Design and validation of a numerical vehicle model for hybrid architectures

L’industria dell’autoveicolo negli ultimi decenni si è resa protagonista di cambiamenti radicali dettati da un lato principalmente dal peggioramento delle condizioni ambientali e dall'altro dalle innovazioni nel campo tecnologico. Difatti, i governi di tutto il mondo stanno indirizzando le loro energie per cercare di modificare l'attuale scenario, purtroppo drammatico, che sembra già essere segnato. La decisione più diffusa è quella di ottenere una decarbonizzazione nel settore dei trasporti, che rappresenta il 14% delle emissioni globali di CO2, puntando verso un settore dell'automobile sempre più elettrificato e automatizzato. A tal proposito, questo lavoro di tesi, che fa parte del progetto PI.TE.F, cerca di essere parte di questo cambiamento analizzando le tecniche possibili per ridurre il consumo di carburante e le emissioni inquinanti di un veicolo commerciale leggero. Tuttavia, per essere in grado di definire qualsiasi miglioramento, è necessario avere prima un modello numerico validato e affidabile di veicolo, che deve rappresentare con grande fedeltà ciò che accade nel sistema reale. Infatti, il punto di partenza di questo lavoro è la validazione dei dati sperimentali riguardanti i due cicli guida WLTP e RDE, in configurazione puramente termica. A tal proposito, la fase di validazione abbraccia diversi aspetti legati all’architettura puramente ICE, andando dall’estrapolazione della logica di cambiata dai dati sperimentali, al metodo di coast down e anche alla simulazione delle fasi transienti del motore. Una volta definita la base di partenza, l'attenzione è rivolta alla parte di elettrificazione, in cui un motore elettrico viene installato in posizione P1 per verificare gli effettivi vantaggi in termini di riduzione dei consumi e delle emissioni di CO2. È importante notare che la correlazione tra propulsore elettrico e termico è gestita ed ottimizzata dalla logica di controllo ECMS, il cui scopo è trovare la suddivisione ottimale tra i due propulsori per soddisfare la coppia richiesta per il movimento. Inoltre, sono state implementate delle migliorie sull’architettura ibrida come una logica di gestione della potenza legata alla richiesta che il pacco batteria deve garantire e una logica di cambiata ottimizzata, che permette al motore di lavorare in una zona ad efficienza maggiore. Infine, il modello numerico validato del veicolo, dopo l’installazione dell’hardware e software richiesto dall’ACC, è usato per dimostrare e verificare che l’implementazione degli ADAS può apportare a una riduzione dei consumi ed emissioni in concomitanza ad un miglioramento della sicurezza e comfort di guida.