Riassunto analitico
La crescente attenzione verso le variazioni climatiche e la riduzione delle emissioni di CO2 sta incentivando la ricerca scientifica verso sistemi di propulsione che sfruttino sistemi di accumulo di energia in alternativa all’impiego di combustibili fossili. Le industrie nel settore automobilistico stanno investendo una significativa quantità di risorse nello sviluppo di nuovi veicoli o parzialmente, o completamente elettrici. Al giorno d’oggi, la sicurezza e l’efficienza delle batterie rappresentano alcune tra le maggiori sfide per l’elettrificazione su larga scala dei veicoli sia per trasporti pubblici, sia privati. A tal proposito, in questo lavoro di tesi sono state investigate architetture telaistiche che siano sufficientemente rigide e, allo stesso tempo, leggere atte a contenere pacchi batterie per vetture a sola alimentazione elettrica. Un incremento del requisito di rigidezza del nuovo telaio rispetto all’omologa versione a combustione interna è stato imposto per garantire un adeguato margine di protezione al pacco batteria assumendo che esso non contribuisca alle performance di rigidezza globali del telaio. La richiesta di minimizzazione della massa del telaio nel rispetto dei volumi disponibili e delle missioni omologative consente l’adozione di un maggior numero di celle, incrementando quindi l’autonomia di percorrenza della vettura. Tecniche numeriche di ottimizzazione in particolare, l’ottimizzazione topologica è stata adottata per il raggiungimento degli obiettivi precedentemente illustrati. Tale tecnica consente di determinare la distribuzione di materiale ottimale tale da minimizzare la funzione obiettivo massa e al contempo di soddisfare i vincoli prestazionali imposti da progetto. Il telaio è stato sollecitato da casi di carico sia di natura statica, sia impulsiva. Tra gli statici si annoverano la rigidezza flessionale e torsionale del telaio, nonché la verifica delle rigidezze di punti critici della struttura, e.g. attacco motore, attacchi sospensione a telaio, … . Per quanto riguarda i carichi di natura impulsiva vengono impiegati scenari di impatto omologativi, quali urto frontale e posteriore e, urto palo laterale. Quest’ultima condizione di carico risulta essere particolarmente critica e dimensionante per una architettura telaio in cui le batterie sono posizionate nel pianale vettura, a seguito degli elevati valori di intrusione laterale. Il progetto di tesi è stato sviluppato per una vettura berlinetta sportiva a motore centrale posteriore, definiti i suoi massimi ingombri di ottimizzazione. Alcune aree sono state escluse dal dominio di ottimizzazione quali l’alloggiamento dedicato agli assorbitori d’urto, attacchi sospensione nonché lo spazio riservato ai passeggeri. I risultati delle ottimizzazioni topologiche ottenute al variare del posizionamento del vano batterie in vettura sono stati comparati in termini di massa e posizione del baricentro vettura, rispetto all’omologa vettura allestita con motore a combustione interna. Diverse disposizioni del pacco-batteria in vettura sono state analizzate considerando anche l’influenza irrigidente data dalla presenza del tettuccio; pertanto la comparativa tra architettura telaio spider e coupé viene di seguito discussa. In conclusione, l’architettura telaio più performante in termini di riduzione massa risulta essere quella coupè e per la quale si è scelto un posizionamento del pacco batteria sul fondo della vettura in una tipica configurazione piana. Tuttavia, un maggior peso riscontrato nella versione spider risulta ampiamente compensato da un più efficiente posizionamento verticale e longitudinale del baricentro.
|