Non pensi alle tue gomme a meno che non siano sgonfie. È un punto giusto. Se rotolano, rotoli anche tu. Controlli la pressione. Forse guardi la profondità del battistrada. Di solito è questa la portata della relazione. Costo e longevità sono gli unici parametri che contano quando sei in piedi nel corridoio.
Ma da oltre dieci anni, ingegneri e giganti degli pneumatici cercano di rompere questa mentalità. Non stanno solo migliorando la gomma. Stanno muovendo il cervello. E i muscoli.
Inserisci il motore nella ruota.
Non è un concetto nuovo in teoria. È stato difficile riuscirci nella pratica. Aziende come Michelin vedono un futuro in cui la ruota svolge più lavoro di quanto abbia mai fatto prima. Vogliono assorbire l’intero propulsore del veicolo nel cerchio stesso.
L’anatomia di un motore a ruota
La logica è brutalmente semplice. Rimuovere il motore a combustione interna. È pesante, inefficiente e occupa spazio. Sostituirlo con almeno due motori elettrici. Uno per ogni ruota posteriore. Forse quattro.
Questi non sono solo alberi di trasmissione. Sono unità autonome.
All’interno di quel mozzo si trova il sistema frenante. Mantiene l’erogazione di potenza. Sostituisce la trasmissione. La frizione. I collegamenti della sospensione. Anche parte della geometria dello sterzo. Tutto si muove verso l’interno. Nella ruota.
Ciò sposta il peso non sospeso. Un incubo per gli ingegneri. Ma offre vantaggi che i layout tradizionali non possono eguagliare.
Perché i motori integrati nelle ruote sono importanti
Potresti chiederti perché non l’abbiamo già visto ovunque. La risposta sta nella gestione termica e nella durata.
Un motore elettrico genera calore. Molto. Metti quel motore dentro una ruota, circondato da un pneumatico che si riscalda anch’esso, e hai un problema di cottura.
I motori tradizionali si trovano nel vano motore o sotto il pavimento. Hanno sistemi di raffreddamento progettati per questo. Una ruota gira a 1.000 giri al minuto. Il flusso d’aria è incoerente. Entra lo sporco. Entra l’acqua.
Quindi la sfida non è solo costruire un motore. Ne sta costruendo uno che sopravviva agli elementi fornendo allo stesso tempo la coppia.
“Il principio alla base di un veicolo dotato di motore elettrico sulle ruote è semplice. Il motore a combustione interna… semplicemente non è necessario.”
Questo cambiamento cambia il modo in cui pensiamo alla dinamica del veicolo. Senza differenziale centrale, il torque vectoring diventa istantaneo. Ogni ruota ottiene esattamente ciò di cui ha bisogno, quando ne ha bisogno. Nessun ritardo meccanico. Nessuna perdita di liquidi.
Ma si guida meglio? Questa è la domanda da un milione di dollari.
I compromessi
Le masse non sospese sono nemiche della maneggevolezza. Quando si mettono componenti pesanti nella ruota, la sospensione deve lavorare di più. Influisce sulla qualità di guida. Influisce sull’usura degli pneumatici.
I produttori stanno modificando i progetti per mitigare questo problema. Utilizzo di materiali più leggeri. Cuscinetti migliori. Unità sigillate per tenere lontani i detriti.
I parametri delle prestazioni sono ancora in fase di test. Efficienza? Varia. Alcuni prototipi mostrano miglioramenti. Altri mostrano perdite dovute ai sistemi di gestione del calore che assorbono energia.
Siamo di fronte a una tecnologia che promette una rivoluzione. Ma le rivoluzioni sono complicate.
Ne vale la pena? Per ora, la giuria è ancora fuori.
Efficienza del motore sulle ruote
Mettere i motori elettrici nei passaruota non è un progetto fai-da-te. È un incubo ingegneristico che richiede di ripensare la geometria delle sospensioni, la gestione termica e le masse non sospese. Non basta semplicemente strappare un V8 e metterci dentro un motore. L’obiettivo non è solo la propulsione; è integrazione.
Protean Electric lo ha capito. Nel 2008 si presentarono al SEMA con un Ford F-150 che aveva perso il cuore e ne guadagnò quattro. Il V8 standard era sparito. Al suo posto: quattro motori elettrici sulle ruote. Ogni unità spingeva oltre 100 CV. Quattro di loro? Sono 400 CV in totale. Il camion di serie non poteva sognare quel tipo di erogazione di coppia.
L’hardware era sorprendentemente leggero. Ogni motore pesava solo 68 libbre (31 chilogrammi). Non male per così tanta potenza. Traevano energia da un pacco batterie agli ioni di litio da 42 kWh. Portata nel mondo reale? Circa 100 miglia (161 chilometri) prima che fosse necessario collegare la spina.
