A un anno esatto dal nostro precedente articolo torniamo a parlare di Mirai per presentarvi l’evoluzione di questa vettura alimentata a idrogeno di Toyota.
La seconda generazione della berlina elettrica ha un sistema di celle a combustibile completamente riprogettato, con riduzioni significative delle dimensioni e del peso di tutti i componenti principali. Grazie alla nuova distribuzione dei componenti è stato aggiunto un terzo serbatoio del combustibile a idrogeno, contribuendo a un aumento del 30% dell’autonomia dell’auto, che raggiunge ora circa 650 km. Il rifornimento dura circa cinque minuti.
L’idrogeno come fonte di energia
Con questa vettura Toyota esprime quanto consideri importante l’idrogeno come fonte di energia, con il potenziale di fornire mobilità a zero emissioni di carbonio, non solo nei veicoli stradali ma anche su treni, navi e aerei.
Toyota ha iniziato lo sviluppo di veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno nel 1992, introducendo la Mirai sui mercati mondiali nel 2014.
In 23 anni Toyota ha dato largo spazio alla produzione di veicoli ibridi ed elettrici. Ora viene lanciata una Mirai di nuova generazione, un’auto che porta con sé un’evoluzione della tecnologia FCEV.
Con questa nuova Mirai Toyota mira a una maggiore diffusione di questo veicolo sul mercato, supportata da un aumento della sua produzione di celle a combustibile a idrogeno. Inoltre, per favorire le vendite il suo prezzo è stato ridotto del 20%.
La diffusione di veicoli a idrogeno aumenterà se si aumenteranno i punti di rifornimento e i governi introdurranno incentivi e regolamenti per una mobilità davvero più pulita.
Yoshikazu Tanaka, ingegnere capo di Toyota ha affermato:
“Toyota Motor Corporation vede l’idrogeno come un carburante efficace per il futuro. Il nostro obiettivo è aiutare ad affrontare i problemi ambientali ed energetici attraverso la produzione di massa di veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV). Questi utilizzano l’idrogeno per funzionare, sono molto efficienti, possono percorrere lunghe distanze, hanno tempi di rifornimento rapidi ed emettono solo acqua. Hanno un enorme potenziale come auto ecocompatibili o auto ecologiche definitive.”
Design esterno
Rispetto alla precedente versione l’aspetto non è cambiato molto. Toyota ha cercato obbiettivi più tecnologici che estetici, puntando su pneumatici di diametro maggiore, una piattaforma a trazione posteriore più bassa e ampia e un baricentro basso.
L’aspetto ribassato è enfatizzato anche da una modanatura luminosa lungo il bordo inferiore della griglia trapezoidale e dal posizionamento dell’emblema Toyota centrale più in basso rispetto alla linea dei fari a LED.
L’illuminazione anteriore è organizzata in un design a due livelli. Sul livello superiore, i gruppi ottici lunghi e dalla forma netta fluiscono verso i lati del veicolo. Sul livello inferiore gli indicatori di direzione lunghi e sottili sottolineano la larghezza dell’auto. Le luci di marcia diurna sono disposte a forma di “L” e si estendono nei parafanghi anteriori, mentre i gruppi ottici principali hanno una cornice placcata brillante che rende la Mirai facilmente riconoscibile, anche a distanza.
A seconda del modello, l’auto è dotata di bi-LED a doppia lente con sistema di abbaglianti adattivi (AHS) o bi-LED a lente singola con funzione abbaglianti automatici (AHB).
Nella vista laterale, la linea della nuova Mirai scorre senza soluzione di continuità nello spoiler posteriore, integrato nel cofano del bagagliaio. Il flusso dinamico del design si sposta in avanti dalle ruote posteriori, mentre la sezione cilindrica delle porte si restringe verso la parte anteriore del veicolo.
I modelli di fascia media e alta sono dotati di cerchi da 19 pollici a cinque razze doppie con finiture rispettivamente argento e argento brillante. La qualità High + ha cerchi da 20 pollici verniciati di nero con un design a turbina.
Gli interni
L’area dell’abitacolo è uno spazio aperto, ma concentra l’attenzione con una continuità progettuale che unifica lo schermo multimediale da 12,3 pollici con il display della strumentazione del guidatore. Gli elementi sono posizionati uno accanto all’altro e sullo stesso livello.
Lo schermo TFT ad alta definizione può essere commutato in sezioni separate per la visualizzazione simultanea della mappa di navigazione e dei controlli delle funzioni, a sinistra o a destra.
Il volante a tre razze è rivestito in pelle nera e dispone di interruttori ausiliari raggruppati in tre gruppi per infotainment, assistenza alla guida (Dynamic Radar Cruise Control, Lane Tracing Assist) e audio / telefono.
