Centro Ricerche Fiat

Profilo

Centro Ricerche Fiat (CRF)Il Centro Ricerche Fiat inizia la propria attività nel 1978 come polo di riferimento per l’innovazione e lo sviluppo. Oggi è un centro di eccellenza riconosciuto a livello internazionale, con sede a Orbassano (Torino). La sua missione è l’utilizzo dell’innovazione come leva strategica nei business delle aziende Fiat. Con un organico di circa 1.000 dipendenti, il Centro Ricerche Fiat dispone di un vasto insieme di competenze tecniche relative all’ingegneria automobilistica, a cui si affiancano una serie di laboratori all’avanguardia. Nel corso degli anni il Centro Ricerche Fiat ha raggiunto risultati altamente significativi, come testimoniano i 2.860 brevetti registrati e domande di brevetto, e ha sviluppato un network globale di collaborazioni con oltre 1.760 partner industriali, universitari e di ricerca, in grado di rafforzare ulteriormente le strategie di innovazione, implementare specifiche attività operative a livello locale e assicurare lo sviluppo di competenze ad hoc. A livello internazionale, i progetti approvati nel 2011 sono stati 19 che hanno portato a un totale di 133 nel settimo Programma Quadro 2007-2013. Il forte impegno nella ricerca europea, unito alle riconosciute competenze sistemiche e alla diffusa presenza sul territorio, hanno consentito la partecipazione a PPP (Public Private Partnership) nate per focalizzare la ricerca pubblica e privata su tematiche di interesse comune e su applicazioni industriali, sia a livello nazionale sia europeo (“Green Car Initiative”, “Factories of the Future”). Particolarmente attivo nel campo della ricerca per la mobilità sostenibile, il Centro Ricerche Fiat studia soluzioni innovative per la mobilità attraverso un approccio a 360 gradi, che riguarda il veicolo e i suoi componenti, l’energia, la sicurezza, la telematica, i nuovi materiali e le relative tecnologie, la meccatronica, l’ottica, nonché le attività di innovazione sui motopropulsori, i sistemi di propulsione alternativi e i cambi.

Le attività del Centro Ricerche Fiat sono organizzate in queste tre macro aree: sostenibilità ambientale, sostenibilità sociale e competitività economicamente sostenibile.

Sostenibilità Ambientale

Comprende le attività di ricerca svolte per aumentare l’efficienza energetica del veicolo riducendone l’impatto ambientale su tutto il suo ciclo di vita: dalla produzione allo smontaggio. Tra i principali risultati ottenuti nel 2011 si segnalano:

