Cooling system of an electric formula student car

The rapid advancement of electric vehicle technology in the mobility and automotive sector, particularly within motorsport, underscores the critical role of thermal management in ensuring the performance and reliability of electric motors. This thesis investigates the cooling system of hub-wheel/in-wheel electric motors in an All-Wheel-Drive (AWD) Formula Student racing car developed by FaSTTUBe team. The thesis is structured into several phases, starting with an introduction to the Formula Student competition and FaSTTUBe, followed by an overview of the technologies and methods used. The study combines theoretical fundamentals of fluid dynamics and heat transfer with Computational Aided Design (CAD) modeling, Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations and Additive Manufacturing (AM) prototypes. The switch from a two-wheel-drive (2WD) to a four-wheel-drive (AWD/4WD) configuration introduces significant thermal challenges due to the placement of motors directly in the wheel hubs, requiring precise airflow control and effective heat dissipation. A hybrid cooling approach is analyzed, combining air cooling at the front and liquid cooling at the rear of the car. The methodology includes the development of CAD models in Siemens NX, simulation of various operating conditions in Siemens STAR-CCM+ and manufacturing process of the parts, focusing on 3D printing technology. The final goal is to optimize the cooling system design to enhance reliability and performance, while minimizing weight and costs. The findings aim to optimize the motor's thermal efficiency and powertrain performances, contributing to the overall performance of the FaSTTUBe racing car and providing valuable insights for future Formula Student teams and in the automotive industry.

Il rapido progresso della tecnologia dei veicoli elettrici nel settore della mobilità e dell’automobilismo, in particolare nell'ambito degli sport motoristici, sottolinea il ruolo fondamentale della gestione termica nel garantire le prestazioni e l'affidabilità dei motori elettrici. Questa tesi analizza il sistema di raffreddamento dei motori elettrici hub-wheel/in-wheel di un'auto da corsa Formula Student a trazione integrale (AWD) sviluppata dalla squadra FaSTTUBe. La tesi è strutturata in diverse fasi, a partire da un'introduzione alla competizione Formula Student e alla squadra FaSTTUBe, seguita da una panoramica delle tecnologie e dei metodi utilizzati. Lo studio combina i fondamenti teorici della fluidodinamicae del trasferimento di calore con la modellazione CAD (Computational Aided Design), le simulazioni CFD (Computational Fluid Dynamics) e la produzione additiva (AM) dei prototipi. Il passaggio da una configurazione a trazione anteriore (2WD) a una a trazione integrale (AWD/4WD) introduce significative sfide termiche dovute al posizionamento dei motori direttamente nei mozzi delle ruote, che richiede un controllo preciso del flusso d'aria e un'efficace dissipazione del calore. Viene analizzato un approccio di raffreddamento ibrido, che combina il raffreddamento ad aria nella parte anteriore e il raffreddamento a liquido nella parte posteriore dell'auto. La metodologia include lo sviluppo di modelli CAD in Siemens NX, la simulazione di varie condizioni operative in Siemens STAR-CCM+ e il processo di produzione dei componenti, con particolare attenzione al processo di stampa 3D. L'obiettivo finale è ottimizzare il design del sistema di raffreddamento per migliorare l'affidabilità e le prestazioni, riducendo al minimo il peso e i costi. I risultati mirano a ottimizzare l'efficienza termica del motore e le prestazioni del gruppo motopropulsore, contribuendo alle prestazioni complessive dell'auto da corsa FaSTTUBe e fornendo preziose informazioni per i futuri team di Formula Student e per l'industria automobilistica.