Progettazione, modellazione e metodi di collaudo avanzati per ridurre il rumore e la vibrazione dei veicoli elettrici
Adesso che i primi prototipi di veicoli elettrici (VE) sono arrivati sul mercato, è diventato sempre più chiaro che i dubbi riguardo al rumore non sono stati tenuti nella giusta considerazione. Solo dopo che I prototipi sono stati introdotti, il rumore prodotto da vari componenti ha cominciato a essere considerato un elemento fastidioso. Un’analisi più approfondita, la valutazione e ottimizzazione dei motori elettrici in termini di rumore, vibrazione e ruvidità (noise, vibration and harshness, NVH) durante la fase iniziale di sviluppo sono essenziali. In un gruppo propulsore elettrico, componenti meccanici ed elettrici sono collegati attraverso sensori e attuatori a regolatori che definiscono le funzioni generali. La progettazione di tali sistemi VE richiede soluzioni di simulazione e collaudo che siano in grado di analizzare e ottimizzare le prestazioni, tenendo conto allo stesso tempo delle interazioni meccaniche, elettriche e di controllo tra sottosistema e componenti. La progettazione e lo sviluppo di ogni sottosistema richiede livelli di integrazione crescenti e affidamento sui modelli. A seconda della fase di progettazione, sono necessari diversi livelli e algoritmi di accuratezza del modello. Il rumore e la vibrazione ostacolano l’integrazione del motore elettrico Il progetto DEMOTEST-EV (Design, modelling and testing tools for electrical vehicles powertrain drives), finanziato dall’UE, “si proponeva di sviluppare strumenti di progettazione, modellazione e collaudo avanzati e ampi per una migliore modellazione del concetto e una maggiore precisione di previsione del rumore e della vibrazione generati dai motori dei VE,” dice il coordinatore del progetto, la professoressa Claudia Martis del Politecnico di Cluj-Napoca, in Romania. “È la risposta a due grandi sfide: le questioni di NVH che riguardano l’integrazione della propulsione elettrica e nuovi strumenti per gestire gli alti livelli di integrazione dei VE.” DEMOTEST-EV ha sviluppato e convalidato modelli analitici accoppiati elettromagnetici-vibroacustici per tre tipi diversi di motori elettrici per applicazioni nel settore delle automobile. Ha analizzato l’influenza di diversi parametri sul rumore magnetico dei motori e ha studiato l’influenza dell’avvolgimento e delle topologie del rotore su tale rumore. Infine, è stata fatta una valutazione a livello del sistema dei livelli di rumore e di vibrazione. Strumenti di modellazione e banchi di prova per affrontare i problemi di rumore e vibrazione dei VE Secondo la prof.ssa Martis, il risultato più significativo di DEMOTEST-EV è stato l’opportunità data a ricercatori all’inizio della carriera e con esperienza del settore accademico e industriale di ampliare le abilità e competenze necessarie. Ricerca collaborativa, distaccamenti, condivisione di infrastrutture allo stato dell’arte, attività di formazione e divulgazione hanno migliorato il trasferimento di conoscenze, know-how e tecnologia. “Scegliere e manipolare diversi parametri di progettazione e modellazione e usare strumenti e tecniche avanzate a ogni livello di analisi è più facile se si collabora,” aggiunge. La condivisione delle strutture ha ampliato la quantità di attrezzature disponibili, ha migliorato l’accessibilità di hardware dedicato e strumenti software e ha generato una migliore conoscenza delle attrezzature condivise. Questo ha contribuito a stimolare il trasferimento di conoscenze e competenze nella progettazione, la modellazione e il collaudo dei tre motori elettrici. Un altro risultato importante è stato lo sviluppo di un ambiente di progettazione, modellazione e collaudo interconnesso. È accessibile direttamente o a distanza, sia online che offline, da parte di tutti i partner del progetto anche dopo il progetto. Sono stati progettati anche banchi di prova che possono essere usati da tutti i membri del team. Tra gli altri risultati degni di nota ci sono due nuove direzioni di ricerca. Una era un approccio multi-fisica e multilivello alla progettazione, la modellazione e il collaudo di VE. L’altra era una ricerca all’avanguardia nel campo delle macchine elettriche VE. “Nuovi tipi di gruppi propulsori come quelli per VE e veicoli ibridi comportano nuovi fenomeni di vibrazione che hanno un impatto negativo sulle prestazioni NVH e in definitiva sull’efficienza del veicolo,” spiega la prof.ssa Martis. DEMOTEST-EV ha permesso agli ingegneri di conoscere meglio questi fenomeni al fine di misurare ed eliminare la causa alla radice del NVH. “Li stiamo aiutando a capire meglio e prevedere i livelli di rumore e vibrazione dei VE,” conclude. Questo dovrebbe contribuire ad accelerare l’arrivo sul mercato dei VE in Europa.
Parole chiave
Veicoli elettrici, rumore, vibrazioni e ruvidità, DEMOTEST-EV, gruppo propulsore
