Peugeot 3008 HYbrid 4: tecnica della crossover ibrida diesel

La Peugeot 3008 HYbrid 4, crossover ibrida diesel, incorpora accorgimenti tecnici piuttosto interessanti: vediamone insieme qualcuno. “Caro automobilista, ti piacerebbe una 4 ruote motrici con 200 CV ma capace di consumare anche meno di 4 litri di gasolio per 100 km, con emissioni di soli 99 g/km di CO2?” La risposta penso sia scontata ma ciò che è veramente interessante è la maniera con la quale questi numeri (ancora da verificare, soprattutto consumi ed emissioni) vengono ottenuti. L’auto in questione è la versione ibrida della conosciuta Peugeot 3008, individuata dal suffisso HYbrid 4 e molto innovativa: la Casa del Leone dichiara infatti che si tratta della prima crossover ibrida con motore Diesel al mondo.

Se il vocabolo crossover non richiede analisi particolari, l’accoppiata “ibrido Diesel” stimola qualche ulteriore riflessione.
Un’auto ibrida riunisce in sé sistemi diversi di generazione dell’energia meccanica necessaria per il suo movimento e attualmente questa parola è praticamente il sinonimo di “motore a scoppio + motore elettrico”.

La 3008 HYbrid 4 non fa eccezione, accoppiando al tradizionale – anche se molto perfezionato e ulteriormente ottimizzato – Diesel HDi FAP da 163 CV un motore elettrico a magneti permanenti. Una prima innovazione è rilevabile già nella scelta dell’unità termica, dato che i Diesel erano stati finora poco usati nei veicoli ibridi. Essi, infatti, hanno già un alto rendimento intrinseco, sono mediamente più costosi di un benzina e manifestano un avviamento ed uno spegnimento piuttosto ruvidi e sobbalzanti.

Una certa scioltezza nello “start & stop” è infatti richiesta in queste applicazioni, dato che un ruolo non trascurabile nella riduzione di consumi ed emissioni perseguito da questa architettura è da ricondurre proprio allo spegnimento del motore termico nelle soste. La questione è stata affrontata, oltreché con una sofisticata gestione elettronica dell’iniezione, adottando un alternatore reversibile, in grado cioè di funzionare anche come motorino d’avviamento. La sua potenza – 8 kW, quasi 11 CV – permette sia un facile avviamento del Diesel HDi da 2 litri sia un’efficace ricarica del pacco batterie Ni-MH che alimenta il motore elettrico, oltreché alimentare il motore elettrico nel funzionamento 4 WD.

Le macchine elettriche hanno generalmente un alto rendimento (anche quando sono reversibili, come in questo caso) ed è perciò ragionevole supporre che la potenza elettrica erogata come generatore non sia molto diversa da quella meccanica generata durante l’avviamento. Potenze così elevate richiedono un funzionamento a tensione molto superiore ai consueti 12 V nominali del classico accumulatore al piombo, dato che il valore della potenza elettrica, nei circuiti a corrente continua, è esprimibile con buona precisione moltiplicando la tensione per l’intensità della corrente.

Un asciugacapelli da 1.200 W se alimentato a 100 V si “accontenterebbe” di 12 A ma collegandolo ad una batteria a 12 V il suo assorbimento balzerebbe a 100 Ampere, prosciugandola in breve tempo e richiedendo inoltre per il collegamento cavi grossi come cime d’ormeggio! È per questo che gli elementi Nickel metal-idrato della 3008 HYbrid 4 sono collegati in serie per ottenere una tensione di 200 V, cosa che permette loro di erogare 1 kW con soli 5 A.

Un inverter alimenta il motore elettrico gestendolo con tensioni comprese fra 150 e 270 V mentre un convertitore abbassa la tensione ai consueti 12 V per i servizi di bordo, che possono anche contare su un tradizionale elemento al piombo.
Il motore elettrico è un’unità a magneti permanenti: per capire meglio cosa questa configurazione significhi è opportuna una digressione.

