Maserati: alla scoperta dei powertrain Folgore

[Intervista] Motori in casa, batteria assiale a doppia T e controlli predittivi: come il Tridente ha interpretato l’elettrico con la nuova Maserati GranTurismo Folgore

• Granturismo Folgore: motori dalla Formula E
• Obiettivo alte velocità
• La batteria di GranTurismo Folgore
• Temperature e prestazioni
• La piattaforma VDCM

Il Tridente abbraccia l’elettrico. Entro il 2025 tutti i modelli Maserati avranno una versione interamente a batteria, mentre a partire dal 2030 la gamma di Modena sarà esclusivamente elettrica. L’elettrificazione però fa parte anche del presente di Maserati. Ultima arrivata in ordine di tempo è GranTurismo Folgore, declinazione a batteria delle controparti termiche Modena e Trofeo su cui invece continua a urlare il V6 Nettuno. I powertrain elettrici di Maserati si distinguono dalla concorrenza per una serie di scelte ingegneristiche che incarnano perfettamente il DNA sportivo del Tridente. A raccontarle per FormulaPassion c’è l’ingegner Davide Danesin, GT Line Program Director presso il marchio modenese.

Granturismo Folgore: motori dalla Formula E

Essendo l’elettrificazione una sfida ancora relativamente nuova per Maserati, cruciale nello sviluppo dei powertrain di GranTurismo Folgore è stato l’utilizzo fin da subito delle migliori tecnologie disponibili note, molte delle quali maturate dall’esperienza di elettrificazione del mondo racing inclusa ovviamente la Formula E, dedicata esclusivamente alle monoposto con propulsione elettrica. “I motori di Folgore sono stati disegnati e sviluppati esclusivamente per le applicazioni Maserati”, spiega Danesin. “Non sono identici ai motori di Formula E, che invece sono più piccoli e meno potenti, ma molti degli archetipi tecnici sono in qualche maniera condivisi”. Maserati ha infatti scelto di progettare direttamente in casa i propulsori della propria GranTurismo elettrica piuttosto che acquistarli dall’esterno, realizzandoli in Italia con il contributo di Marelli.

In un panorama industriale in cui alcune case prediligono l’impiego di motori elettrici a flusso assiale per la loro elevata densità di coppia, Maserati ha scelto invece di puntare sulle unità a flusso radiale. La decisione finale però non è stata presa prima di aver valutato tutte le opzioni sul tavolo. “Per noi erano fondamentali un’altissima densità di potenza e di coppia, quindi il livello di coppia e potenza rispetto al volume e al peso del motore”, continua Danesin. “Questo perché fin dall’inizio volevamo realizzare una vettura con tre motori e quindi con la possibilità di installare all’asse posteriore i due motori accoppiati. Ovviamente  la vettura ha lo spazio che ha e gli obiettivi di potenza erano molto elevati. Siamo andati sulla soluzione che ci permetteva la miglior densità di potenza possibile e così abbiamo realizzato un motore super compatto radiale a magneti permanenti. All’interno di ogni singolo motore ci sono ben 144 magneti ad alte prestazioni”.

Obiettivo alte velocità

I motori elettrici a flusso radiale, quale quelli impiegati da Ferrari e Mercedes, vantano ottime densità di coppia ma vanno in affanno al crescere della potenza e soprattutto dei giri motore. Maserati invece necessita di un prodotto in grado di sostenere elevati regimi di rotazione, essendo GranTurismo Folgore sprovvista di un cambio multi-rapporto in favore della soluzione a doppio motore. “Il nostro progetto originale richiedeva la capacità di pilotare in maniera molto efficiente i motori anche ad elevati giri. Maserati non adotta un cambio come fanno alcuni concorrenti, tra cui Porsche. Non abbiamo voluto un cambio meccanico tra la ruota e il motore, esiste un collegamento diretto ruota-motore con rapporto fisso di riduzione. Di conseguenza per raggiungere le velocità massime di Folgore, decisamente più elevate rispetto alla media della concorrenza, abbiamo dovuto alzare molto i giri del motore. Perciò abbiamo sviluppato un motore capace di sviluppare non solo potenza e coppia, ma anche di raggiungere regimi di rotazione elevati. In questo anche gli inverter giocano un ruolo fondamentale, in quanto devono pilotare le correnti che comandano la rotazione del motore”.

