PROGETTO ARCHIMEDE
Il progetto Archimede si sviluppa da un’idea di un gruppo di persone che circa 4 anni fa si costituiscono in
associazione spinti dal desiderio di mettere a disposizione della ricerca le proprie capacità ed esperienze
finalizzare alla realizzazione di prototipi di veicoli ad energia alternativa
Il progetto sarà sviluppato in 4 fasi :
1 studio di fattibilità economica e tecnica
2 studio ed elaborazione progettuale con sistema cad e di simulazione assistita
3 sperimentazione e realizzazione pratica dei veicoli progettati
4 divulgazione dei risultati ottenuti mediante temi multimediali ed organizzazione eventi
Finalità progetto
-Realizzare e diffondere modelli di mobilità efficienti razionali e rispettosi dell’ambiente
- Promuovere nella società una cultura ambientale e una maggiore consapevolezza rispetto al tema della
mobilità sostenibile, per gestire in maniera differente gli spostamenti in città.
-Diffondere la consapevolezza che, anche iniziando da scelte e comportamenti individuali, è possibile
migliorare l’ambiente e promuovere il benessere.
– Sviluppare rapporti istituzionali con enti pubblici e privati nazionali ed internazionali per l’interscambio di
informazioni nel settore delle energie rinnovabili e le possibili applicazioni;
- Sensibilizzare gli Amministratori locali ad attuare politiche che favoriscano la mobilità sostenibile,
adeguando le infrastrutture con la realizzazione di percorsi ciclabili, punti di ricarica fotovoltaici lungo gli
stessi e campagne informative rivolte agli operatori del settore e ai cittadini.
Azioni progettuali tecniche
-Ricerca e studio di materiali applicabili allo sviluppo di telai e componenti meccanici strutturali del
prototipo leggeri resistenti e riciclabili
-Ricerca e studio di sistemi di recupero dell’energia cinetica e termica
-studio e ricerca di forme aereodinamiche per realizzare la scocca del prototipo
-Ricerca e studio in campo elettronico per realizzare controller e sistemi di gestione ad alta efficienza
-Studio e verifica di tecnologie fotovoltaiche standard e sperimentali per ottenerne rendimenti medi dal
14 % al 22%
Archimede solar Car
Il prototipo ARCHIMEDE è un veicolo elettrico alimentato completamente da energia solare diretta. le
celle contenute nei pannelli solari che ricoprono la parte superiore del veicolo convertono l'energia del
sole in energia elettrica questa , attraverso un sistema hardware ricarica un pacco batterie che permette
l’alimentazione del motore elettrico .
Nella progettazione di ARCHIMEDE ci siamo subito resi conto che il rapporto energia prodotta e energia
spesa era nettamente a favore della seconda variabile quindi nostri sforzi progettuali si sono rivolti ,
ad ottenere stati di massima efficienza nel settore delle masse dell’aerodinamica e della gestione delle
energie. Cercando sempre di rimanere nello spirito progettuale del low cost .
Rendering 3D Archimede Solar Car
La struttura portante
Il corpo del prototipo è progettato con tre obiettivi principali:
1° fornire un'ampia superficie superiore per il montaggio delle celle solari
2° essere estremamente leggero ma nello stesso tempo resistente
3° avere una resistenza agli urti e alle vibrazioni
- Per il punto primo siamo stati condizionati da alcuni regolamenti che prevedevano ingombro massimo
della vettura di 4500 mm il lunghezza e di 1800 mm in larghezza
-Per il punto secondo abbiamo studiato la possibilità di realizzare l’intera vettura in composito di carbonio
Ma i costi risultavano proibitivi abbiamo quindi trovato una soluzione intermedia utilizzare un sandwich
di alveolare dall’allumino con una copertura di kevlar . L'impiego di tale struttura è quindi paragonabile al
concetto della trave con sezione a I, dove l'anima serve ad aumentare la rigidezza flessionale nella direzione
della stessa.