  • Estensione della tecnologia Multijet II IRS (Injection Rate Shaping) ai motori Diesel 2.0L e 3.0L V6. Nel corso del 2011 la tecnologia Injection Rate Shaping (IRS), sviluppata e brevettata dal Centro Ricerche Fiat nei laboratori di Research & Technology di Orbassano, è stata applicata alle nuove motorizzazioni diesel Multijet II 3.0 V6 da 241 Cv e 2.0 da 170 Cv, rispettivamente sulle vetture Jeep Grand Cherokee e Fiat Freemont. Grazie alla tecnologia Multijet II, che utilizza un nuovo iniettore a elettrovalvola bilanciata, è possibile effettuare fino a otto iniezioni per ciclo di combustione, con la possibilità di gestire le due iniezioni principali in un unico profilo modulabile (Injection Rate Shaping) garantendo così una riduzione dei consumi e delle emissioni inquinanti rispetto a un iniettore convenzionale, e assicurando nel contempo una drastica riduzione della rumorosità di combustione.
  • Modularità motore Multiair. Lo sviluppo e l’applicazione della tecnologia MultiAir nel 2009 sul motore FIRE aspirato e turbo e nel 2010 sul TwinAir bicilindrico Turbo hanno mostrato il grande potenziale di questa rivoluzionaria soluzione tecnica per ridurre i consumi dei motori benzina di oltre il 10%, incrementando in parallelo in maniera evidente il piacere di guida. Dal 2011 il C.R.F. lavora sulla seconda generazione del MultiAir, che a parità di contenuti hardware del motore è in grado di abilitare nuove funzionalità di controllo delle valvole che consentono un completo controllo della combustione in tutte le condizioni operative, ottimizzando il rapporto di compressione effettivo e la frazione di gas di scarico ricircolata all’interno del motore, istante dopo istante e cilindro per cilindro. L’attività di ricerca del C.R.F. nel 2011 è stata volta alla realizzazione di un veicolo in cui testare approfonditamente la modularità in termini di benefici sui consumi e di guidabilità lato utente, intervenendo essenzialmente sul software e sulle strategie di controllo per ottimizzare questa nuova modalità di gestione del motore e ottenerne i massimi vantaggi. I risultati consuntivati sia sul veicolo dimostratore sia sui motori a banco sono stati molto promettenti: limitatamente al contenuto “disattivazione cilindri”, dal punto di vista del consumo di combustibile, si possono stimare delle riduzioni che vanno dal 3 al 5 %, con un comportamento NVH (Noise, Vibration, Harshness) in linea con le normative previste e senza alcun impatto sulle prestazioni veicolo.
  • Ottimizzazione dell’uso dell’energia a bordo veicolo. L’elevata efficienza dei propulsori di ultima generazione e la conseguente mancanza di potenza termica nel liquido di raffreddamento del motore, rendono necessaria l’introduzione di dispositivi per migliorare sia il riscaldamento del motore sia il comfort dei passeggeri (Smart Heater). Il recupero del calore di scarto del motore, che rappresenta circa un terzo dell’energia di combustione del carburante, è una soluzione che, accelerando il riscaldamento del motore permette di migliorare sia il comfort sia l’efficienza energetica del veicolo. Sui veicoli di prossima generazione nuovi sistemi per la gestione termica integrata (Smart Cooling) consentiranno di incrementare l’efficienza energetica del veicolo attraverso la dissipazione del calore a due livelli: un primo per disperdere il calore ad alta temperatura (calore prodotto dal motore) e un secondo, a temperatura inferiore, per raffreddare localmente i sistemi ausiliari del veicolo che permette di sfruttare al meglio l’efficacia dei sistemi di parzializzazione dei flussi di raffreddamento. Si ottiene così un beneficio in uso reale in termini di riduzione del consumo di carburante nell’ordine del 5%. L’ottimizzazione dell’aerodinamica è un ulteriore elemento che consente di aumentare l’efficienza energetica. In quest’ambito è stata sviluppata una soluzione per migliorare il flusso in uscita dal passaruota anteriore, che costituisce un elemento critico per la resistenza aerodinamica del veicolo. Grazie alle tecniche di calcolo e di ottimizzazione sviluppate dal C.R.F. è stata ottenuta una riduzione del CX superiore al 3% senza l’impiego di appendici aerodinamiche nella parte anteriore del passaruota. Questo miglioramento sarà ulteriormente incrementato una volta completata l’ottimizzazione della parte posteriore del veicolo in funzione del campo di moto più veloce che si viene a creare grazie al condotto anteriore.
  • Biometano. Il Centro Ricerche Fiat è stato di supporto a Fiat Group Automobiles nello sviluppo della filiera italiana del biometano attraverso l’analisi delle specificità delle “best practice” a livello europeo sul tema. In quest’ottica, nel corso del 2011, C.R.F. ha collaborato con stakeholder locali della provincia di Trento per lo studio di fattibilità per la realizzazione di impianti per la produzione di biometano da varie tipologie di biomassa. In particolare è stato completato uno studio di fattibilità e di progettazione di massima per la realizzazione di un impianto per la produzione di biogas e purificazione a biometano nell’ambito dell’iniziativa “Oil Free Zone” del Primiero e Vanoi (nord-est della Provincia di Trento). Il C.R.F. è anche partner del progetto europeo “BIOMASTER”, che vuole dimostrare che il biometano per il trasporto può essere un’opzione praticabile nonostante le barriere normative e fiscali che attualmente ne ostacolano la diffusione.
  • Materiali per alleggerimento. Nel corso del 2011 è stato introdotto l’uso dell’acciaio austenitico innovazione che ha trovato la finalizzazione nella traversa crash-box della Nuova Panda. Questo acciaio austenitico al manganese rappresenta a oggi il meglio che si possa avere nel campo degli acciai stampati a freddo in termini di resistenza e formabilità. L’innovazione è stata quella di replicare su prodotti destinati all’automobile e a costi contenuti, la stessa metallurgia dei tradizionali acciai austenitici inossidabili: elevata resistenza, profondissima stampabilità, elevata resistenza alla corrosione, facendo ricorso al manganese, metallo meno nobile e costoso rispetto al nichel o al cromo. Il risultato è stato un recupero di circa 1 kg di peso con una relativa semplificazione e riduzione di costo rispetto allo stesso componente montato su Fiat 500, permettendo al contempo di eliminare un elemento stampato. Il componente finale rappresenta la prima applicazione mondiale su un’autovettura di questo materiale.
  • Materiali ecologici. Un concreto esempio di applicazione di materiali biocompatibili è rappresentato dall’applicazione industriale della poliammide PA1010 (Zytel FE240017) nei tubi combustibile delle motorizzazioni Diesel. Il materiale è stato sviluppato in collaborazione con diversi fornitori e nel 2011 è stato utilizzato in grande serie per la prima volta al mondo come alternativa bioderivata alle poliammidi 12 (PA 12), avente tra l’altro maggior resistenza ai gasoli di origine bio. Questo materiale che deriva al 100% dall’olio di ricino oltre a essere un’alternativa alla PA 12 di derivazione petrolifera, in alcuni invecchiamenti risulta perfino migliorativa rispetto alla PA 12 stessa. La poliammide 1010 permette inoltre di evitare la dipendenza dalla poliammide 12 di sempre più difficile reperimento e i cui costi sono in aumento poiché la materia prima di partenza, il butadiene, viene impiegata in produzioni maggiormente remunerative. Questo componente ha vinto il premio “Most Innovative Use of Plastics Awards” della “Society of Plastics Engineers” (SPE), la più grande competizione al mondo di questo tipo, per la categoria “Environment”.
  • Ciclo di vita & fine vita veicolo. La metodologia di Life Cycle Assessment (LCA) è uno strumento che da anni viene utilizzato dal Centro Ricerche Fiat sia nei progetti europei, per valutarne l’effettiva valenza ambientale, sia per supportare Fiat Group Automobiles nelle scelte progettuali che hanno impatti sull’ecologia di prodotto o di processo. In particolare nel 2011 sono stati svolti gli studi di LCA per i progetti NANOTOUGH, ATLANTIS e RIGENERA e parallelamente sono stati condotti degli studi LCA su nuovi prodotti per la cataforesi e sui biocompositi.

