L'obiettivo della presente domanda di finanziamento è quello di ottenere un contributo alle spese necessarie al progetto, alla costruzione e al testing in pista di una monoposto che sia una piattaforma tecnologica sulla quale sviluppare le tematiche di ricerca relative alla guida autonoma e ai powertrain ibridi e che, allo stesso tempo, possa coinvolgere gli studenti di tutti i corsi di ingegneria per poter partecipare con lo stesso veicolo alle competizioni del circus della Formula Student e Formula SAE in rappresentanza del nostro Ateneo.
Focus del progetto saranno quindi gli aspetti di integrazione di numerosi e diversi ambiti dell'ingegneria che spaziano dalla dinamica dell'autoveicolo alle tecnologie dei materiali compositi, dalla Computer Vision agli algoritmi di Motion Planning e Model Predictive Control, dalla gestione dei motori ecosostenibili alimentati ad etanolo alla loro ibridizzazione con motori/generatori elettrici a bassa tensione (48 volt) in configurazione Mild-Hybrid in parallelo. Questo ultimo aspetto, in particolare, è il tema centrale del progetto di ricerca.
Le competizioni interuniversitarie sono poi l'ambito ideale dove sviluppare queste tecnologie sia per la caratteristica propria di tutte le competizioni di portare ai propri limiti ogni soluzione proposta, sia per la possibilità di un confronto diretto con quanto realizzato dalle altre università in un contesto internazionale a livello mondiale, sia, infine, per la ovvia ricaduta formativa che questi eventi offrono in termini di crescita professionale per i numerosi futuri ingegneri e ricercatori che queste iniziative coinvolgono e appassionano.
Il progetto alla base di questa domanda di finanziamento rappresenta il primo avvicinamento tra il team Sapienza Corse e il mondo degli impianti propulsivi ibridi, ed in particolare ad un powertrain mild-hybrid a 48V in configurazione P3. Il primo passo intrapreso è consistito nel tentare una serie di simulazioni Simulink a parametri concentrati indirizzate a verificare in forma comparativa i possibili vantaggi delle diverse configurazioni ibride nelle prove contro il tempo che devono essere affrontate nelle gare di Formula Student: Acceleration, Skidpad, Autocross, Endurance/Fuel Efficency. Ognuna di queste prove esalta aspetti diversi della vettura e può trarre vantaggio in modo diverso dalla scelta del powertrain ibrido.
Ad esempio, nell'Acceleration, la prova di accelerazione da fermo, il contributo dei motori elettrici è quello di fornire un torque boost alla trasmissione e di consentire il massimo vantaggio dall'adozione della trazione integrale. Sui circa 4 secondi della prova, si stima un guadagno di 0.2-0.4 secondi.
Nello Skidpad, dove non conta la trazione ma il controllo della vettura al limite di aderenza, sarà possibile gestire al meglio l'equilibrio della vettura utilizzando per la trazione esclusivamente i motori elettrici.
Nella prova di Autocross, caratterizzata da tracciati misto-stretti, si cerca la massima agilità che può essere certamente favorita dalle possibilità di torque boost e torque vectoring della trasmissione ibrida.
Infine, nella prova di durata dove contano anche i consumi, la possibilità di recupero di energia con la frenata rigenerativa rappresenta un vantaggio significativo.
Alla luce dei risultati delle simulazioni preliminari e delle precedenti considerazioni, è possibile concludere che la via dell'ibrido leggero può essere presa in considerazione ed approfondita perché mostra notevoli punti di forza che permetterebbero a Sapienza Corse di aumentare la propria competitività in un contesto che si sta dirigendo verso l'elettrificazione anche nelle manifestazioni sportive.
In particolare, abbiamo valutato che la tecnologia Mild Hybrid in configurazione P3:
- permette di eliminare il torque vectoring esistente (meccanico), effettuando la vettorizzazione in maniera ugualmente efficace ma con un sistema meno soggetto a malfunzionamenti meccanici, più veloce e facilmente controllabile.
- si sposa con la trasmissione integrale ad H, caratteristica identificativa del team Sapienza Corse, permettendo quindi di non stravolgere l'architettura della trasmissione e anzi, sfruttandone i vantaggi collegando le macchine elettriche ai due alberi di trasmissione longitudinali.
- viene classificata come 'Low Voltage'. Le tensioni di alimentazione inferiori ai 60V sono considerate non pericolose dal punto di vista degli shock elettrici e non richiedono un isolamento particolare rispetto ai sistemi a 12V. Di conseguenza si riducono anche costi e pesi aggiuntivi.
- migliora le prestazioni generali della vettura, sia dal punto di vista dell'accelerazione longitudinale, sia da quello della tenuta laterale, sia della motricità e dei consumi.
- si integra bene con la gestione della guida autonoma. Il computer di bordo è facilitato nel gestire in maniera ottimale i diversi sottosistemi rispetto ad un pilota che con il solo pedale dell'acceleratore deve poter gestire un powertrain così complesso.
Queste considerazioni danno luogo all'elenco delle attività che saranno dettagliate nel paragrafo successivo.