Diseño del sistema de motorización eléctrica de un vehículo 4x4

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado desarrolla el dimensionamiento conceptual de un sistema de motorización eléctrica para un vehículo 4x4, basado en una arquitectura de cuatro motores eléctricos independientes, uno por rueda. El objetivo principal es sustituir la transmisión mecánica convencional por un sistema de propulsión distribuida e integrar el frenado regenerativo como complemento del sistema de freno mecánico.

El trabajo parte de una revisión del estado de la cuestión sobre vehículos eléctricos de tracción total, diferenciales electrónicos, motores independientes y frenado regenerativo. Posteriormente, se define un vehículo de referencia de uso mixto, orientado principalmente a caminos, pistas y vías secundarias, y se plantea un modelo longitudinal simplificado para estimar las demandas de fuerza, par, potencia y energía. A partir de estos requisitos se dimensiona el sistema de propulsión, seleccionando una solución basada en motores síncronos de imanes permanentes, una relación de reducción adecuada y una batería de tracción adecuada para la autonomía objetivo.

El sistema de frenado regenerativo se analiza de forma específica, identificando sus límites técnicos, su coordinación con el freno mecánico y su aportación energética en distintos escenarios de frenada. Además, se realiza una evaluación ambiental y económica del sistema propuesto, comparándolo con alternativas convencional e híbrida enchufable. Los resultados muestran que la arquitectura propuesta es técnicamente viable, permite recuperar una parte significativa de la energía de frenado, reduce las emisiones acumuladas de CO₂ y ofrece un ahorro económico durante la vida útil del vehículo.

This Final Degree Project develops the conceptual sizing of an electric motorization system for a 4x4 vehicle, based on an architecture of four independent electric motors, one per wheel. The main objective is to replace the conventional mechanical transmission with a distributed propulsion system and to integrate regenerative braking as a complement to the mechanical braking system.

The work begins with a review of the state of the art on all-wheel-drive electric vehicles, electronic differentials, independent motors, and regenerative braking. Subsequently, a reference vehicle for mixed use is defined, oriented mainly toward trails, tracks, and secondary roads, and a simplified longitudinal model is proposed to estimate force, torque, power, and energy demands. Based on these requirements, the propulsion system is sized, selecting a solution based on permanent magnet synchronous motors, a suitable gear reduction ratio, and a traction battery suited to the target range.

The regenerative braking system is analyzed specifically, identifying its technical limits, its coordination with the mechanical brake, and its energy contribution across different braking scenarios. In addition, an environmental and economic evaluation of the proposed system is carried out, comparing it with conventional and plug-in hybrid alternatives. The results show that the proposed architecture is technically viable, allows recovery of a significant portion of braking energy, reduces cumulative CO₂ emissions, and offers economic savings over the vehicle's service life.