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Emilia 3

 

Info

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Sole e Sudore. L'auto solare Italiana corre lungo la via Emilia

Emilia 1 (2005): prototipo sviluppato in due anni di ricerca, giunge al terzo posto nel World Solar Cycling Challenge: 3000 km di deserto pedalando sotto il sole australiano.

Emilia 2 (2011): n.9 per la macchina elettrica con il corpo in carbonio, le ossa in nomex e i nervi in kevlar, una pelle di 6 mq di celle fotovoltaiche ad alto rendimento. Nata dopo anni di caparbia ostinazione e volontà, ha partecipato al World Solar Challenge 2011 confrontandosi con 40 team provenienti da 22 nazioni. Onda Solare è l’unico team italiano a percorrere la Stuart Highway, la strada che taglia da Nord a Sud il continente australiano.

Emilia 3 (Ottobre 2013): iscritti nuovamente con il n.9 al WSC 2013. Di nuovo, unico team italiano. Carbonio strutturale. Nuovo prototipo solare. Nuove idee, rinnovata passione, ambiziosi traguardi, avanguardia tecnologica di un’Italia solare che non smette di sognare.

Aerodinamica

prototipo

Con 1.3 kW a disposizione e 3000 km da percorrere in 10 giorni l'aerodinamica riveste un ruolo molto importante.
Quest'anno il compito dei progettisti é stato reso ancora più arduo dal nuovo Regolamento Tecnico che impone quattro ruote, nel 2011 erano tre, e impone un cono di visibilità per il pilota all'interno del quale non ci devono essere parti di carrozzeria (assente nella precedente versione del Regolamento). Con le nuove regole si vengono ad avere ben cinque oggetti sotto l'ala, in posizione molto ravvicinata, con possibili problemi di interferenza aerodinamica.

Nel progetto aerodinamico di Emilia 3 si é prestata una cura particolare a questo problema e una delle conseguenze più visibili è nel profilo del passaruota anteriore, asimmetrico, per adeguarsi alle linee di corrente generate dalla vasca centrale dove é alloggiato il pilota.
Con il nuovo regolamento si sono persi i riferimenti con le prestazioni delle vetture che hanno corso negli anni precedenti, ma si stima per Emilia 3 una velocità superiore ai 90 km/h. Molto dipenderà anche dalla levigatezza della superficie della carrozzeria. Lo studio aerodinamico é stato fatto esclusivamente per via numerica usando il codice di simulazione fluidodinamica STAR-CCM+ messo a disposizione da CD-adapco che partecipa come sponsor tecnico all'impresa.

Meccanica

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Leggero e robusto, elaborato tramite l'ausilio di analisi FEM, il telaio di Emilia 3 è realizzato in fibra di carbonio, kevlar e nomex che conferiscono eccellenti proprietà strutturali di resistenza e rigidezza.

Ruote, cerchi, sistema sterzante, forcellone posteriore, scatola guida e molti altri elementi sono stati disegnati e costruiti appositamente dal team Onda Solare per Emilia 3: il concept della scatola guida è mutuato dalle tecnologie usate in Formula Uno.

In collaborazione con i ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Università di Bologna è stata concepita, appositamente per Emilia 3, la progettazione in materiale composito della sospensione anteriore: uno dei componenti più critici della vettura.
Questo componente infatti deve assicurare stabilità di marcia al veicolo e deve garantire ridotte dissipazioni energetiche: contestualmente deve avere un peso contenuto ed elevata affidabilità, poiché su di esso grava tutto l'avantreno dell'auto. Le molle a balestra sono state le prime ad essere utilizzate in veicoli a motore, e, data la loro notevole rigidezza, sono ancora utilizzate per veicoli particolarmente pesanti. Il loro utilizzo automobilistico, negli ultimi 20 anni, è stato progressivamente ridotto.

Tuttavia due eventi concomitanti hanno reso le molle a balestra, o loro varianti geometriche, nuovamente interessanti per il settore automobilistico. Da un lato l'avvento di materiali compositi ad elevate prestazioni e delle relative tecnologie per la realizzazione di prodotti affidabili, dall'altro la necessità di realizzare veicoli nei quali il peso complessivo deve essere contenuto per ridurre i consumi energetici, come ad esempio nel caso di veicoli a propulsione ibrida o completamente elettrica. Dopo una accurata analisi della letteratura scientifica e tecnica si è scelto di realizzare una molla a sviluppo lineare in sandwich che colleghi entrambe le ruote anteriori, sia per ragioni di semplicità costruttiva che per l'efficacia operativa di tale configurazione.
La progettazione della molla in sandwich è stata sviluppata considerando quattro aspetti critici: i materiali del sandwich (legno di acacia stagionato e prepreg in fibra di carbonio), la geometria del sandwich (tratto lineare e tratti rastremati alle estremità), attacchi della molla al telaio del veicolo (elastomeri semicilindrici disaccoppiati), attacchi della molla ai gruppi delle ruote.

Emilia 3 nel suo complesso ha rappresentato e rappresenta una vero e proprio laboratorio di studio ed una palestra tecnologica per i materiali compositi a tutto campo. Nello sviluppo strutturale e meccanico di Emilia 3 sono state impiegate alcune tra le più avanzate tecniche di progettazione e congiuntamente sono state introdotte alcune delle più innovative ed avanzate tecniche per produrre componenti ad elevato contenuto tecnologico. La molla a balestra è uno dei tanti componenti che, grazie alla stretta collaborazione tra i ricercatori dell'Università di Bologna ed il team di Emilia 3, sono stati sviluppati coniugando innovazione, rigore scientifico ed avanzate pratiche costruttive.

