Sulla ricerca del minimo dei consumi per vetture sportive

• Main Author: Dolcini, Enrico <1978>
• Other Authors: Molari, Pier Gabriele
• Format: Doctoral Thesis
• Language: it
• Published: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna 2008
• Subjects: ING-IND/14 Progettazione meccanica e costruzione di macchine
• Online Access: http://amsdottorato.unibo.it/896/

La ricerca oggetto di questa tesi, come si evince dal titolo stesso, è volta alla riduzione dei consumi per vetture a forte carattere sportivo ed elevate prestazioni specifiche. In particolare, tutte le attività descritte fanno riferimento ad un ben definito modello di vettura, ovvero la Maserati Quattroporte. Lo scenario all’interno del quale questo lavoro si inquadra, è quello di una forte spinta alla riduzione dei cosiddetti gas serra, ossia dell’anidride carbonica, in linea con quelle che sono le disposizioni dettate dal protocollo di Kyoto. La necessità di ridurre l’immissione in atmosfera di CO2 sta condizionando tutti i settori della società: dal riscaldamento degli edifici privati a quello degli stabilimenti industriali, dalla generazione di energia ai processi produttivi in senso lato. Nell’ambito di questo panorama, chiaramente, sono chiamati ad uno sforzo considerevole i costruttori di automobili, alle quali è imputata una percentuale considerevole dell’anidride carbonica prodotta ogni giorno e riversata nell’atmosfera. Al delicato problema inquinamento ne va aggiunto uno forse ancor più contingente e diretto, legato a ragioni di carattere economico. I combustibili fossili, come tutti sanno, sono una fonte di energia non rinnovabile, la cui disponibilità è legata a giacimenti situati in opportune zone del pianeta e non inesauribili. Per di più, la situazione socio politica che il medio oriente sta affrontando, unita alla crescente domanda da parte di quei paesi in cui il processo di industrializzazione è partito da poco a ritmi vertiginosi, hanno letteralmente fatto lievitare il prezzo del petrolio. A causa di ciò, avere una vettura efficiente in senso lato e, quindi, a ridotti consumi, è a tutti gli effetti un contenuto di prodotto apprezzato dal punto di vista del marketing, anche per i segmenti vettura più alti. Nell’ambito di questa ricerca il problema dei consumi è stato affrontato come una conseguenza del comportamento globale della vettura in termini di efficienza, valutando il miglior compromesso fra le diverse aree funzionali costituenti il veicolo. Una parte consistente del lavoro è stata dedicata alla messa a punto di un modello di calcolo, attraverso il quale eseguire una serie di analisi di sensibilità sull’influenza dei diversi parametri vettura sul consumo complessivo di carburante. Sulla base di tali indicazioni, è stata proposta una modifica dei rapporti del cambio elettro-attuato con lo scopo di ottimizzare il compromesso tra consumi e prestazioni, senza inficiare considerevolmente queste ultime. La soluzione proposta è stata effettivamente realizzata e provata su vettura, dando la possibilità di verificare i risultati ed operare un’approfondita attività di correlazione del modello di calcolo per i consumi. Il beneficio ottenuto in termini di autonomia è stato decisamente significativo con riferimento sia ai cicli di omologazione europei, che a quelli statunitensi. Sono state inoltre analizzate le ripercussioni dal punto di vista delle prestazioni ed anche in questo caso i numerosi dati rilevati hanno permesso di migliorare il livello di correlazione del modello di simulazione per le prestazioni. La vettura con la nuova rapportatura proposta è stata poi confrontata con un prototipo di Maserati Quattroporte avente cambio automatico e convertitore di coppia. Questa ulteriore attività ha permesso di valutare il differente comportamento tra le due soluzioni, sia in termini di consumo istantaneo, che di consumo complessivo rilevato durante le principali missioni su banco a rulli previste dalle normative. L’ultima sezione del lavoro è stata dedicata alla valutazione dell’efficienza energetica del sistema vettura, intesa come resistenza all’avanzamento incontrata durante il moto ad una determinata velocità. Sono state indagate sperimentalmente le curve di “coast down” della Quattroporte e di alcune concorrenti e sono stati proposti degli interventi volti alla riduzione del coefficiente di penetrazione aerodinamica, pur con il vincolo di non alterare lo stile vettura. === The present research is focused completely on the fuel consumption reduction for a high performance sports vehicle, specifically, the Maserati Quattroporte. The scenario in which this research takes place is that of a strong push to reduce greenhouse gases (notably, carbon dioxide, CO2), in accordance with the Kyoto protocol’s statements. The necessity in containing CO2 emissions are conditioning each field of our society: from heating of private houses to industrial buildings; from energy generation to production processes in general. Within this context, automotive OEM ( Original Equipment Manufacturer ) are clearly called on because of the high amount of CO2 produced every day by automobiles all over the world. Beside the delicate issue of emissions, there is another, perhaps even more urgent and contingent one pertaining to the socio-economic situation: fossil fuels, are recognised as a non-renewable source of energy and their availability is connected with specific areas of the world. Moreover, the socio-political situation that Middle East is facing and the increasing demand due to growth of new markets, have recently made the price of oil rise at an alarming rate. For this reason, energy efficiency in general and low fuel consumption are becoming evermore appreciated and important marketing factors, even for the high class vehicles. During this work, the fuel consumption problem has been approached as a consequence of the overall car efficiency, searching for the best trade off among the different functional areas constituting the whole vehicle. An important part of the research was spent on the development and optimisation of a simulation model, which allowed evaluation and sensitivity of different parameters which influence the vehicles fuel consumption to be investigated. Several calculations were performed and their results were exploited in order to suggest a modification to the original gear ratios. The new ratios proposed for the electro-actuated transmission, were thought to best optimise the compromise between fuel consumption and performance, with special attention not to penalise the latter too much. The new solution was actually built and tested on a prototype which showed an important benefit in terms of fuel consumption reduction, both in the European and American Standard cycles ( NEDC, FTP 75 ). The experimental results were used to improve the correlation of the theoretical model whose global reliability has proved to be efficient and robust. The new gear ratios were also evaluated from the point of view of car performance and the global response was definitely acceptable. The accuracy of the calculation model was increased further by these new activities and due to the high amount of experimental information collected. Another part of the work was dedicated to the comparison between the new version of electro-actuated transmission and a prototype Maserati Quattroporte with automatic drive and torque converter. Thanks to this activity it was possible to analyse the different behaviour of the two solutions in terms of instantaneous and global fuel consumption during the standard tests. The final section was focused on the evaluation of the energy efficiency of the vehicle system referring to the resistance that the car has to overcome in order to maintain a certain constant speed. The “coast down” curves for the Maserati Quattroporte and for some other models of the same market segment were acquired experimentally. This enabled suggestions to improve the aerodynamic resistance to be made, with the strict constraint of keeping the vehicle style and outer appearance absolutely unchanged.