Sostenibilità sociale

Comprende le attività di ricerca volte ad aumentare la capacità di prevenzione degli incidenti attraverso sistemi in grado di rilevare potenziali pericoli, di supportare il conducente nelle manovre e di garantire sempre la massima protezione degli occupanti e degli altri utenti della strada in caso di incidente.

Nel corso del 2011 l’impegno principale della ricerca nei confronti della sicurezza si è focalizzato sulle condizioni del traffico e alla possibilità di prevenire le situazioni di pericolo: ciò è possibile assistendo il conducente, migliorandone la percezione dello scenario ed evitandone la distrazione. È dunque fondamentale lo sviluppo di sistemi in grado di monitorare la situazione intorno al veicolo e di comunicare con il conducente in modo adeguato al contesto di guida. È questo, ad esempio, l’obiettivo del progetto “INTERACTIVE”, in cui il C.R.F. ha realizzato un veicolo dimostratore che suggerisce al guidatore la manovra da eseguire per evitare le situazioni di potenziale pericolo. Inoltre, la possibilità di monitorare con una precisione maggiore la posizione del veicolo consente di attivare sistemi di avviso e di controllo per la correzione di manovre errate e per evitare il verificarsi di condizioni pericolose quali, ad esempio, il cambio di corsia accidentale o la guida in condizioni di affaticamento.

L’implementazione sul veicolo di sistemi di sensoristica evoluta, rendono possibile la gestione di informazioni quali: posizione, condizioni dinamiche di marcia e di decelerazione, anche nel caso estremo di urto. Questo consente di contribuire attivamente, nelle situazioni critiche, al controllo del veicolo per evitare l’impatto o per ridurne l’entità, intervenendo sui sistemi di controllo principali quali la frenatura e la trasmissione della potenza. In aggiunta ai sistemi di bordo autonomi, la ricerca è orientata anche allo sviluppo di sistemi a supporto della comunicazione veicolo-infrastruttura e veicolo-veicolo. Questi ultimi sono finalizzati alla condivisione di informazioni sulle condizioni del traffico e su situazioni potenzialmente pericolose, tra veicoli presenti nello stesso contesto stradale. L’integrazione di dispositivi telematici a bordo del veicolo permette di sviluppare sistemi di navigazione innovativi, in grado di fornire il miglior percorso da seguire in base alle condizioni di traffico, al profilo di missione e alle preferenze di viaggio dell’utente. Nel progetto OASIS, il C.R.F. ha sviluppato un sistema per l’assistenza al guidatore che, in caso di condizione critiche, minimizza le distrazioni durante la guida attraverso un’interfaccia uomo-macchina dedicata e che considera anche le esigenze specifiche di passeggeri anziani.