Sul modello Mid grade, i sedili sono rivestiti in tessuto nero, mentre la pelle sintetica nera è utilizzata nel modello High grade. Entrambi sono dotati di una finitura cruscotto nera abbinata. La qualità High + è caratterizzata da pelle semi-anilina nera o bianca, quest’ultima con rivestimento del cruscotto bianco e finiture in rame.
Telaio e sistema a celle a combustibile
Costruendo la nuova vettura sulla sua piattaforma modulare GA-L, Toyota è stata in grado di trasformare Mirai da un’auto a trazione anteriore a quattro posti a un comodo modello a cinque posti con trazione posteriore.
La nuova vettura è più lunga (+85 mm) e più larga (+70 mm) della precedente, ha un passo più lungo (+140 mm) ma la sua altezza è stata ridotta (-65 mm). Anche le carreggiate anteriore e posteriore sono state aumentate (rispettivamente +75 e +60 mm).
L’adozione della piattaforma GA-L ha consentito inoltre di riconfezionare lo stack di celle a combustibile e i componenti della trasmissione in un modo che consente un uso più efficiente dello spazio. Il risultato è una cabina più spaziosa e un migliore bilanciamento del telaio. Consente di montare tre serbatoi di idrogeno ad alta pressione, aumentando la capacità del carburante e l’autonomia dell’auto del 30%.
I serbatoi sono disposti a “T”, il più lungo che corre longitudinalmente e centralmente sotto il pianale del veicolo, con due serbatoi più piccoli disposti trasversalmente sotto i sedili posteriori e il vano bagagli. Insieme possono contenere 5,6 kg di idrogeno, rispetto ai 4,6 kg dei due serbatoi precedenti. La loro posizione contribuisce al baricentro inferiore dell’auto.
La nuova architettura consente anche di spostare la cella a combustibile a idrogeno dalla precedente posizione sotto il pavimento al vano anteriore, equivalente al vano motore, mentre la batteria ad alto voltaggio e il motore elettrico sono posizionati sopra l’asse posteriore. Il layout del propulsore è stato ottimizzato per ottenere una distribuzione del peso 50:50 anteriore:posteriore.
I serbatoi hanno una struttura multistrato più robusta e sono altamente efficienti in termini di peso: l’idrogeno rappresenta il 6% del peso combinato del carburante e dei serbatoi.
Per capire come funziona il sistema a celle a combustibile guarda questo video di Toyota.
Nuovo stack di celle a combustibile a idrogeno
Il nuovo stack di celle a combustibile e il convertitore di potenza (FCPC) sono stati sviluppati specificamente per l’uso con la piattaforma GA-L. I progettisti sono stati in grado di riunire tutti gli elementi nello stack frame (comprese le pompe dell’acqua, intercooler, aria condizionata e compressori d’aria e la pompa di ricircolo dell’idrogeno) con ogni parte resa più piccola e leggera, migliorando allo stesso tempo le prestazioni. Lo stesso contenitore è stato ridotto grazie alla saldatura a frizione, riducendo lo spazio tra la cella a combustibile e il rivestimento.
Lo stack di celle a combustibile utilizza un polimero solido, come nella precedente Mirai, ma è stato reso più piccolo e ha meno celle (330 invece di 370). Il suo peso è stato ridotto da 56 a 52 kg. Oltre a ottenere risparmi in termini di dimensioni e peso, stabilisce anche un nuovo record per la densità di potenza specifica a 5,4 kW/l (4,4 kW/l escluse le piastre terminali). Di conseguenza, la potenza massima dallo stack FC è stata aumentata da 155 DIN hp/114 kW a 174 DIN hp/128 kW. Le prestazioni a basse temperature sono state migliorate con l’avvio ora possibile a temperature fino a -30 ° C.
Queste nuove soluzioni ingegneristiche hanno consentito di ottenere una riduzione del peso del 42% e un aumento della potenza del 12%. Le nuove misure includono il riposizionamento del collettore, riducendo le dimensioni e il peso della cella, ottimizzando la forma del separatore del canale del gas e utilizzando materiali innovativi negli elettrodi.
L’unità incorpora anche il convertitore CC-CC (FDC) a celle a combustibile e parti modulari ad alta tensione, ottenendo una riduzione delle dimensioni del 21% rispetto al sistema attuale. Il peso è stato ridotto da 2,9 kg a 25,5 kg. La tecnologia avanzata ha contribuito al risparmio di spazio, con il primo utilizzo da parte di Toyota di un materiale semiconduttore in carburo di silicio, di nuova generazione, nei transistor IPM (intelligent power model). Ciò consente un aumento dell’uscita e un minore consumo energetico utilizzando un minor numero di transistor, il che a sua volta consente di ridurre le dimensioni dell’FCPC.
