Modellazione e ottimizzazione di un veicolo ibrido ad alta potenza specifica e sensibilità ai principali parametri veicolistici su WLTC = Modeling and optimization of a high specific power hybrid vehicle and sensitivity to the main vehicle parameters on WLTC

In numero crescente di veicoli circolanti e le stringenti regolamentazioni per la riduzione delle emissioni di anidride carbonica rendono fondamentale lo sviluppo di soluzioni ad alta efficienza che garantiscano emissioni di inquinanti ridotte. I veicoli ibridi elettrici, attualmente, rappresentano la soluzione migliore per minimizzare consumi ed emissioni senza impattare negativamente su performance e driveability. Questo lavoro di tesi ha come obiettivo la modellazione 0D di un veicolo ibrido ad alta potenza specifica e l’ottimizzazione della strategia di gestione dell’ibrido in termini di riduzione delle emissioni di CO2 su ciclo omologativo World-Harmonized Light-duty Vehicle Test Cycle (WLTC). La prima parte dell’attività riguarda la modellazione della strategia di gestione energetica (EMS – Energy Management Strategy) e dei componenti elettrici (batterie, motore elettrico e convertitore di potenza). L’attività di modellazione è stata realizzata in ambiente GoFAST®, software proprietario FCA basato su linguaggio di programmazione MatLab®/Simulink®. Sono stati generati due modelli veicolo, differenziati dalla capacità della batteria, sui quali si sono eseguiti confronti di strategie e risultati. La strategia di gestione energetica, deputata alla gestione dei componenti elettrici implementati e alla coordinazione delle attivazioni dei moduli elettrico e termico, coordinandoli, ha il fine di ottimizzare il consumo di combustibile nelle diverse condizioni operative, massimizzando l’efficienza del sistema. Il processo di definizione della strategia consta della designazione dei limiti di attivazione e della stesura di una mappa di coefficienti di perdita, in funzione dello stato del veicolo e delle sue condizioni operative. Nella parte finale del lavoro si sono analizzati i risultati e le sensibilità ai parametri influenti sul consumo di combustibile. Le emissioni di CO2 su WLTC sono state ridotte del 15% in condizioni operativa Full Engine Mode (FEM), rispetto al veicolo convenzionale, grazie all'impiego dell’architettura ibrida P2-ESS. Implementando nel modello la strategia di disattivazione cilindri usata nel modello convenzionale, le emissioni osservate sono comparabili; risulta quindi necessario ottimizzare la strategia HEM – