La Volkswagen ID R Pikes Peak scelta da AUTO21 come “veicolo elettrico 2018”

Il prototipo Volkswagen dei record ha dimostrato nel 2018 che “unlimited is electric”: con risorse e preparazione non ci sono limiti alla tecnologia verde, anche nei “fortini” della performance

Il 24 giugno 2018 la spedizione Volkswagen alla Pikes Peak, una delle più antiche ed impegnative corse automobilistiche mondiali, si è conclusa trionfalmente: il pilota Romain Dumas sulla ID R Pikes Peak costruita appositamente col tempo di 7’57″148 ha battuto di 15″ il primato stabilito dalla Peugeot di Sébastien Loeb, un record che qualche pilota americano riteneva imbattibile.

In assoluto non si è trattato della prima affermazione di un’auto elettrica nella Race to the Clouds, un traguardo tagliato per prima dalla eOPP03 di Rhys Millen: un prototipo che aveva caratteristiche diverse rispetto alla Volkswagen, puntando su 1.600 cavalli di potenza massima e una coppia di 2.500 Nm. Ma il primato di Loeb e della Peugeot era rimasto inattaccabile.

Quella che si è aperta a giugno con la salita storica di Dumas è invece un’era in cui appare chiaro che le auto a zero emissioni, che oggi reggono il confronto sulle alte prestazioni con le auto convenzionali solo quando la sfida è di breve durata, in un futuro più o meno distante potranno prefiggersi qualsiasi obiettivo.

La categoria che alla Pikes Peak punta al successo assoluto si chiama suggestivamente unlimited, perché i tecnici possono scegliere le soluzioni che preferiscono per raggiungere il massimo delle prestazioni. Il 24 giugno la squadra diretta da Sven Smeets ha dimostrato che quando ci sono risorse e capacità unlimited is electric.

Nella concezione e realizzazione della Volkswagen ID R Pikes Peak sono stati coinvolti tecnici di vaglia con esperienza che spazia dalla F.1 ai rally, da François-Xavier Demaison a Willy Rampf, e gli aspetti classici delle auto da competizione come aerodinamica e telaistica sono stati un fattore importante nel risultato.

Ma in occasione dell’assegnazione del nostro premio al veicolo elettrico dell’anno, qui vogliamo ritornare su quello che differenzia sul versante della tecnologia green la Volkswagen dei record, che ha aperto in bellezza la vita pubblica della famiglia di modelli ID in arrivo da fine 2019.

Naturalmente va riconosciuto che un’auto elettrica nell’eccellere nella salita che si inerpica fino a 4.300 metri di quota ha dei vantaggi: la brevità della corsa fa sì che nel corso dello sforzo la densità di energia della batteria non sia un problema.

Questo ha comportato che la capacità dei due blocchi di batteria (sui quali finora Volkswagen è rimasta abbottonatissima) non sia stata un fattore eccessivamente rilevante. I tecnici diretti da Demaison hanno peraltro finito per decidere che per avere la massima efficacia del flusso di energia dalla batteria dovesse esserci ancora almeno il 30% di carica nelle celle con capacità utilizzabile di 43 kWh dopo circa otto minuti di gara, ovvero al momento dell’arrivo in cima.

Rispetto ai rivali già affermatisi con Millen, potenza e coppia non sono stati il faro del progetto, ma efficacia ed efficienza. La mappa verso il successo puntava quindi sulla leggerezza. Così Volkswagen Motorsport ha scartato la soluzione di un motore su ciascuna ruota, perché se la riduzione delle dimensioni di ciascun motore sarebbe stata aggredibile con relativa facilità, ben più difficile sarebbe stato miniaturizzare i quattro inverter e i cambi mono-marcia che inviano il moto ai differenziali.

Volkswagen ID R Pikes Peak ha puntato su leggerezza ed efficienza: due propulsori rispettivamente da 25 e 30 chili ciascuno per la massima agilità uscendo da ciascuna delle 156 curve del Colorado

E qui è dove Integral e-Drive, la divisione dell’inglese Integral Powertrain che progetta e costruisce motori elettrici ed inverter ad alte prestazioni, entra in scena. L’azienda di Bletchey ha vinto la gara per produrre i due motori elettrici (che diventano generatori durante le fasi di regen che assicurano circa il 20% di energia nel corso della salita).

In una corsa in cui le velocità massime sfiorano solo a tratti i 240, 245 km/h, i progettisti sapevano che un motore con rotazione di 17.000 giri sarebbe stato adeguato allo scopo. La scelta del gruppo diretto da Arnaud Martin è andata verso l’allestimento di due motori a flusso radiale (ideali per le qualità di densità di potenza ma in questo caso anche dotati di una densità di coppia che finora si trovava solo nei motori a flusso assiale).