Batteria ad alta tensione agli ioni di litio
Il nuovo Mirai è dotato di un pacco batterie ad alto voltaggio agli ioni di litio al posto della precedente unità al nichel-metallo idruro. Sebbene di dimensioni inferiori, è più denso di energia, offrendo una maggiore produzione e prestazioni ambientali superiori. Contiene 84 celle, ha una tensione nominale di 310,8 V rispetto ai 244,8 V dell’unità NiMH e una capacità di 4,0 Ah, contro 6,5 Ah. Il peso complessivo è stato ridotto da 46,9 a 44,6 kg. La potenza di picco è migliorata da 25,5 kW x 10 secondi a 31,5 kW x 10 secondi.
Le dimensioni ridotte della batteria ne hanno permesso il posizionamento dietro i sedili posteriori, evitando intrusioni nel vano di carico. È stato progettato un percorso di raffreddamento dell’aria ottimizzato, con prese d’aria discrete su entrambi i lati dei sedili posteriori.
Per dare al guidatore un maggiore senso di connessione con l’auto e delle sue prestazioni, un sistema Active Sound Control emette suoni da altoparlanti dedicati nell’abitacolo in risposta all’uso del pedale dell’acceleratore da parte del guidatore.
Prestazioni su strada
Con l’aumento della potenza, l’accelerazione della Mirai da 0-100 km/h è migliorata a 9,0 secondi; la velocità massima è di 175 km/h.
Nonostante la maggiore potenza, il risparmio di carburante è migliorato: le prestazioni del ciclo combinato WLTP danno 0,79 kg/100 km con ruote da 19 pollici e 0,89 kg/100 km con ruote da 20 pollici. Questo rispetto agli 0,94 kg 100 km raggiunti dal modello della generazione precedente. L’aumento dell’efficienza dei consumi e la maggiore capacità combinata dei tre serbatoi, aumentata da 4,6 a 5,6 kg, assicurano che il nuovo Mirai possa coprire circa 650 km. Il processo di rifornimento è semplice e dovrebbe richiedere solo cinque minuti o meno.
L’Active Cornering Assist migliora automaticamente la stabilità dell’auto nelle curve ad alta velocità, applicando forza frenante alla ruota posteriore interna in modo che la coppia motrice sia aumentata sulla ruota posteriore esterna, creando un momento di imbardata e riducendo al minimo il sottosterzo. Di conseguenza, il Mirai mantiene una linea fedele con uno dei migliori limiti possibili in curva.
La vettura ha un nuovo impianto frenante, con dischi ventilati a pinze fisse a quattro pistoncini all’anteriore e dischi ventilati con pinza fissa a due pistoncini al posteriore. Un freno di stazionamento elettrico è di serie.
Sistemi di assistenza alla guida
Il nuovo Mirai è dotato di serie dil’ultima generazione di Toyota Safety Sense. Ciò fornisce una serie di sistemi di sicurezza attiva e di assistenza alla guida progettati per aiutare a prevenire una serie di rischi di incidenti comuni e fornire una protezione superiore al conducente e ai passeggeri, in caso di impatto.
Oltre al traffico automobilistico, il sistema Pre-Collision (PCS) è in grado di rilevare i pedoni sul percorso del veicolo durante la guida diurna e notturna e i ciclisti durante il giorno. Il sistema fornisce anche ulteriori protezioni quando si effettua una svolta a sinistra o a destra in un incrocio stradale, rilevando il traffico in arrivo o i pedoni che attraversano la strada in cui sta svoltando il veicolo. Vengono emessi allarmi visivi e acustici; se il conducente non reagisce, viene avviata la frenata automatica.
Il PCS dispone anche di una funzione di assistenza alla sterzata di emergenza. Se determina che è probabile una collisione e che c’è spazio sufficiente nella corsia del veicolo per evitare un impatto, fornirà assistenza alla sterzata, mantenendo la stabilità del veicolo e prevenendo l’uscita dalla corsia.
Aiuterà anche a proteggersi dal rischio di impatto se il conducente esercita una pressione eccessiva sull’acceleratore durante la guida a basse velocità. Sopprimerà la potenza del motore o applicherà leggermente i freni per sopprimere l’accelerazione.
L’Intelligent Adaptive Cruise Control (iACC) ha una funzione di tracciamento a tutte le velocità e calcolerà automaticamente se la velocità deve essere ridotta durante la guida in curva. La soppressione della velocità si attiva dal momento in cui il volante inizia a girare, continuando fino a quando l’angolo ritorna in rettilineo.
L’iACC funziona con Lane Departure Alert (LDA) e Lane Tracing Assist (LTA) per aiutare a mantenere l’auto centrata sulla sua corsia di circolazione. Se l’auto devia dalla sua corsia senza che siano utilizzati gli indicatori di direzione, LDA / LTA emetterà un suono e visualizzerà e avviserà e innescherà la vibrazione del volante. Se necessario, verrà applicata l’assistenza alla sterzata per aiutare a riportare il veicolo sulla traiettoria corretta.
