Riassunto analitico
Lo scopo di questo studio è quello di analizzare e valutare la possibile implementazione di un sistema a trazione integrale su un motociclo „dual-sport” elettrico. Il progetto é basato fondamentalmente sull'analisi dei motori elettrici attualmente presenti sul mercato.
In primis, viene esaminata l'evoluzione in atto nell'industria veicolare contemporanea. È ormai opinione consolidata che la conversione della motorizzazione dei veicoli verso l'"elettrico" sia inevitabile per ogni produttore, imposta da una notevole quantitá di fattori, primo fra tutti l’emissione dei gas serra. Questo fenomeno viene analizzato dettagliatamente e nel contempo vengono presentate le principali problematiche relative all’”elettrificazione”.
Step successivo: il benchmarking di un motociclo dotato di propulsore a combustione interna di alta qualità è seguito dall'esame di motocicli a propulsione elettrica da fuoristrada e “dual-sport” leader della categoria. Questa analisi di mercato è essenziale per determinare i parametri che andranno a delineare poi il target finale del prodotto.
Inoltre, per evitare che il progetto si basi solamente su tabelle di dati tecnici, i motoveicoli presi in considerazione, sono stati realmente testati. I risultati sono stati quindi relazionati ed esaminati con cura.
Dopo aver preso atto di quanto disponibile sul mercato, si é passati all'analisi della dinamica del veicolo, necessaria a chiarire vantaggi e svantaggi di tale sistema; é stata effettuata una ricerca relativa alla storia dei vari sistemi di trazione integrale e presentati i progetti di quelli che hanno riscosso il maggior successo sia nel passato che ai nostri giorni.
É la conclusione di questa analisi che ha determinato i parametri guida e quindi gli obbiettivi della progettazione concettuale; il passo successivo é stato definire i margini da rispettare in una approfondita ricerca di mercato di un propulsore elettrico. Il processo di selezione del sistema di trazione da posizionare sulla ruota anteriore del veicolo, è stato descritto dettagliatamente.
Sono state esaminate le difficoltá derivanti dalla trasmissione diretta che hanno determinato l'adozione e quindi la progettazione di un sistema di trasmissione identificato come "sistema epicicloidale" (a planetari), direttamente collegato all'albero del motore elettrico e nel contempo al mozzo ruota. Ciò ha consentito di armonizzare le caratteristiche del motore elettrico ai parametri guida del progetto, consentendo di non superare i limiti di dimensioni e masse imposti. Per la progettazione della trasmissione epicicloidale é stato utilizzato il software MITCalc - Calcolo dell'ingranaggio planetario (Geometry and Strength Check).
A ció é seguito il processo di progettazione CAD (Computer-Aided Design). In questa fase, lo studio ha superato di gran lunga i confini di un semplice progetto concettuale in quanto sviluppato tenendo conto di una rilevante quantitá di parametri: prevede fra l'altro, semplicitá di produzione dei componenti, facilità di assemblaggio e manutenzione del propulsore. Anche la consapevolezza commerciale ha avuto un impatto significativo sul processo globale. Questa fase è stata sviluppata nell’ambiente di modellazione 3D del software Siemens NX.
Concludendo, una volta completato il ciclo di montaggio della ruota anteriore, viene presentata una breve introduzione alla selezione del "controller". Viene inoltre valutata l'eventuale trazione alla ruota posteriore, con considerazioni e riflessioni seguite da alcuni spunti per ulteriori step progettuali.
Nel complesso, il livello estremamente dettagliato del progetto puó consentire lo sviluppo in tempi brevi di un prototipo che permetterá di raccogliere dati sperimentali utili a migliorare un possibile prodotto finale.
|
Abstract
This study aims to analyse and evaluate the possible implementation of an electric, all-wheel-drive propulsion system on a dual-sport motorcycle. The project is based on electric drives currently available on the market.
First, the transformation in the automotive industry is analysed. As known today, the electrification step is inevitable for all vehicle manufacturers due to several reasons. The most crucial one, the greenhouse gas emission, is analysed in detail, while the main issues related to electrification are presented.
Next, the electric, off-road motorcycle segment is reviewed. The benchmarking of a
high-quality, internal combustion engine motorcycle is followed by the evaluation of the class-leading electric off-road and dual-sport motorcycles. This market analysis is vital for the product’s final target definition. Furthermore, to not only deal with technical datasheets, some vehicles related to the project are tested. Experimental results are summarised and examined precisely.
After getting familiar with the market, vehicle dynamics analysis is fundamental to clarify the benefits and drawbacks of such a system. Besides this, the history of all-wheel-drive systems is analysed while presenting the most successful two-wheel-drive motorcycle projects from the past and present.
The conclusions of the previous investigation define the conceptual design targets. For this reason, the next step is the setting of the boundary conditions, followed by a detailed electric motor market analysis. The selection process of the front hub motor is presented in detail.
Furthermore, issues related to direct drive are analysed, making necessary a transmission unit design. Latter is a planetary gear set attached directly to the electric motor's output and the wheel hub. This allows matching the selected electric motor’s specifications with the design targets without exceeding the dimension and mass limits. The software used for the planetary gear design is MITCalc – Planetary Gearing Calculation (Geometry and Strength Check).
The electric motor selection and the planetary gear set design is followed by the CAD (Computer-Aided Design) process. This part exceeds the limits of a simple conceptual design by also focusing on additional viewpoints. Keeping in mind the critical aspects of manufacturing, ease of the assembly process and maintenance activities are essential, while commercial awareness significantly impacts the process. This phase is developed in the 3D modelling environment of Siemens NX software.
Finally, after having the front wheel assembly, a brief introduction of controller selection is presented. Moreover, a possible rear-wheel-drive is evaluated, followed by some hints about further design steps. Overall, the project's level of detail allows the development of a prototype in a short period, leading to the possibility to collect experimental data to improve a possible final product.
|