La costruzione ed il funzionamento del motore elettrico rotante sono, almeno sulla carta, abbastanza semplici, prevedendo una parte fissa (statore) ed una mobile coassiale allo statore, il rotore, che è poi quella dalla quale si preleva la potenza meccanica.

Gli organi principali di un motore elettrico o sono fermi o sono a simmetria circolare e si muovono di puro movimento rotatorio: del manovellismo dei motori a scoppio con tutto il contorno degli organi della distribuzione in questo caso non v’è traccia. Queste “assenze” hanno come gradito corollario un tasso di vibrazioni molto piccolo (gli organi rotanti simmetrici possono essere equilibrati con molta precisione) e ridotti attriti interni, doti che rendono questi motori confortevoli, in grado di ruotare a regimi elevati e ad alto rendimento.

I motori elettrici funzionano grazie alle proprietà dei campi magnetici: lo statore ne crea uno ed il rotore un altro, opportunamente sfasati e sincronizzati in modo da creare una continua azione di attrazione fra poli magnetici opposti e repulsione fra quelli uguali: il risultato è la creazione di una coppia motrice che imprime al rotore, per l’appunto, un movimento rotatorio.

Questi motori possono essere costruiti seguendo schemi diversi ma con una regola comune: uno dei due organi deve possedere degli elettromagneti (ossia bobine di filo conduttore che, percorse da corrente, generano il campo magnetico occorrente) mentre l’altro può anche non averne. La ragione di questo vincolo costruttivo è che l’elettromagnete è – ad oggi – l’unico elemento commercialmente usabile che può esprimere la necessaria modulazione del campo magnetico, ottenuta variando il verso e l’intensità della corrente che ne attraversa gli avvolgimenti.

Le combinazioni possibili sono diverse. Alcuni motori creano il campo statorico e quello rotorico con elettromagneti, altri hanno lo statore con magneti fissi ed il rotore dotato di bobine (in questo caso e nel precedente occorrono le spazzole, contatti striscianti in grado di portare la corrente al rotore).

I motorini a induzione che azionano le pompe di scarico delle lavatrici, invece, hanno lo statore dotato di un’unica bobina percorsa dalla tensione di rete mentre il rotore crea il suo campo magnetico tramite avvolgimenti di materiale conduttivo percorsi dalle correnti indotte dalle variazioni del campo magnetico statorico.

Il motore elettrico della 3008 HYbrid 4 dovrebbe essere (le notizie non sono molte) di tipo sincrono a magneti permanenti senza spazzole. In questo tipo di motore il rotore è “guarnito” con magneti che sono la versione evoluta (e capace di creare campi magnetici molto intensi) delle comuni calamite a ferro di cavallo: il campo magnetico variabile è perciò generato negli avvolgimenti plurimi dello statore (in verde nella figura).

Essi sono pilotati in corrente continua da una sofisticata elettronica di potenza – che comprende, a volte, anche un encoder rotativo necessario per conoscere la posizione angolare del rotore – deputata alla produzione della necessaria commutazione del campo magnetico. Nel campo della trazione automobilistica si guarda con interesse a questo tipo di motore perché esso, oltre a favorevoli caratteristiche di coppia e rendimento, può fare a meno delle spazzole risultando quindi molto affidabile e silenzioso. Inoltre è facile da raffreddare dato che i componenti che si riscaldano di più – gli avvolgimenti – sono fissi e perciò agevolmente collegabili a sistemi di dissipazione termica.

I numeri dell’unità elettrica della 3008 HYbrid 4 sono di 20 kW continui e 27 di picco (27 e 37 CV rispettivamente) con coppie alquanto sostanziose: 100 Nm continui, raddoppiabili a 200 per brevi periodi. Questa ulteriore dose di potenza e coppia può essere impiegata in modi diversi, il più usato dei quali è la riduzione del carico di lavoro del motore Diesel, contenendone i consumi soprattutto nel ciclo urbano. Sarà possibile inoltre implementare la trazione integrale (entrambi i motori in funzione), la marcia puramente elettrica (a emissioni zero) o imprimere alla vettura una marcata dinamica, data da una potenza massima pari a 200 CV (163 CV termici + 37 CV elettrici ) accompagnata da una elefantina coppia massima di 500 Nm (300 termici + 200 elettrici).

