio, non è scontata: la letteratura è piena di ottime soluzioni di controllo, la cui implementazione richiede però informazioni non disponibili a bordo veicolo. I risultati ottenuti da Teoresi e Università Federico II dimostrano come una strategia che faccia uso delle sole informazioni disponibili a bordo veicolo sia in grado di ottenere, tramite una gestione ottimale della batteria, sia un risparmio di carburante sia la limitazione delle emissioni nei veicoli elettrici ibridi.
Il futuro della mobilità elettrica passa per il powertrain
Le attività di ricerca sono spesso una risposta alle esigenze di mercato. Lo studio svolto da Teoresi e Università Federico II è stato presentato il 7 aprile 2022 a Detroit, Michigan, al WCX World Congress Experience 2022 di SAE International il più grande evento mondiale dedicato alla mobilità, che riunisce ingegneri meccanici, elettronici e del software esperti di innovazione e sostenibilità per condividere, aggiornarsi e trovare soluzioni alle sfide più complesse della mobilità. La partecipazione di Teoresi al WCX World Congress Experience di Detroit, nell’ambito delle sessioni tecniche dedicate alle ricerche sul consumo di carburante, emissioni e prestazioni della mobilità ibrida ed elettrica, dimostra l’applicazione concreta dello studio.
Quello che ci si aspetta dal proseguire delle ricerche è che, prossimamente, si possa effettivamente verificare a bordo veicolo il riscontro sperimentale in termini di riduzione dei consumi di carburante e CO2: lavorando su tali strategie nei veicoli HEV sarà possibile, per le case automobilistiche, assecondare l’evoluzione del mercato verso soluzioni innovative e a basso impatto ambientale, in grado di ridurre i consumi senza perdere potenza e prestazioni.
Note
- Un Green Deal europeo, Piano di investimenti del Green Deal europeo ↑
- Il mercato dei veicoli ibridi in Europa (dati Acea) ↑