Un miglior livello di utilizzo dei sistemi di protezione passiva, quali gli air-bag e le cinture di sicurezza, si può ottenere grazie a una integrazione maggiore tra questi e i nuovi sensori in grado di offrire in tempo reale informazioni essenziali sulle condizioni del moto o dell’urto incipiente o in atto.

Competitività economicamente sostenibile

Comprende le attività di ricerca che servono ad aumentare la competitività dei prodotti attraverso il miglioramento delle prestazioni e della funzionalità dei nuovi veicoli, riducendo i tempi di introduzione sul mercato dei risultati della ricerca. Tra i principali risultati ottenuti nel 2011 si possono citare:

  • Funzionalità. Una delle modalità più sicure e immediate per il controllo dei sistemi infotelematici di bordo è rappresentato dall’utilizzo di comandi vocali a bordo veicolo. Tuttavia il sistema di riconoscimento vocale deve raggiungere un livello di prestazioni tali da garantirne un uso agevole; nel caso del progetto “New speech-to-text solutions” si basa sull’utilizzo di un motore di riconoscimento off-board. Il fatto che i server siano disponibili in rete permette di sfruttare la loro potenza di calcolo, necessaria per effettuare un riconoscimento vocale di elevate prestazioni. L’interrogazione avviene mediante una connettività veicolo-infrastruttura basata su smartphone. Questa soluzione permette maggiore semplicità nell’architettura a bordo veicolo ed è quindi proponibile al cliente a un costo accettabile e con un elevato livello di prestazione. Con l’intento di massimizzare l’integrazione dei dispositivi personali del cliente (i.e., cellulare, mediaplayer, cuffie wireless) con il sistema informativo di bordo, il progetto europeo SOFIA introduce una piattaforma interoperabile che permette un utilizzo trasparente delle risorse messe a disposizione dai vari dispositivi presenti in abitacolo. Infatti ogni dispositivo si connette con la piattaforma SOFIA e rende disponibili le sue risorse (connettività, rubrica, file musicali, riproduzione sonora), lasciandone il coordinamento alla piattaforma telematica di bordo in condizioni controllate di sicurezza e usabilità.
  • Comfort e qualità percepita. Nel corso del 2011 nell’ambito dell’attività di progettazione delle interfacce uomo-macchina e del dialogo con l’utente è stato elaborato un sistema per la gestione dinamica dell’informazione e del supporto all’utente in funzione del suo carico di lavoro, con l’obiettivo di ridurre e tenere sotto controllo il carico stesso e di incrementare l’efficacia della comunicazione e degli interventi di supporto come i sistemi anticollisione e di mantenimento della corsia.

    Il sistema, sviluppato nel progetto CAMMI rileva in tempo reale il carico di lavoro dell’utente mediante una valutazione del suo comportamento sia nella guida sia nell’interazione con i sistemi di bordo (stile di guida, tempi di risposta) e costruisce un indicatore di carico. Così i sistemi di bordo possono adattare la complessità e la priorità delle informazioni del quadro di bordo e del sistema informativo multifunzione e ottimizzarne così l’interazione. In questo modo consentono al guidatore di concentrarsi meglio sul compito primario di guida e controllo del mezzo. Inoltre, il sistema è in grado di intervenire automaticamente sul sistema anticollisione, anticipando le segnalazioni se il guidatore è in situazione di carico di lavoro elevato perché sta, ad esempio, parlando al telefono o interagendo col navigatore.

    Il sistema è sviluppato con l’approccio embedded, in cui tutti i sistemi di bordo interessati dialogano in rete utilizzando informazioni già disponibili, contenendo così i costi perché interviene principalmente sul software di gestione dei sistemi di supporto alla guida e delle interfacce.
  • Competitività di processo e prodotto. Nel corso del 2011 in Centro Ricerche Fiat è stata sviluppata, validata e trasferita al Manufacturing Engineering di Fiat Group Automobiles una nuova metodologia di previsione e ottimizzazione della previsione numerica di qualità estetica e dimensionale. Questa consente di simulare ciascuna fase del ciclo produttivo tenendo conto delle interazioni tra i processi e consentendo di condurre la messa a punto e l’ottimizzazione dell’intero processo produttivo in ambiente virtuale. Diventa così possibile anticipare tutti gli interventi che sino a oggi erano messi in atto solo durante le fasi di industrializzazione. La metodologia è stata validata sui modelli in produzione ed è già applicata nella progettazione dei nuovi modelli.

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