La sicurezza del serbatoio carburante
Il Mirai è costruito con una struttura di sicurezza in caso di collisione, progettata per proteggere gli occupanti del veicolo, la pila di celle a combustibile e i serbatoi di idrogeno in caso di impatto. Un robusto telaio della carrozzeria riduce al minimo la deformazione della cabina, incanalando e assorbendo le forze di impatto.
Per affrontare le caratteristiche specifiche di un FCEV, i membri in alluminio sono integrati nella struttura della pila di celle a combustibile, con parti che assorbono l’energia nella parte anteriore per mitigare gli effetti di un impatto frontale.
I sensori in tutta la vettura rileveranno immediatamente qualsiasi perdita di idrogeno dai serbatoi del carburante e accenderanno una spia sul display della strumentazione del conducente. Tutti e tre i serbatoi si trovano all’esterno dello spazio della cabina, quindi qualsiasi gas in fuga si disperderà rapidamente nell’ambiente.
I serbatoi hanno un rivestimento in resina per impedire la permeazione dell’idrogeno. Esternamente sono rivestiti con una resina in fibra di carbonio rinforzata leggera e resistente. Nell’improbabile caso di incendio o aumento della temperatura all’interno dei serbatoi, una valvola di sicurezza rilascerà automaticamente il gas per evitare la rottura.
Pulizia dell’aria durante la guida
Un’innovazione Toyota, un filtro di tipo catalizzatore è incorporato nella presa d’aria. Quando l’aria viene aspirata nel veicolo per alimentare la cella a combustibile, una carica elettrica sull’elemento filtrante in tessuto non tessuto cattura particelle microscopiche di inquinanti, tra cui anidride solforosa (SO2), protossido di azoto (NOx) e particolato PM 2,5. Il sistema è efficace nel rimuovere dal 90 al 100% delle particelle di diametro compreso tra 0 e 2,5 micron dall’aria mentre passa nel sistema delle celle a combustibile.
L’acqua è l’unico sottoprodotto del processo delle celle a combustibile e viene scaricata automaticamente attraverso un tubo di scarico. Il conducente può attivare lo scarico dell’acqua utilizzando l’interruttore H2O. Il sistema può essere collegato alla navigazione dell’auto per evitare che l’acqua venga rilasciata in luoghi inappropriati, come i parcheggi.
Il futuro della mobilità a idrogeno
Il lancio della nuova Mirai in Europa coincide con le nuove azioni intraprese da Toyota per accelerare il progresso verso una società dell’idrogeno, rendendo disponibile la sua tecnologia a celle a combustibile per un’ampia gamma di applicazioni.
Il potenziale dell’idrogeno per aiutare a realizzare una futura società a emissioni zero, come stabilito negli Obiettivi di sviluppo sostenibile (SDG) globali, sta generando interesse e investimenti in rapida crescita in tutto il mondo, con aziende e consumatori che diventano sempre più consapevoli dei vantaggi che può offrire, in un’ampia gamma di applicazioni.
Per massimizzare le opportunità per l’idrogeno in Europa, Toyota Motor Europe (TME) ha creato un Fuel Cell Business Group per supervisionare le sue attività sull’idrogeno in tutta la regione. Con sede a Bruxelles, rafforzerà il business case per l’idrogeno e sosterrà la sua introduzione nella mobilità e in altri campi, rendendolo accessibile a nuovi partner commerciali. Ciò supporterà la strategia di sostenibilità a lungo termine dell’azienda, al fine di avere un impatto più profondo sugli SDG.
Parlando al forum Kenshiki di Toyota nel dicembre 2020, Thiebault Paquet, Direttore del Fuel Cell Business Group, ha dichiarato:
“I vantaggi dell’idrogeno sono evidenti. Questo è il motivo per cui ci aspettiamo che le nostre vendite globali di sistemi a celle a combustibile aumentino di un fattore 10 a breve termine e perché abbiamo notevolmente aumentato la nostra capacità di produzione. Toyota sta aprendo la strada con forti investimenti nella società dell’idrogeno, attraverso veicoli di nuova generazione, l’apertura di nuovi mercati e applicazioni tecnologiche, nella capacità di produzione di celle a combustibile extra e nella nostra organizzazione qui in Europa”.
La tecnologia di Toyota può essere utilizzata non solo nelle automobili, ma anche di produrre potenza a zero emissioni in molteplici altre applicazioni. Sta già alimentando camion, flotte di autobus urbani, carrelli elevatori e generatori. Sono inoltre in corso prove per il suo utilizzo su navi e treni.
