Studio di un sistema di shifting meccatronico per trasmissioni innovative accoppiate a motopropulsori elettrici = Study of a mechatronic shifting system for innovative transmissions coupled with electric powertrains

Il progetto di tesi svolto presso Mecaprom s.r.l. si inserisce come parte del progetto EPLUS (Electrified Power Link for Unified traction Systems) nell’ambito del programma europeo per la ricerca “HORIZON 2020”, nella specifica “sfida per la società” relativa ad un “sistema di trasporti intelligenti, ecologici e integrati”. Il progetto EPLUS si pone infatti come obiettivo quello di promuovere la diffusione di veicoli a motopropulsione elettrica, tramite un sistema integrato motore-trasmissione in grado di ridurre i consumi energetici, aumentando l’autonomia del veicolo, ed evitare emissioni di inquinanti atmosferici (PM, CO2, ecc). Il gruppo di trasmissione è caratterizzato della presenza di una pluralità di rapporti di riduzione, collegati ad una unità differenziale finale, ed è destinato esclusivamente ad essere accoppiato ad un motore elettrico di trazione, con lo scopo di: -??configurare l’utilizzo del sistema di motopropulsione su una ampia gamma di veicoli; -??modulare la curva di erogazione di coppia del motore elettrico su un più ampio campo di velocità del veicolo; -??produrre una modalità di cambiata automatizzata, senza percezione di interruzione di coppia alle ruote; -??realizzare una soluzione di trasmissione, inclusiva di una pluralità di rapporti di riduzione e di un differenziale finale, favorevole dal punto di vista degli ingombri e del peso, rispetto alle soluzioni derivate da gruppi cambio destinati all’accoppiamento con motori endotermici, dotate di frizioni a slittamento o altri dispositivi di modulazione della coppia motrice. Il fulcro del progetto di tesi è lo studio del sistema di shifting meccatronico della trasmissione plurirapporto E-PLUS. Dopo un’attenta stesura delle specifiche prestazionali richieste al sistema di attuazione e dei vincoli imposti dal “sistema veicolo”, si è giunti ad un’architettura composta da un motore elettrico di piccola taglia, 2 rapporti di riduzione, una molla di torsione agganciata ad un tamburo sul quale sono ricavate due piste dove scorrono i perni delle forcelle che movimentano il manicotto d’innesto(dog gear ring). Il suo ruolo è quello di eseguire le operazioni di shifting del rapporto di trasmissione garantendo una transizione dinamica tale da poter essere controllata da una strategia di controllo combinato di coppia/regime del motore elettrico di trazione con banda passante adeguata a garantire tempi di sincronizzazione minimi definiti come da requisito in specifica. Il dispositivo si avvale di un innovativo sistema di controllo elettronico che, monitorando attraverso dei sensori una serie di informazioni all’iterno del gearbox, è in grado di effettuare il cambio marcia tramite un innesto a denti frontali evitando l’utilizzo di dispositivi ad alta complessità/costo quali frizioni e sincronizzatori. E’ stato realizzato uno studio fisico/matematico del sistema di attuazione attraverso la modellizzazione in ambiente matlab e la simulazione attraverso il tool simulink che realizzano i requisiti prestazionali definiti a specifica. Le prestazioni del dispositivo modellato sono state validate in ambiente virtuale, preventivamente alla validazione fisica che avverrà su banco di prova successivamente alla fase di prototipazione.