Motori YASA a flusso assiale: densità di coppia quattro volte maggiore

Proprio la tecnologia del carburo di silicio è stata scelta per la realizzazione di inverter in grado di gestire correnti ad elevata intensità e frequenza. Così come i motori, anche gli inverter giovano dell’esperienza del mondo racing. Spiega Danesin: “Sin da subito siamo voluti andare su una tecnologia di mosfet più evoluta che è quella dei carburi di silicio. È una tecnologia che viene usata nelle corse da molto tempo, soprattutto da quando c’è l’elettrificazione, non solo in Formula E, ma anche in Formula 1. È la migliore soluzione nota dal punto di vista della capacità di controllare correnti molto alte e sono particolarmente efficienti nel convertire ad alta frequenza le correnti continue in arrivo dalla batteria”.

La batteria di GranTurismo Folgore

Una delle caratteristiche di spicco di GranTurismo Folgore è l’architettura del pacco batteria. È pratica ampiamente diffusa nel mondo dell’elettrico quella di installare l’accumulatore sotto al pianale inferiore per mantenere il centro di gravità basso, costringendo però ad alzare sedili, passeggeri, tettuccio e altezza da terra. Maserati ha invece optato per un pacco batterie sagomato a doppia T, sottile e longilineo al centro occupando gli ingombri del tunnel centrale, per poi allargarsi nella parte anteriore dopo il parafiamma e nella parte posteriore alle spalle dell’abitacolo. Continua l’ingegner Danesin: “Le motivazioni fondamentalmente sono tre. La prima è sicuramente la necessità di fare una vettura con una posizione di guida non compromessa, che ci permettesse di realizzare un oggetto con una determinata altezza da terra, quindi assolutamente una Gran Turismo. Non volevamo cadere nello spazio delle vetture che in qualche maniera diventano dei crossover o sono costrette ad alzarsi. Per fare questo abbiamo voluto evitare la batteria sotto al sedile, il che ci ha permesso di eseguire il progetto ergonomico della Granturismo in linea con la nostra  miglior tradizione in termini di posizionamento del pilota contenendo allo stesso tempo l’altezza massima del veicolo. In questo modo abbiamo realizzato la vettura elettrica di produzione più bassa del mercato, a parte esercizi molto esotici in limitatissimi volumi”.

“Il secondo vantaggio fondamentale è stato quello di riportare le masse al centro della vettura, più vicino all’asse di rollio, al fine di migliorarne la dinamica del veicolo. Questo porta grandissimo beneficio all’agilità della vettura e produce un’esperienza di guida di più alto livello”. Il concentramento della batteria attorno all’asse centrale riduce infatti la dispersione delle masse in vettura, riducendone il momento di inerzia polare attorno all’asse di rollio. Il tutto si traduce in una maggiore reattività nei cambi di direzione a parità di forza sterzante. Ma le motivazioni non si esauriscono qui: “Un terzo aspetto importante è il beneficio che questo layout ha portato da un punto di vista esecutivo del progetto, permettendoci di disegnare il telaio in modo intelligente. La scocca infatti è sufficientemente modulare per poter realizzare anche le versioni con il motore termico convenzionale senza cadere in compromessi importanti”.

“La realizzazione della batteria è stata estremamente complessa”, commenta Danesin. “Ovviamente è molto più facile progettarne una piatta con una geometria replicata un certo numero volte sullo stesso piano piuttosto che costruire un oggetto tridimensionale estremamente complesso. L’abbiamo progettata in casa, la montiamo a Mirafiori e ha richiesto quattro anni di sviluppo a casa nostra. È stato un lavoro estremamente impegnativo, figlio di una logica ‘zero-compromise’ nella definizione della Granturismo Folgore,  tuttavia il risultato finale su vettura ripaga ampiamente i nostri sforzi. La batteria con la forma assiale a doppia T è lo strumento per garantire un prodotto libero da compromessi e per proporre una vera Maserati GranTurismo non solo dal punto di vista estetico, ma anche dal punto di vista dell’esperienza di guida con la propulsione elettrica”.