-Per il punto terzo abbiamo ricercato un compromesso tra rigidità e leggerezza . La proprietà che ha spinto
ad impiegare l'alluminio è senza dubbio la densità; il valore che fa segnare alla bilancia (2,7 kg/dm3) è pari
alla metà di quello del titanio e addirittura un terzo di quello dell'acciaio. L’ alluminio non soffre il problema
della ruggine e neanche dell'indebolimento tipico delle zone interessate dalla saldatura.
Quando un corpo si muove in seno ad una massa d'aria o in un' altro fluido, esso risente di una resistenza
che si oppone all'avanzamento del corpo stesso .
Aereodinamica
Le indagini sperimentali indicano che la resistenza all'avanzamento è legata ai seguenti fattori :
1 la viscosità del fluido attraversato
2 la densità del fluido attraversato
3 la velocità relativa tra il corpo e il fluido
4 la forma del corpo
5 la levigatezza della superficie del corpo
6 l'area della sezione maestra del corpo
Essendo i primi 2 punti delle costanti si deve lavorare sugli altri parametri cercando di ottimizzare la forma
e la sezione maestra rimanendo nelle misure minime che permette una posizione corretta per il pilota . Il
progetto aerodinamico del veicolo necessita di una procedura che permetta sia una realistica simulazione
dell’interazione dinamica flusso-veicolo sia un’efficiente modifica delle geometrie e un veloce sviluppo delle
diverse varianti del rivestimento esterno della struttura. Per fare ciò è necessario trattare il prototipo con
modelli di simulazione computerizzati e verificare i risultati in galleria del vento ,con una prototipazione 3D
in scala 1:10 in polistirene
Gruppo sospensioni
Abbiamo progettato il gruppo sospensioni del veicolo tenendo conto dell’impiego esclusivo in strade
asfaltate .Abbiamo trovato due soluzioni differenti per anteriore e posteriore vettura .Per Il gruppo
sospensioni anteriore la nostra scelta è ricaduta su un sistema a quadrilatero deformante
Nel quadrilatero, i lati sono costituiti dai seguenti elementi:
- braccio oscillante superiore
- braccio oscillante inferiore
- porta mozzo
- il telaio al quale sono vincolati i bracci oscillanti.
-Ammortizzatore
Il quadrilatero è di per se deformabile e permette alla ruota di salire e scendere ,mentre la molla tende a
riportare la ruota a contato con il manto stradale .E’ in fase di studio un recupero di energia dal movimento
lineare degli ammortizzatori
Elettronica
Controllo energia
L’integrazione di un sistema elettronico controllato da un sistema PLD (Programmable Logic Device), un
circuito integrato programmabile che implementa una funzione logica predefinita e non modificabile,
la programmazione su setup pre impostati permetterà di selezionare i rendimenti ottimizzati variando i
parametri di coppia potenza e risposta dei sensori di input quali temperatura, pendenza stradale livello
di carica delle batterie velocita media . Questo sistema di controllo gestisce le due energie a disposizione
quella prodotta dai panello fotovoltaici e quella immagazzinata nel pacco batterie Con questo tipo di
controllo si ha permesso di simulare un incremento del rendimento del sistema variabile tra di 6 ed il 7 %
Pannello solare
L’array solare è il cuore della vettura esso fornisce l’energia necessaria ala funzionamento del prototipo
La tecnologia che abbiamo scelto e quella di utilizzare celle al silicio monocristallino che garantiscono
in media un rendimento del 18/19 % garantendo su una superficie di 6 mq (246 celle 156 x156 ) una
potenza di circa 1200w con una tensione di esercizio di 96 vcc . Inoltre grazie ad una innovativa tecnologia
totalmente italiana della azienda «Enecom Power» possiamo deformare le celle fotovoltaiche per
sagomarle sul tetto della vettura.
MPTT
Una parte importante di qualsiasi array solare è il controllo e la gestione della potenza MPPT( Maximum
Power Point Tracking) .La corrente erogata varia nel tempo, a seconda della quantità di luce solare ,
della temperatura , e di altri fattori. L'MPPT regola continuamente la corrente per mantenere la massima
efficienza, e aumentare la tensione in modo che energia può essere utilizzata per caricare il pacco
batteria .Questa funzione è gestita da un sistema open source Arduino1 ed un interfaccia I\O di nostra
progettazione.
