Application note:
Di Valentino Pagliara, Support Engineer, Dewesoft S.r.L., Italia

A chi di voi non è capitato di sentire frasi come: 
“Guidare un veicolo elettrico non potrà mai dare le sensazioni che dà guidare un veicolo a motore”.
O come:
“Non ha prezzo il potersi muovere nell’assoluto silenzio che da un motore elettrico”.

Il settore automotive è sempre più orientato all’e-mobility ed è appassionante vedere come si siano delineate due distinte scuole di pensiero.

Per noi della Dewesoft, che da sempre supportiamo le aziende nel settore della ricerca e sviluppo grazie ai nostri sistemi di misura, è stata una conseguenza naturale volgere la nostra attenzione a questo nuovo tipo di applicazioni. Quindi, per provare a rispondere alla domanda “meglio un veicolo a motore endotermico o un veicolo elettrico?”, abbiamo pensato proprio di metterne due a confronto, con l’aiuto di un nostro caro amico.

Valerio Lata on motorcycle jumping

Il motocross è una forma di corsa motociclistica fuoristrada. La parola deriva dalla parola francese "moto" - è l'abbreviazione di motocyclette - e dall'inglese "cross-country". Il nostro caro amico, Valerio Lata, che conosciamo da anni, è un pilota ufficiale KTM - la casa austriaca di moto, biciclette e auto sportive - ed il Campione Europeo di Motocross EMX 125cc.

Valerio Lata was awarded as the uropean Champion in the EMX 125cc class
Figura 1. Nel 2021 Valerio Lata ha vinto il Campionato Europeo nella classe EMX 125cc. 

Nato a Roma, Valerio ha ormai quasi 17 anni. All'età di cinque anni salì per la prima volta su una moto e già all'età di sette anni è passato al motocross. Nonostante sia un ragazzino molto giovane, Valerio ha già dimostrato di essere un serio professionista e un grande amico della famiglia Dewesoft.

Lo seguiamo in giro per il mondo, gara dopo gara, ed è sempre un’emozione indescrivibile vederlo compiere evoluzioni incredibili e conquistare vittorie prestigiose sempre a cavallo della sua moto. Quest’anno è alla rincorsa del titolo Europeo nella classe 250cc e siamo sicuri che ci darà tantissime soddisfazioni, come sempre! 

On the left is the electric motorbike, and on the right is the motorbike with an internal combustion engine involved in the measurement campaign
Figura 2. A sinistra la moto elettrica, a destra la moto con motore a combustione interna coinvolta nella campagna di misure.

Proprio pensando a lui è nata l’idea di utilizzare due moto da motocross per il nostro confronto. E’ così che abbiamo proposto a Valerio di portare in pista due moto strumentate con i sistemi DAQ Dewesoft, e Valerio ha risposto: “Ogni volta che i ragazzi della Dewesoft mi chiamano, so già che ci sarà da divertirsi!”

Con Valerio a bordo, non ci restava che preparare tutto il materiale e far sì che le misure che avremmo ottenuto fossero, come sempre, le più accurate possibili.

La sfida più grande che ci siamo trovati davanti era quella di riuscire ad equipaggiare con i nostri sistemi di acquisizione dati le moto. Per me, che sin da ragazzo non vedevo l’ora di sporcarmi le mani smontando e modificando qualsiasi tipo di veicolo e motore, non poteva esserci occasione migliore per tornare a sentire l’odore pungente della benzina misto a quello pastoso del grasso per motori.

Il Setup di Misura

Volevamo dotare le due moto dei sistemi DAQ Dewesoft per acquisire i dati di accelerazione, velocità, rollio, beccheggio e imbardata (pitch roll, sleep speed) e dati di altitudine. Dati che ci avrebbero poi consentito di valutare e confrontare le prestazioni delle moto.

Measurement setup diagram for motorcycle
Figura 3. Schema del setup di misura.