Martin è un ingegnere francese che proviene dai motori da corsa convenzionali: ha già lavorato con successo in Formula 1 così come con i motori turismo WTCC, propulsori più prossimi alla produzione, prima di passare all’ibrido con l’ultimo progetto Nissan Zeod per Le Mans.

Nel corso del Professional MotorSport World Expo Expo di Colonia, che AUTO21 ha seguito lo scorso novembre, Martin ha esposto una presentazione ricca di dettagli inediti sulla tecnologia sviluppata per la ID R Pikes Peak.

Nelle scelte di progettazione i 1.438 metri di dislivello del tracciato, nei quali si affronta una pendenza massima del 10%, hanno fatto sì che risultasse appropriato cercare più coppia dietro che davanti.

Il fattore-coppia ed il peso risparmiabile si sono tradotti nella scelta di usare due motori dalla stessa architettura ma leggermente differenti l’uno rispetto all’altro in lunghezza: il posteriore è più lungo 20 mm. Nel motore posteriore le dimensioni maggiori di statore e rotore portano ad un campo magnetico più forte che crea più coppia pur a parità di diametro (242 mm) nelle due versioni.

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Nella foto il complessivo formato da motore elettrico anteriore SPM 242, del peso di 18,7 chili, abbinato all’inverter MOSFET al carburo di silicio del peso di 5,5 chilogrammi (credito foto: AUTO21)

Dei due propulsori tipo SPM 242 che spingono la ID R Pikes Peak, l’anteriore ha una potenza massima di 270 kW e coppia di 280 Nm, con una densità di potenza di 15 kW/kg ed una densità di coppia di 15 Nm/kg per un peso complessivo di 18,7 chili.  Il “fratello maggiore” montato posteriormente pesa 23, 7 chili ed esprime potenza massima di 280 kW ma con una coppia di 460 Nm, per una densità di potenza di 12 kW/kg ed una densità di coppia di 20 Nm/kg.

Inverter incluso il pacchetto propulsore anteriore pesa 25 chili e quello posteriore ne pesa 30. Può apparire maniacale la differenziazione dei progetti dei due motori per risparmiare 4 chili; ma non va scordato che ogni chilo risparmiato conta in un impegno dove tutto si basa sull’accelerazione che porta il veicolo fuori dalle curve per 156 volte.

Secondo Martin nel contributo dell’azienda britannica alla realizzazione della ID R Pikes Peak sono stati i due inverter la sfida tecnologica maggiore. Realizzarli così compatti e leggeri (5,5 chili)  ha richiesto uno sviluppo ai limiti dell’acrobazia, considerato che Integral Powertrain aveva a disposizione solo due mesi e mezzo di tempo prima dell’inizio dei primi test.

Il progetto ha puntato su moduli semiconduttori di potenza realizzati in carburo di silicio: i MOSFET in carburo di silicio rispetto agli alternativi e più diffusi MOSFET in silicio o al tipo IGBT si caratterizzano per l’elevata dispersione termica che consente di resistere egregiamente alle alte temperature e per l’eccellente conduttività elettrica.

La prima delle due qualità consente ai dispositivi realizzati con questi materiali di lavorare anche alle più alte frequenze di commutazione, fino a 75 kHz (ovvero con switch ogni 75 millesimi di secondo) riducendo in questo modo le perdite di energia.

Lo staff diretto da Martin in una gara che va in quota come la Pikes Peak ha anche dovuto tenere conto che il diminuire della pressione dell’aria va a toccare l’efficienza dell’isolamento elettrico, un problema che non hanno le auto da corsa convenzionali prive di inverter, che invece hanno col salire della quota da fare i conti col diminuire della potenza.

Motori ed inverter della Volkswagen ID R Pikes Peak hanno anche qualità importanti per la diffusione di tecnologia ad ampio raggio. Le loro caratteristiche di scalabilità renderanno presto possibile vederli non solo su auto da corsa ma in vetture stradali ad alte prestazioni.

Inoltre il responsabile dello sviluppo tecnico della marca Volkswagen Frank Welsch ha già confermato che le preziose lezioni apprese durante lo sviluppo del progetto dai centri d’eccellenza sulle batterie di Wolfsburg e Braunschweig saranno in grado di trasferire all’intera produzione della gamma elettrica ID lezioni apprese dalla ID R Pikes Peak relative a sicurezza dei moduli e protezione dei cablaggi.

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Nell’immagine diffusa al Professional MotorSport World Expo di Colonia, il quadro delle specifiche tecniche dei due motori elettrici montati sulla Volkswagen ID R Pikes Peak (credito immagine: Integral Powertrain)

Credito foto di apertura: ufficio stampa Volkswagen AG