Telemetria
Sensori dislocati nei punti di maggior interesse del prototipo leggeranno e trasmetteranno via radio ad
un’auto che segue il prototipo i dati di accelerazione (Forze G) nei 3 assi, le letture della temperatura
del motore e delle batterie , la velocità delle ruote e la dislocazione delle sospensioni, la tensione delle
batterie e dei pannelli fotovoltaici l’inclinazione e la pendenza della strada
Motore
Sarà utilizzati due motori di tipo brushless montati nel retrotreno direttamente del mozzo (hub motor)
, questo tipo di motorie elettrico a magneti permanenti a differenza di un motore a spazzole, non ha
bisogno di contatti elettrici striscianti sull'albero motore per funzionare . La commutazione della corrente
circolante negli avvolgimenti, infatti, non avviene più per via meccanica (tramite i contatti striscianti), ma
elettronicamente. Ciò comporta una minore resistenza meccanica, elimina la possibilità che si formino
scintille al crescere della velocità di rotazione, e riduce notevolmente la necessità di manutenzione
periodica. Il vantaggio riguarda la vita attesa del motore che e teoricamente infinita L'assenza di
spazzole elimina anche la principale fonte di rumore elettromagnetico ed il rendimento teorico è del
90%. l’inversione di corrente è ottenuta elettronicamente, tramite un banco di transistor di potenza IGBT
comandati da un microcontrollore. Il problema principale nel loro pilotaggio consiste nel conoscere la
posizione esatta del motore. Solo in questo modo il controller può sapere quale fase azionare. La posizione
del rotore rispetto allo statore viene ottenuta usando un sensore ad effetto Hall
Batterie
Le batterie saranno di tipo ricaricabile con tecnologia litio-polimero .La principale caratteristica sta
nell'elettrolita realizzato in sale di litio è non contiene solvente organico, ma si trova in un composito di
polimero solido, come ad esempio il poliacrilonitrile. Vi sono molti vantaggi in questo tipo di costruzione,
tra cui il fatto che il polimero solido non è infiammabile e di conseguenza queste batterie sono meno
pericolose se vengono danneggiate .La batteria può essere più leggera e sagomata per occupare meno
spazio ed ha una quota di riciclo pari al 98% . il controllo di carica delle singole celle avviene tramite un
regolatore BMS (Battery Management Systems) ,si tratta del sistema elettronico a cui sono affidate le
funzioni di base per la sicurezza e il corretto funzionamento di un accumulatore elettrochimico di energia.
Dotato delle funzioni di monitoraggio di tensione e temperatura, è anche in grado di eseguire le funzioni
stima dello stato di carica e equalizzazione dello stato di carica tra le diverse celle di una serie.
KERS Supercap
Il termine KERS è l'acronimo di Kinetic Energy Recovery System l’energia cinetica accumulata dal veicolo in
fase di rilascio del sistema propulsivo (motore elettrico ) viene convertita in elettricità dallo stesso motore
che con opportune modifiche effettuate al controller PWM (pulse-width modulation) comportandosi
da generatore .Tendenzialmente altri sistemi analoghi tendono ad utilizzare questo flusso di energia per
ricaricare direttamente il pacco batterie primario .Da studi da noi effettuati l’energia prodotta da questo
sistema essendo erogata in tempi molto brevi viene nuovamente dissipata calore in quanto il tempo
di carica programmato sul sistema bms non consente per limiti della stessa batteria di utilizzare questa
energia integralmente .
Abbiamo studiato e sperimentato un sistema che potesse immagazzinare questa fonte di energia
recuperata in maniera integrale , per questo sono stati utilizzati del supercapacitori ,12 x 18 farad
controllati da un circuito che limita la corrente di scarica .Il pilota in questo modo utilizza a suo
piacimento questa energia recuperata non caricando direttamente le batterie ma inserendo un circuito di
sovralimentazione del motore da 72 vcc a 96 vcc ottenendo un aumento di potenza pari al 4%
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