Il setup di misura – Figura 3 -  scelto per il progetto era composta da:

  • La nuovissima piattaforma inerziale Dewesoft Navion2i – Figura 4
  • Un accelerometro  triassiale ICP 10 mV/g, 500 g, 2 a 7 kHz, modello PCB 356B21
  • Un microfono a condensatore a campo libero prepolarizzato da 1/2", 50 mV/Pa (+/-1,5 dB), 3,75 Hz - 20 kHz (+/-2 dB) con preamplificatore ICP® da 1/2" (426E01) e TEDS (PCB model 378B02)
  • Una Krypton CPU per acquisire i dati. Perfetta grazie alle sue ridotte dimensioni.
  • Un acquisitore Krypton-4xACC per le misure dinamiche.
  • Un powerbank per svincolarsi dall’alimentazione della moto.
  • Il software di acquisizione ed elaborazione dati DewesoftX.
  • Una actionCam - posta sul petto del pilota - per filmare tutta l’esperienza di guida e sincronizzarla facilmente con i dati acquisiti grazie ad una delle tante funzione del software DewesoftX.
  • Una moto KTM 125 con motore endotermico.
  • Una moto KTM elettrica.

The new Dewesoft inertial platform, Navion2i
Figura 4. La nuova piattaforma inerziale Navion2i.

Dopo aver analizzato e studiato i telai delle moto abbiamo individuato dove posizionare i nostri sistemi. Con il supporto del personale del team “ASD Vitinia”, abbiamo iniziato l’installazione.
Pur confrontandoci con spazi veramente limitati, la compattezza dei dispositivi Dewesoft ha reso l’installazione facile e veloce.

Come prima cosa abbiamo posizionato le 2 antenne GPS. In questo caso la discriminante che ci ha guidato è stata quella di mantenere una distanza minima di 1 metro tra di loro.
La distanza di 1 metro è veramente contenuta se paragonata ad alcuni sistemi dei nostri competitor che richiedono almeno 2,5 metri tra le 2 antenne.

Abbiamo quindi realizzato una semplice staffa custom ad “L” che, ancorata al tappo del serbatoio della moto col motore a combustione, ha fatto da base per l’antenna anteriore -Figura 5. Nella moto elettrica l’antenna GPS è stata ancorata con nastro telato 3M sul telaio appena sotto il computer di bordo -

GPS antenna mounted on the custom bracket
Figura 5. Antenna GPS montata sulla staffa custom.

La staffa ad “L” è stata sfruttata anche per installare il microfono. Questo è stato ancorato sulla parte lunga della staffa grazie a normali fascette di plastica – Figura 6.

Anchoring the microphone to the custom bracket
Figura 6. Ancoraggio del microfono alla staffa custom.

L’accelerometro IEPE invece è stato posizionato direttamente sul telaio delle moto, appena sotto il manubrio. – Figura 7.

Fixing the IEPE accelerometer to the frame
Figura 7. Fissaggio dell’accelerometro IEPE al telaio.

Siamo poi passati al fissaggio dell’altra antenna. In questo caso abbiamo sfruttato la rigidità dei parafanghi delle ruote posteriori delle moto. Questi ci hanno fornito un’ottima base di ancoraggio e, sempre con l’aiuto del nastro telato, abbiamo assicurato l’antenna GPS sul posteriore – Figura 8.

GPS antenna is mounted on the rear fender of the motorcycle
Figura 8. Antenna GPS montata sul parafango posteriore della moto.

Posizionate le antenne, siamo passati al fissaggio del corpo della Navion2i. Questo, per garantire misure accurate, deve essere installato in posizione orizzontale rispetto al suolo e, possibilmente, nei pressi del baricentro del veicolo.
Per rispettare i parametri sopra descritti, abbiamo deciso di posizionare la Navion2i in uno spazio vicino al filtro aria. Anche in questo caso per l’installazione ci sono voluti solo pochi minuti.
Smontato il carter di plastica sul fianco delle moto abbiamo avuto facile accesso al vano con il filtro dell’aria. Una volta lì, le ridotte dimensioni del nostro dispositivo hanno fatto il resto. Fissata con fascette di plastica e nastro telato, la Navion2i era pronta – Figura 9.

Positioning of the Navion2i in the air filter compartment
Figura 9. Posizionamento della Navion2i nel vano del filtro dell’aria.

Non restava che posizionare il datalogger Krypton CPU, l’acquisitore Krypton-4xACC ed il powerbank. Anche in questo caso le dimensioni compatte e la leggerezza dei dispositivi ci hanno permesso di risolvere il problema con una soluzione perfetta per garantire accuratezza nelle misure e comodità di guida per il pilota.

