Architetture multimotore per veicoli elettrici
L'aggiunta di motori offre a un veicolo elettrico più fonti di coppia controllabili in modo indipendente, ma aumenta anche la massa, l'elettronica di potenza, le esigenze di raffreddamento e il numero di componenti rotanti. Il valore di un'architettura multimotore dipende dall'efficacia con cui il veicolo utilizza questi motori in accelerazione, in curva, a velocità costante, durante la rigenerazione e in condizioni di guasto.
Architetture con un solo motore
Un singolo motore aziona normalmente due ruote tramite un riduttore e un differenziale. La trazione anteriore colloca l'unità di propulsione vicino all'asse sterzante e può semplificare le piattaforme derivate da veicoli a trazione anteriore. La trazione posteriore separa la propulsione dalla sterzata e può migliorare l'aderenza in accelerazione, perché il carico si trasferisce all'indietro.
Anche un solo motore può offrire un controllo preciso della trazione, la frenata rigenerativa e interventi sull'imbardata tramite i freni. Un differenziale meccanico permette alle ruote sinistra e destra di girare a velocità diverse, mentre una funzione di bloccaggio a controllo elettronico o i freni ad attrito possono ridistribuire la coppia utile alle ruote.
I vantaggi sono il ridotto numero di componenti, la bassa massa, il costo contenuto e le limitate perdite parassite. Il principale limite è che un solo asse deve fornire tutta la propulsione e la rigenerazione.
Due motori e trazione integrale elettrica
La configurazione multimotore più comune utilizza un motore su ciascun asse. Non è presente un albero di trasmissione meccanico tra i due. La centralina del veicolo può modificare rapidamente la ripartizione della coppia tra l'asse anteriore e quello posteriore, entro i limiti dell'aderenza degli pneumatici, dei motori e degli inverter, dei carichi sugli assi e della potenza della batteria.
I due motori non devono necessariamente essere identici. Un costruttore può scegliere un motore a magneti permanenti molto efficiente per l'asse principale e un motore a induzione per l'assistenza intermittente. Audi utilizza un motore sincrono a magneti permanenti posteriore e un motore asincrono anteriore nella Q6 e-tron quattro, mentre Tesla indica un motore a magneti permanenti posteriore e un motore a induzione anteriore per le versioni applicabili della Model 3 AWD.
La centralina può utilizzare soprattutto l'asse più efficiente con carichi leggeri, aggiungere l'altro motore per l'accelerazione o la motricità e impiegare uno o entrambi per la rigenerazione. Questa strategia dipende dalla mappa di rendimento di ogni unità di propulsione, non da una regola fissa secondo cui un asse sarebbe sempre migliore.
Disattivazione e disconnessione di un asse
Un motore disattivato può comunque generare perdite. I magneti permanenti inducono tensione ogni volta che il rotore gira, mentre ingranaggi, cuscinetti, guarnizioni e olio continuano a muoversi. Le macchine a induzione e a eccitazione elettrica possono ridurre il flusso del rotore quando non producono coppia, ma le loro perdite meccaniche rimangono.
Una frizione di disconnessione impedisce a una parte della trasmissione secondaria di ruotare insieme alle ruote. Questo può ridurre le perdite a velocità costante, soprattutto con un motore a magneti permanenti, ma la frizione e il suo attuatore aggiungono massa, costo, transizioni di controllo e un'altra modalità di guasto. La riconnessione deve sincronizzare le parti rotanti e ripristinare la coppia senza una perturbazione percepibile.
Il risparmio energetico ottenuto con la disconnessione dipende dal ciclo di utilizzo. Il beneficio può essere ridotto se il secondo asse è richiesto spesso, mentre lo stesso dispositivo può essere prezioso durante la marcia autostradale regolare.
Sistemi a tre motori
Un veicolo elettrico a tre motori ha in genere un motore su un asse e due motori controllati indipendentemente sull'altro. Se ciascuno dei due motori ha una trasmissione separata verso una ruota, l'asse può distribuire da sinistra a destra la coppia positiva e quella rigenerativa senza un differenziale convenzionale.
Questa configurazione consente di controllare direttamente il momento d'imbardata: aumentare la coppia motrice sulla ruota esterna può aiutare il veicolo a sterzare, mentre coppie rigenerative diverse possono contribuire durante la decelerazione. La vettorizzazione disponibile resta limitata dall'aderenza longitudinale e laterale combinata di ogni pneumatico.
Una configurazione a tre motori non implica sempre una coppia indipendente per ogni ruota. In altre architetture, tre macchine possono essere combinate attraverso ingranaggi o frizioni condivisi. Prima di dedurre le capacità dal numero di motori, è necessario conoscere il percorso meccanico.
Quattro motori
Un'architettura a quattro motori può assegnare un motore a ogni ruota, anche se un veicolo può integrare due motori in ciascuna unità di propulsione dell'asse. La centralina può quindi regolare propulsione e rigenerazione su tutte e quattro le ruote.
Il sistema Quad-Motor di seconda generazione di Rivian utilizza motori controllati singolarmente e una disconnessione automatica dell'asse posteriore. Mercedes-Benz documenta tre motori a flusso assiale — non quattro — nella sua AMG GT 4-Door Coupe del 2026, mostrando perché la configurazione degli assi conta più delle semplici categorie commerciali.
I motori indipendenti per ogni ruota possono rispondere rapidamente ed evitare i compromessi di un differenziale meccanico. Moltiplicano però anche gli inverter o i canali dell'inverter, i sensori, i cuscinetti, gli ingranaggi, i circuiti di raffreddamento e le esigenze di coordinamento del software. La penalizzazione della massa non sospesa propria dei veri motori nelle ruote non si applica automaticamente ai motori montati sulla carrozzeria che azionano le ruote tramite semiassi.
La vettorizzazione della coppia è una capacità del sistema
La vettorizzazione della coppia consiste nel creare deliberatamente coppie utili, motrici o rigenerative, diverse tra assi o ruote. L'espressione non specifica come questo risultato venga ottenuto. I sistemi possono utilizzare:
- motori indipendenti;
- un differenziale attivo o un pacco frizioni;
- l'intervento dei freni;
- comandi diversi per i motori anteriore e posteriore;
- una combinazione di questi metodi.
La centralina stima la capacità degli pneumatici utilizzando la velocità delle ruote, l'angolo di sterzo, l'accelerazione, la velocità d'imbardata e modelli del veicolo. Deve coordinare la propulsione richiesta con il controllo di stabilità e i freni ad attrito. Con un'elevata accelerazione laterale, allo pneumatico può restare poca aderenza longitudinale per applicare ulteriore coppia vettoriale.
La coppia del motore, inoltre, non coincide con la coppia alla ruota. Il rapporto di trasmissione e il rendimento della catena cinematica moltiplicano la coppia all'albero, mentre il raggio dello pneumatico converte la coppia alla ruota in forza longitudinale. Confrontare i sistemi solo in base alla coppia motore dichiarata, senza queste grandezze, è fuorviante.
Efficienza, prestazioni e limiti termici
Una maggiore potenza installata nei motori può migliorare l'accelerazione senza portare una sola macchina al limite. Può anche distribuire la frenata rigenerativa e offrire una riserva termica durante impieghi ripetuti ad alto carico.
Durante la guida normale, tuttavia, le unità di propulsione aggiuntive comportano perdite elettriche e meccaniche. Una centralina efficiente sceglie la combinazione con la minore perdita totale tra batteria e ruote nel punto di funzionamento richiesto. Può trattarsi di un asse, di entrambi gli assi con un carico inferiore o di un asse disconnesso.
Le potenze di picco combinate dei motori non possono sempre essere sommate. La potenza di scarica della batteria, la corrente del bus DC, la capacità degli inverter, l'aderenza degli assi e i limiti termici possono limitare la potenza del sistema a un valore inferiore alla somma aritmetica. Lo stesso vale per la rigenerazione quando la capacità della batteria di accettare la carica è il vincolo attivo.
Ridondanza e funzionamento degradato
Più motori rendono possibile continuare la marcia dopo la disattivazione di un'unità di propulsione, ma la ridondanza non è automatica. Contattori della batteria, circuiti di raffreddamento, unità di controllo, comunicazioni o bus ad alta tensione condivisi possono restare punti di guasto comuni.
Una modalità degradata sicura deve anche controllare l'imbardata. La perdita improvvisa di coppia su un lato di un asse con ruote azionate indipendentemente può creare un momento sterzante. Le centraline devono rilevare i guasti, coordinare la riduzione della coppia e conservare una capacità sufficiente di frenata e stabilizzazione.
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