Temperature e prestazioni

Altro aspetto centrale nello sviluppo del powertrain di GranTurismo Folgore è stato il circuito di Thermal Management. Soprattutto nella fase di impostazione iniziale, Maserati vi ha dato grande importanza, al punto tale da realizzare numerosi modelli di simulazione dell’impianto di raffreddamento, confrontandone il comportamento e il controllo nelle varie  condizioni della vettura. Il controllo termico della vettura elettrica ha infatti non meno di due risvolti rilevanti: “Il primo è quello prestazionale, perché le vetture elettriche smettono di essere performanti quando vanno in saturazione termica. Come seconda cosa, è chiaro che in condizioni ambientali non ottimali il consumo da parte della vettura per la gestione termica all’interno dell’abitacolo è una fonte di dispendio di energia. Nel controllo delle temperature all’interno della vettura c’è un piccolo serbatoio di efficienza sul quale si può andare a lavorare agendo sulla complessità della gestione termica”.

Maserati si allinea alle tendenze attuali dell’industria, andando verso un circuito di Thermal Management ad alta complessità, con diverse modalità di utilizzo e circolazione dei fluidi interni in base ai trasferimenti di calore desiderati da un componente all’altro. “Noi oggi abbiamo scelto di avere un circuito estremamente complesso: ha cinque modalità diverse di controllo. In funzione della condizione ambientale e di uso del veicolo, il sistema si adatta andando a spostare calore dai motori verso la batteria o verso l’abitacolo piuttosto che raffreddare o scaldare la batteria stessa”.

La piattaforma VDCM

Novità di GranTurismo è anche il potenziamento del modulo di controllo elettronico VDCM, acronimo di Vehicle Domain Control Module. Scritto interamente in casa, il VDCM è nato in un primo momento con Grecale, con GranTurismo Trofeo e con GranTurismo Modena. In quel tipo di esecuzione, un certo numero dei sistemi di dinamica del veicolo, a eccezione del controllo del motore termico che per Nettuno rimane specifico, arrivavano all’interno di VDCM. Con Folgore la parte di controllo della propulsione entra anche lei in VDCM, completando quello che era il progetto iniziale basato sul concetto del controllore unico di dinamica. L’ingegner Danesin spiega infatti come un approccio centralizzato possa essere vantaggioso rispetto a un elevato numero di centraline specializzate: “Un sistema collaborativo tra centraline di solito porta dei vincoli non solo di velocità, ma anche di potenziale conflittualità tra i sistemi che in qualche maniera si devono passare la mano nelle parti di controllo. Portando in Folgore tutto all’interno di VDCM, il cervello unico della vettura diventa lui. Tutti i sistemi di dinamica della vettura, dalla propulsione fino al controllo degli ammortizzatori, delle molle ad aria, della trazione e altro ancora, incluso il nodo freni, arrivano all’interno di VDCM. Per fare questo abbiamo sviluppato un hardware e scritto in casa il software. Abbiamo iniziato a utilizzare VDCM su Grecale e poi su GranTurismo, ma è su Folgore che il sistema trova la sua massima applicazione con il controllo diretto dei tre motori della propulsione”.

Maserati GranTurismo Folgore: la scheda tecnica

Per rendere possibile tutto questo, cruciale è stata la scelta organizzativa di cinque anni fa di Maserati di costruire un gruppo ingegneri interni che realizzassero il software delle vetture del Tridente. Un approccio sempre più fondamentale con le nuove tecnologie. “Con l’elettrificazione in arrivo, in qualche maniera il DNA del brand viene codificato sotto forma di software all’interno dei sistemi di controllo di vettura. Avendo intuito che questa era un po’ la via, abbiamo dovuto in qualche maniera raccogliere l’esperienza di Maserati di dinamica veicolo e di controllo della propulsione sviluppata negli anni precedenti e l’abbiamo portata all’interno di VDCM”.