I 3 dispositivi sono stati collocati all’interno di un piccolo zaino - Figura 10. Il cablaggio è stato dimensionato accuratamente per consentire qualsiasi tipo di movimento al pilota durante le fasi di guida.

The backpack with the Krypton CPU data logger, the Krypton-4xACC acquisition unit, and the power bank inside
Figura 10. Lo zaino con all’interno il datalogger Krypton CPU, l’acquisitore Krypton-4xACC ed il powerbank.

Valerio non ha dovuto far altro che indossare lo zaino appena prima di scendere in pista - Figura 11.

Valerio Lata on the electric bike just before starting a test ride
Figura 11. Valerio Lata poco prima dell’inizio dei test sulla moto elettrica.

Le misure in pista

Arrivati in pista (crossodromo “Il Tridente”, alle porte di Roma) la magia del motocross ci ha conquistato. Il rombo delle moto, la polvere mista all’adrenalina, i piloti “volare” alti sulle nostre teste… semplicemente fantastico

Valerio ha portato in pista prima la moto elettrica poi quella con motore endotermico. 
Neanche un giro del tracciato per prendere confidenza del setup, e poi si è lanciato in una serie di giri veloci.

Guarda il video:

La strumentazione non mi ha dato nessun fastidio nella guida, quasi mi scordavo di avere uno zaino sulle spalle

Ci ha confidato Valerio tornato al box.

La strumentazione ed il setup di misura hanno risposto perfettamente. Grazie al software DewesoftX, tra una sessione e l’altra i dati acquisiti erano già disponibili. Questo ci ha permesso di verificare la bontà delle misure svolte, fare prime analisi e valutazioni. 


Avere i dati acquisiti immediatamente disponibili è un enorme valore aggiunto perché consente di ottimizzare le campagne di misura e di orientarle verso particolari e problematiche che si ignoravano prima di iniziare i test veri e propri.

I Risultati

Oh - Wow!! Il confronto tra le due moto ci ha regalato grandi emozioni e tanti dati su cui riflettere.

A fine giornata Valerio ci ha detto: “La moto elettrica sembra più performante nei tratti misti, ma la moto con motore endotermico mi permette di saltare meglio. Sono proprio curioso di vedere la comparazione dei dati acquisiti per vedere se le mie sensazioni sono confermate da dati oggettivi!”

Avendo testato i veicoli sullo stesso circuito e con lo stesso pilota possiamo dirci confidenti sul fatto che i dati raccolti siano realmente indicativi per un paragone tra le due filosofie motoristiche.

Innanzitutto l’utilizzo della Navion2i ci ha permesso di caratterizzare il diverso comportamento delle due moto da un punto di vista dinamico – Figura 12.

Analysis of data from Navion2i
Figura 12. Analisi dei dati provenienti dalla Navion2i.

Entrando nel campo dell’accelerazione, come si può vedere dalle schermate - Figure 13 e 14 - il comportamento delle due moto ci ha stupito, confermando quella che poteva essere la nostra ipotesi di partenza.

Dai dati si evince come la moto elettrica offra una spinta pronta ed immediata sin dai bassissimi regimi, mentre la versione con motore a scoppio offre delle prestazioni più importanti a regimi più elevati.

The electric KTM bike - maximum acceleration out of corners
Figura 13. KTM Elettrica - Accelerazione massima in uscita curva.

The KTM bike with internal combustion engine - maximum acceleration in corner exit
Figura 14. TKTM a Motore Endotermico - Accelerazione massima in uscita curva.

Analizzando le velocità delle due moto in un tratto di pista si può notare che le moto sono molto prestanti e simili, mentre in allungo la KTM a benzina abbia un allungo molto più - Figura 15.

Speed ​​- Internal combustion engine KTM vs Electric, (Navion2i)
Figura 15. Velocità ​​- KTM a Motore vs Elettrica, (Navion2i).

Un altro dato molto interessante che si può osservare è come sia diverso lo stile di guida del pilota tra la KTM elettrica (in turchese) rispetto alla KTM tradizionale (in rosso),si vede nella prima parte del grafico come Valerio si scompone sia in ingresso che uscita curva maggiormente con la moto a benzina ed è più composto con la controparte elettrica- Figura16. 

