Per una mobilità più efficiente: L esempio del progetto PAC-Car

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1 Per una mobilità più efficiente: L esempio del progetto PAC-Car Alexander Schilling Institut für Mess- und Regeltechnik (IMRT), ETH Zürich Istituto di metrologia e controlli automatici, Politecnico Federale di Zurigo Sportech 2008, CS Tenero, ETH Zurich Measurement and Control Laboratory

2 Indice Introduzione Il problema energetico L automobile oggi Analisi dei consumi L automobile domani Il progetto ETH PAC-Car 2

3 Indice Introduzione Il problema energetico L automobile oggi Analisi dei consumi L automobile domani Il progetto ETH PAC-Car 3

4 Previsione del fabbisogno energetico (ottimistica!) Fonte: IEA 4

5 Variazione del consumo di petrolio nei paesi OECD tra il 1999 e il mb/d Power generation Industry Transport Other -1.0 Fonte: IEA

6 Conseguenze La problematica energetica rappresenta una sfida fondamentale. La mobilità individuale è una (ma non l unica) delle cause. Veicoli che consumano poco sono il migliore giacimento petrolifero. 6

7 Indice Introduzione Il problema energetico L automobile oggi Analisi dei consumi L automobile domani Il progetto ETH PAC-Car 7

8 Il Ciclo Europeo: per confrontare il consumo dei diversi veicoli v km/h Wiederholungen 4 ripetizioni t s Lo stile di guida reale è più aggressivo! 8

9 Forze su un veicolo Resistenze v Luftwiderstand Aria F b F l F r Attrito ruote, pendenza della strada Inerzia (in accelerazione) 9

10 Energia meccanica alla ruota (Ciclo Europeo) Peso E A f c w 19'000 + m c r m 11 kj /100km Forma del veicolo Area frontale Attrito ruote 10

11 Fabbisogno di energia meccanica (Ciclo Europeo) SUV Media Compatta Ecologica 11

12 Confronto energia meccanica (Ciclo Europeo) Media Ecologica 45 MJ/100 km 1.4 l/100km Diesel 0.6 l/100km Diesel 12

13 Motori troppo grandi? Automobili con motori più piccoli consumano di meno. Perché si comprano veicoli con motori così potenti? t Tempo necessario km/h 770 m P max Peso del veicolo Potenza massima 115 kw: potenza massima necessaria per viaggiare da 0 a 100 km/h in 10 s. 7 KW: potenza media necessaria per coprire il Ciclo Europeo. 13

14 Indice Introduzione Il problema energetico L automobile oggi Analisi dei consumi L automobile domani Il progetto ETH PAC-Car 14

15 Analisi del Ciclo Europeo Effetto sul consumo (riduzione in % dell energia necessaria a far muovere un veicolo migliorando dell 1% il peso, l aerodinamica o l attrito): 0.5 Peso Aerodinamica Attrito ruote 0 Valori per un veicolo medio: A f c w = 0.7 m 2, c r = 0.012, m = 1'500 kg 15

16 Come ridurre il consumo? Peso kg kg 800 kg Aerodinam. 0.7 m m m 2 Attrito ruote 0,013 0,012 0,01 Efficienza l/100km 5.6 l/100km 2.4 l/100km 16

17 ETH PAC Car II Peso (a vuoto): 29 kg; Valore c w : Dimensioni: Lung x Larg x Alt = 2.78 x 0.57 x 0.61 m Potenza: 400 W; Efficienza: ca g H 2 per 20 km equivale a 1 l benzina per 5385 km 17

18 Scopi del progetto Costruire il veicolo più efficiente del mondo Celle a combustibile a idrogeno Ottenere un riconoscimento ufficiale Shell Eco-Marathon Sensibilizzare Veicoli efficienti 18

19 Gara di efficienza: Shell Eco Marathon Coprire una distanza predefinita entro un tempo massimo. Esempio: circuito di Ladoux, 20.6 km in 40 min. (ossia 30km/h di media). Scopo: consumare il meno possibile! 19

20 Gara di efficienza: Shell Eco Marathon (cont.) Competizione internazionale Più di 200 squadre da università di tutto il mondo Gare in Inghilterra, Francia, 20

21 Cosa significa PAC Car II? PAC Car II Dal francese: pile à combustible (pila a combustibile) Dall inglese: Car (automobile) Seconda versione del progetto 21

22 Cosa è una pila a combustibile? Corrente elettrica per far funzionare dei motori elettrici Carburante Gas di scarico 22

23 La squadra Responsabile IMRT: Prof. Lino Guzzella Coordinatore progetto: Dr. Jean Jacques Santin Studenti (in formazione): Nicolas Weidmann: aerodinamica Pius Kobler: strutture leggere Dominik Isler: propulsione Florian Kolb: celle a combustibile, controllo In totale più di 50 persone coinvolte! 23

24 Aerodinamica Posizione di guida ottimizzata 363 mm Forma e geometria del veicolo 24

25 Aerodinamica Simulazioni fluidodinamiche Modelli per misure in galleria del vento 25

26 Riduzione del peso Scocca portante in fibra di carbonio (10 kg) Ottimizzazione di ogni singola componente 26

27 Attriti Sospensioni, fissaggio ruote Due piccoli motori elettrici inseribili (al posto di un unico grande motore elettrico sempre inserito) Pneumatici ad alta efficienza 27

28 Efficienza della propulsione Celle a combustibile: 65% Sistema completo: 58% Componenti ausiliari Controllo Modo di operazione Due motori elettrici Totale: 49% 28

29 Strategia di guida 15 velocity [m/s], Traction force on wheel [N], Sum ext. forces [N], elevation [m] distance [m] 29

30 Record del mondo in efficienza! 5385 km/litro equivalente di benzina 30

31 Conclusione Cosa ci ha insegnato l esperienza di PAC Car II? Motori più efficienti Strategia di guida ottimizzata Veicoli con peso e attriti ridotti Mobilità individuale efficiente e sostenibile 31

32 Conclusione (cont.) 32

33 Grazie per la vostra attenzione! Avete domande? 33