In un mondo in cui le logiche di controllo possono essere di tipo predittivo o reattivo, con GranTurismo Folgore Maserati si sposta verso il primo approccio. “In passato i sistemi di controllo della dinamica veicolo erano prettamente reattivi; quindi, andavano a lavorare in maniera importante solo nei rari casi in cui il cliente approcciava il limite di comportamento della vettura, quindi correggendo una sbandata oppure limitando una frenata con bloccaggio. Oggi quella parte diventa marginale mentre si lavora sempre più per ottenere un determinato comportamento del veicolo fin dal campo lineare della guida della vettura. Cioè quel campo di utilizzo del veicolo fino a 0,7g che ogni guidatore esperienza nella guida di tutti i giorni. Per fare questo in modo efficace ed efficiente, abbiamo sviluppato la capacità dei nostri software di controllo di leggere fin dai primi istanti la volontà del guidatore tramite i comandi di input verso la vettura, per poi attuare e controllare un comportamento del veicolo in linea con le caratteristiche tipiche dei prodotti Maserati”.

In generale, il VDCM va a lavorare di più a completamento di quella che è l’esperienza del guidatore in fase di controllo attivo anticipato, per poi correggerla solo verso la fine se necessario. “Le nostre vetture hanno dei limiti molto elevati ed è inusuale che il cliente si trovi a superarli”, continua Danesin. “Tuttavia nel momento in cui il limite viene superato, subentrano quelle parti di controllo reattivo che riportano la vettura all’interno delle condizioni di sicurezza. In generale però queste sono condizioni non molto comuni nella guida di tutti i giorni, di conseguenza abbiamo lavorato moltissimo per migliorare la parte di dinamica  lineare iniziale, quindi quella che gli ingegneri del veicolo definiscono essere tra 0 e 0.7 g, tramite controlli che lavorano in modo predittivo leggendo quello che è il desiderio del guidatore ed attuando i comportamenti di veicolo che meglio rappresentano l’esperienza di guida Maserati”.

I controlli sono l’espressione di una certa struttura logica, figlia delle priorità che chi sviluppa l’automobile si dà dal punto di vista dell’esperienza di guida, che è fondamentale che venga compresa e decodificata. Maserati comprende perfettamente l’importanza di tutto ciò, non solo per quanto riguarda gli ingegneri software, ma anche per il front end di sviluppo della vettura, dai singoli collaudatori fino agli ingegneri esperti dei sistemi. “Le priorità e il modo di eseguire il controllo dei mezzi elettromeccanici è caratteristico di ogni brand perché queste caratteristiche si sono sviluppate dall’esperienza dei decenni precedenti anche su macchine termiche. La differenza con le vetture elettriche è che oggi la leva del software è molto più importante. Quello che si può fare con il software su una vettura elettrica è molto più preciso ed efficace di quanto non fosse nel mondo del motore termico, che per certi versi passava attraverso sistemi non tipicamente digitali. C’era una sorta di dialogo non sempre immediato che si doveva instaurare col mezzo meccanico. Sui motori elettrici è tutto molto più vicino al digitale, ad esempio il controllo delle correnti e della coppia che ne deriva è estremamente preciso e completamente prevedibile. Altrettanto dicasi per la gestione termica dei vari sottosistemi precisamente codificabile nel software. In un tale sistema la leva del software sulle prestazioni è molto più potente”.

Tra motori, inverter e controllo software, il powertrain di GranTurismo Folgore al 100% il manifesto della visione di Maserati dell’elettrico. La gamma del Tridente muterà profondamente nel prossimo futuro, arrivando a essere interamente elettrica entro la fine del decennio, ma Folgore racconta di come la casa di Modena non abbia alcuna intenzione di rinunciare al proprio DNA sportivo e alla propria originalità.