Perché fermarsi alle quattro? Non è necessario. L’architettura è in scala. La maggior parte delle autovetture necessita solo di due motori. Trazione posteriore, trazione anteriore, non importa. Ma se stai costruendo un fuoristrada o un’arma da pista, hai bisogno di presa. Sono necessari motori elettrici sulle ruote su tutti e quattro gli angoli per far funzionare in modo efficace la trazione integrale (AWD).
Michelin ha portato avanti questo concetto con il suo sistema Active Wheel. Non si tratta solo di girare la ruota. Si tratta di controllarlo.
Come funzionano effettivamente le ruote attive
La Michelin Active Wheel non è un motore imbullonato su un mozzo. è il fulcro. Il motore elettrico è incorporato direttamente al centro del gruppo ruota. Ciò elimina la necessità di assi, differenziali e semiassi. Questo è il peso della massa non sospesa. Questa è una manovrabilità che non sembra trascinare una catena.
Il sistema utilizza un motore sincrono a magnete permanente. È compatto. È efficiente. E consente il torque vectoring indipendente. Ogni ruota può girare a velocità diverse, applicare quantità diverse di coppia e persino rigenerare energia in modo indipendente.
Ecco il kicker: Michelin ha integrato la pinza del freno nello stesso gruppo. Il motore elettrico gestisce l’accelerazione e la frenata rigenerativa. Le pastiglie dei freni fisici gestiscono gli arresti quando ti fermi a basse velocità o quando la rigenerazione è al massimo. È un sistema unificato di frenatura e propulsione.
I compromessi
Non è magia. Ci sono dei costi.
Innanzitutto, le masse non sospese. Anche se il motore è leggero, è ancora attaccato alla ruota. Ciò danneggia la qualità di guida. Le sospensioni devono lavorare di più per mantenere il pneumatico a terra sui dossi. Michelin ha affrontato questo problema con algoritmi di smorzamento avanzati, ma la fisica è fisica.
In secondo luogo, il calore. I motori si surriscaldano. Le ruote girano velocemente. Allontanare il calore dalla zona di contatto del pneumatico senza sciogliere la gomma è una sfida. Michelin utilizza canali di raffreddamento a liquido direttamente nel gruppo ruota. È complesso. È costoso. Funziona.
Terzo, riparabilità. Se fai esplodere una gomma, non puoi semplicemente cambiarla. Hai a che fare con connessioni ad alta tensione, linee di raffreddamento e supporti strutturali. Un appartamento diventa un evento del centro servizi.
Perché questo è importante adesso
Stiamo vedendo questa tecnologia
La maggior parte dei produttori tratta questi sistemi in modo diverso sotto il cofano, ma l’anatomia principale rimane coerente. Considera l’Active Wheel di Michelin come punto di riferimento. In superficie, è solo una ruota. Non sapresti che nasconde un motore elettrico se non guardassi più da vicino.
Togli la ruota. All’improvviso, tutto cambia.
Quel piccolo ingombro contiene i freni, una configurazione di sospensione attiva e l’unità di trasmissione stessa. La sospensione non è passiva. Reagisce in 0,003 secondi. Il beccheggio e il rollio vengono corretti prima ancora che tu li senta. È elettrico. È veloce. È preciso.
Come i motori integrati nelle ruote risparmiano energia
La frenata rigenerativa è standard in alcuni modelli. Il sistema cattura l’energia cinetica durante la decelerazione. Rimanda quell’energia alla batteria. Questa non è una nuova tecnologia. La Prius di Toyota lo usa. La Tesla Roadster ce l’aveva. L’obiettivo è semplice: estendere la portata.
Ma la vera storia è l’efficienza.
La potenza viaggia direttamente dal motore alla ruota. Nessuna trasmissione. Nessun semialbero. Nessun differenziale. La distanza percorsa dall’energia scende quasi a zero. Salti di efficienza.
Confrontalo con la guida in città con un motore a combustione interna. Stai osservando un’efficienza di circa il 20%. La maggior parte dell’energia del carburante scompare sotto forma di calore o attrito meccanico. Un motore elettrico su ruota nello stesso traffico stop-and-go raggiunge circa il 90% di efficienza.
Questo è un divario enorme.
Quindi come fa a mantenere la potenza nonostante questo aumento di efficienza? La risposta sta nella riduzione delle perdite meccaniche. Ogni componente tra la fonte di energia e la strada riduce la potenza. Eliminando quella catena, più energia raggiunge il pavimento.
“Si dice che un motore elettrico su ruota nello stesso ambiente funzioni con un’efficienza di circa il 90%.”
Non si tratta solo di risparmiare gas. Si tratta di recuperare il potenziale sprecato. Il motore non aziona solo la ruota. Gestisce l’intera interfaccia tra l’auto e la strada.
La sospensione gestisce i carichi verticali. Il motore gestisce la coppia. I freni gestiscono la forza frenante. Tutto in un’unità compatta.
Sembra perfetto sulla carta. Ma ci sono dei compromessi. La massa non sospesa aumenta. La ruota deve lavorare di più. La dissipazione del calore diventa una sfida. Affronteremo questi problemi in seguito.
Come i motori integrati nelle ruote forniscono una coppia istantanea senza ritardi meccanici
Potresti temere che l’inserimento di pesanti compiti meccanici nel mozzo della ruota sacrifichi qualcosa di fondamentale: la spinta che ti aspetti quando premi l’acceleratore. Ma i motori elettrici non forniscono solo energia. Forniscono coppia. E lo forniscono immediatamente.
In una trasmissione tradizionale, si perde energia attraverso ingranaggi, differenziali e assi. I motori sulle ruote bypassano questa perdita. La forza va direttamente dallo statore al bordo. Non è previsto alcun trasferimento intermedio. Ogni ruota ha anche il proprio array di sensori. Questi sensori leggono i dati di trazione e carico in tempo reale. Dicono al motore esattamente quanta coppia è necessaria in quello specifico millisecondo.
I tempi di risposta sono più rapidi di qualsiasi cosa troverai in un’auto elettrica di produzione attuale. Perché? Perché i sistemi attuali si basano su complessi percorsi di comunicazione elettrica e collegamenti meccanici che aggiungono latenza. Le configurazioni a ruota eliminano gli intermediari.
La tecnologia By-Wire e la morte della trasmissione
Quando si alloggia il motore, i freni e gli attuatori dello sterzo all’interno del volante, il centro dell’auto diventa uno spazio vuoto. Questo vuoto è il luogo in cui avviene la magia del design. Il motore svanisce. Lo stesso vale per la trasmissione. La frizione? Andato. Anche parti della sospensione possono essere integrate nello smorzamento attivo della ruota stessa.
Questo passaggio dal controllo meccanico a quello elettrico è ciò che gli ingegneri chiamano tecnologia by-wire. Drive-by-wire. Brake by wire. Steer-by-wire.
La rimozione del motore a combustione interna e dell’hardware associato consente miglioramenti strutturali radicali. Non stai semplicemente spostando le parti. Stai ripensando l’intera architettura del telaio. La concept car Venturi Volage ha testato questo approccio. La casa automobilistica con sede a Monaco ha utilizzato motori sulle ruote per creare una piattaforma che non necessitava di un tunnel centrale per il propulsore. Era più pulito. Più leggero. Più flessibile.
Il divario di affidabilità nei sistemi con motore integrato nelle ruote
Diverse case automobilistiche hanno giocato con questo concetto. Michelin ha spinto forte con il suo programma Active Wheel. Hi-Pa Drive focalizzato su applicazioni ad alte prestazioni. Ma c’è un problema.
Non disponiamo ancora di dati di utilizzo diffusi. Rimangono dubbi sulla durabilità. Cosa succede quando un motore all’interno della ruota viene esposto ad acqua, sale e detriti stradali per dieci anni? Può gestire il calore generato durante situazioni di carico elevato prolungato? Può sopravvivere all’impatto di una buca che manderebbe in frantumi un asse tradizionale?
La sicurezza è un altro ostacolo. Se un freno meccanico si guasta, hai ridondanza. Se l’unità di controllo elettronica di un motore su ruota si guasta, ti affidi interamente alla ridondanza del software e ai sistemi di alimentazione di backup. Non è dimostrato su larga scala. Fino a quando non vedremo questi sistemi nei veicoli della flotta o negli autisti giornalieri per migliaia di ore, il discorso sull’affidabilità rimane teorico.
Il giudizio sulla durabilità a lungo termine dei componenti alloggiati direttamente nel passaruota è ancora incerto.
Per ora, la tecnologia è impressionante sulla carta. L’erogazione della coppia è istantanea. L’imballaggio è efficiente. Ma non è pronto per ogni condizione stradale, ogni clima o ogni zona di comfort del conducente. Gli ostacoli tecnici sono significativi. I vantaggi sono allettanti.
Rimaniamo a guardare i tester. In attesa delle prime segnalazioni di guasti nel mondo reale. O la prima grande storia di successo. Qualunque cosa accada per prima, la ruota sta cambiando.