Queste modalità sono selezionabili con una manopola a quattro posizioni, con quella identificata da Auto che affida al modulo di controllo la gestioni dei due motori, usandoli usandoli entrambi o alternativamente a seconda delle situazioni e delle richieste del guidatore. La dicitura Power identifica la modalità che enfatizza l’aspetto prestazionale della doppia motorizzazione mentre l’eloquente 4WD prevede l’impiego costante dei due motori, per trasformare la 3008 Hybrid 4 in una vettura a trazione integrale. Il modo ZEV (Zero Emission Vehicle) usa il solo motore elettrico per muovere la 3008 a zero emissioni.

Il gestore di tutto è il PTMU (Power Train Management Unit), un modulo che controlla in drive-by wire non solo i due motori e l’unità di start & stop ma anche il cambio robotizzato a 6 marce BMP6, usabile sia in automatico che con selezione manuale dei rapporti. Una raffinata sinergia fra i gruppi permette, ad esempio, l’attivazione temporanea del motore elettrico per non interrompere la trazione durante il cambio di marcia, ottenendo così un feeling simile a quello dei cambi a doppia frizione o dagli automatici classici con convertitore di coppia.

Parliamo ora di un’altra innovazione di questa Peugeot: la disposizione dei gruppi meccanici. La 3008 ha il motore elettrico sistemato nell’asse posteriore, molto vicino alle ruote che dovrà azionare e totalmente separato dal propulsore termico. Le sospensioni sono moderni elementi a bracci multipli (un passo avanti rispetto al ponte torcente del modello originario) e tutto il gruppo può essere montato in alternativa al retrotreno consueto, permettendo l’allestimento delle diverse versioni nella stessa linea di montaggio.

In questo modo si evitano modifiche al blocco anteriore, si ripartiscono meglio le masse e si conserva un’ampia libertà di scelta della cilindrata e dell’alimentazione dei motori termici. Naturalmente il motore elettrico (evviva la reversibilità!) recupera – durante i rallentamenti e le frenate – energia cinetica altrimenti persa convertendola in energia elettrica che ricarica le batterie Ni-MH. Queste ultime sono piuttosto compatte, dato che l’autonomia possibile nella modalità ZEV è piuttosto limitata.

Rimane il dubbia sul valore massimo della coppia frenante che le ruote posteriori potranno trasferire al motore-generatore, dato che il carico sul treno posteriore diminuisce molto in frenata in virtù del trasferimento di carico. Non è infatti un caso che i freni dell’asse anteriore siano molto più potenti di quelli del posteriore (pensate alle moto, spesso dotate di due grossi dischi mentre posteriormente hanno un singolo elemento molto più piccolo): le ruote anteriori, caricate dinamicamente in fase di frenata, hanno infatti molto più grip.

Provate a rallentare un’auto tirando gradualmente il freno a mano (ammesso che esso agisca sul retrotreno): l’azione frenante aumenterà progressivamente, arrivando fino al bloccaggio delle ruote posteriori, ma la decelerazione ottenibile non sarà un granché. In realtà il pacco batterie della 3008 Hybrid 4 non dovrebbe avere una grande capacità (l’autonomia in modo ZEV non è esorbitante) e la sua ricarica sarà, perciò, poco “impegnativa”.
Sembra comunque che Peugeot abbia in preparazione la versione plug-in della 3008, dotata di batterie al Litio ben più prestanti.

Per sviluppare la sua tecnologia ibrida, il Gruppo PSA si è rivolto a partner tecnologici di consolidata esperienza. Bosch fornisce il motore elettrico, l’elettronica di potenza, l’alternatore reversibile ad alta tensione ed i sistemi che curano l’interfaccia con l’ABS e l’ESP.
Il compatto pacco batterie Ni-MH ad alta tensione viene invece prodotto da Sanyo, azienda molto impegnata negli accumulatori e nel fotovoltaico, con la quale il gruppo PSA ha stretto accordi specifici.