Elettronica

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Le specifiche esigenze di gestione e stoccaggio dell'energia catturata dalle celle fotovoltaiche richiedono soluzioni sofisticate e affidabili, studiate su misura.

Questo delicato lavoro di ricerca, a cura del reparto elettronico del team Onda Solare, si è focalizzato sull'assemblaggio delle batterie, sulla creazione del sistema di controllo delle stesse, sull'elettronica di gestione della vettura e naturalmente sui sistemi di trasmissione dati. Il rendimento del motore e del driver, rispettivamente del 92% e del 97%, è eccellente; un sistema a microprocessore a 32 bit, adatto per sistemi definiti mission critical, gestisce il controllo dell'energia e l'equalizzazione di potenza tra i vari apparati.

Il firmware in ridondanza permetterà di gestire al meglio, attraverso algoritmi di controllo integrati, l’uso delle fonti energetiche tanto in automatico quanto in semi automatico (in modo che il pilota possa intervenire variando alcuni parametri di cruise control) e in manuale. Questa modalità comporta la gestione della vettura attraverso i comandi impartiti via radio dal team che si trova a bordo del mezzo di appoggio.

Il sistema di controllo invierà al pilota informazioni per agire sui rapporti del cambio, in funzione della coppia necessaria a mantenere il mezzo alla migliore velocità in base al percorso e all'energia disponibile: perciò è di grande importanza la strategia di gara.

Pacco batteria

Emilia 3 sarà equipaggiata da 21 kg di batterie agli ioni di litio, che garantiranno al veicolo un’autonomia di oltre 300 km in caso di scarso irraggiamento solare. Nel suo complesso la batteria è formata da 442 celle il cui assemblaggio è stato appositamente studiato per garantirne affidabilità e sicurezza. Per questo scopo è di fondamentale importanza l’utilizzo del Battery Management System, sviluppato dalla collaborazione tra il Dipartimento dell’Energia Elettrica e dell’Informazione e l’azienda di automazione industriale TBE. Il BMS ha il compito di tenere sotto costante controllo tensioni e temperature delle celle che costituiscono il pacco batteria, al fine di garantirne una perfetta equalizzazione.

Motoruota

Una delle principali sfide affrontate nella progettazione di Emilia 3 è stata l’integrazione dei motori elettrici all’interno delle ruote posteriori: un progetto ambizioso e dall’altissimo contenuto tecnologico che permette la totale eliminazione della trasmissione, aumentando il rendimento del sistema veicolo.

La motoruota è composta da una macchina elettrica sincrona a magneti permanenti a rotore esterno che, grazie agli avanzati algoritmi di calcolo, all’utilizzo di software di simulazione e agli elementi finiti utilizzati nella progettazione, raggiunge straordinarie efficienze (fino al 97%).

Grande attenzione è stata data allo studio del supporto motore: cercando soluzioni che minimizzassero i pesi, utilizzando materiali e tecniche di realizzazione all’avanguardia.

Per garantire il perfetto funzionamento delle motoruote è stato realizzato un apposito inverter che permette di controllare il motore al fine di ottenere le massime prestazioni.

Un grande ringraziamento va ai nostri sponsor tecnici, TEM, Renishaw RLS, Sonatron Futura, Fagandini Tranciature, per averci messo a disposizione i migliori materiali e la loro esperienza.

Pannelli solari

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Le centinaia di celle fotovoltaiche installate su Emilia 3 convertono l’energia del sole in energia elettrica. Questa è l'unica forma di energia utilizzabile durante la gara.

I 6 metri quadrati di celle fotovoltaiche al silicio monocristallino forniscono poco più di 1,3 kW grazie all’eccellente rendimento, superiore al 22%.
La ricerca che ha portato alla creazione del pannello solare di Emilia 3 è stata incentrata sul massimo rendimento delle celle, sull’affidabilità e sull’ottimizzazione dei pesi in funzione della massima leggerezza della vettura.

La laminazione del pannello fotovoltaico è stata curata da uno dei nostri principali sponsor: Solbian Energie Alternative.
La laminazione è un processo estremamente delicato poichè le celle fotovoltaiche, costituite da silicio e spesse poco più di un decimo di millimetro, devono essere incapsulate per adattarsi alla superficie del veicolo solare senza danneggiarsi.

MPPT

Il Maximum Power Point Tracking è un dispositivo fondamentale che permette di estrarre la massima potenza erogabile dai pannelli fotovoltaici.
Le schede di questi dispositivi sono interamente state sviluppate all’interno del Dipartimento dell’Energia Elettrica e dell’Informazione dell’Università di Bologna, inseguendo l’obiettivo della massima efficienza energetica e della massima affidabilità.

L’eccellente risultato ottenuto è stato possibile anche grazie all’altissima professionalità ed esperienza dei nostri sponsor tecnici che, sposando il nostro progetto, ci hanno garantito la disponibilità dei migliori materiali presenti sul mercato.

Ringraziamo in particolare STMicroelectronics, Würth Elektronik e PreventLab.

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