Sicuramente questo confronto era prevedibile, ma con la Navion2i abbiamo avuto la possibilità di quantificare le differenze in maniera precisa, ed è uno strumento largamente usato nell’automotive per oggettivare gli sviluppi dei veicoli in termini di prestazioni longitudinali, laterali ed in generale di dinamica del veicolo

Slip angle - Internal combustion engine KTM (in red) vs Electric (in turquoise), (Navion2i)
Figura 16. Slip angle - KTM a Motore (in rosso) vs KTM Elettrica (in turchese), (Navion2i).

L’analisi della rumorosità – Figure 17 e 18 – oinvece, ha confermato quello che era facile aspettarsi… un “rombo contro un sibilo” . E’ stato veramente curioso notare come, mentre Valerio girava con la moto elettrica, fosse molto più forte il rumore del drone che cercava di stargli dietro del rumore del motore della moto stessa.

The electric KTM bike - measurements of the microphone in full acceleration
Figura 17. KTM Elettrica - Rilievi del microfono in piena accelerazione.

The KTM bike with internal combustion engine - measurements of the microphone in full acceleration.
Figura 18. KTM a Motore Endotermico - Rilievi del microfono in piena accelerazione.

Anche i dati confermano che, misurando il semplice livello di pressione sonora LAF, il motore a combustione termica ha sempre un contributo notevolmente maggiore.

In figura 19 sono stati confrontati i LAF per motore elettrico e tradizionale nella stessa porzione di tracciato - grazie alle informazioni di posizionamento GPS della Navion.

LAF sound pressure levels - Internal combustion engine KTM vs Electric
Figura 19. Livelli di pressione sonora LAF - Motore Elettrico Vs Endotermico.

Più interessante è invece l’analisi del contenuto in frequenza delle due registrazioni. - Figura 20.

Nel caso del motore elettrico ci siano componenti non trascurabili rispetto al totale anche nel range 1000-3000Hz.
Per il motore termico in tale intervallo non si rilevano invece armoniche dominanti.

Questa analisi permette di oggettivare la firma acustica del motore elettrico che spesso è analisi di studi più approfondite per modificare il comportamento acustico, da molti etichettato come poco appagante.

Characteristic frequencies - Internal combustion engine KTM vs Electric
Figura 20. Frequenze caratteristiche - Motore Elettrico Vs Endotermico

Di sicuro, in un confronto del genere, oltre ai dati è importante tener conto anche delle sensazioni sperimentate dal pilota.

At the end of the day, Valerio told us: ““Era la prima volta che guidavo in pista una moto elettrica e devo dire che mi ha stupito. L’accelerazione e l’aggressività in uscita di curva non me le aspettavo così importanti”. 

Quale è la migliore? “Non saprei dire quale delle due ho preferito guidare, ma posso dire che mi sono divertito molto con entrambe”, ci ha detto Valerio. “Una cosa è certa, il passaggio da un motore endotermico ad uno elettrico comporta  un cambio nello stile di guida. Questo è un aspetto da non sottovalutare, specialmente per chi si accosta al mondo delle due ruote per la prima volta”.

Alla fine il Campione Europeo EMX 125cc ha concluso dicendo: “Non sono in grado di scegliere una moto da questo confronto”. 

Conclusioni

La campagna di misure svolte in pista ha dato alcune conferme, ma ha anche mostrato aspetti che non era così scontato attendersi.

I sistemi di acquisizione dati Dewesoft si sono dimostrati perfetti per applicazioni ad alto coefficiente di difficoltà come questa.
Hanno resistito ad importanti sollecitazioni (salti, urti, duri impatti col terreno) e alla guida di un campione, senza nessuna sofferenza. Le loro dimensioni ridotte ed il peso contenuto ci hanno permesso di creare un setup che garantisse grandi performances di misura ed il giusto confort di guida per il pilota.

Riguardo alla domanda da cui siamo partiti, se meglio un veicolo elettrico o uno con motore endotermico dobbiamo però deludervi perché…

Non c’è una risposta! D’altronde, come dicevano gli antichi romani, “De gustibus non disputandum est”

Valerio Lata with some of the guys from our team - the Managing Director of Dewesoft Italy, Gabriele Ribichini, and Global Assistant VP Sales, Bojan Čontala
Figura 21. Valerio Lata insieme al Managing Director della Dewesoft Italia, Gabriele Ribichini, ed al Global Assistant VP Sales, Bojan Čontala.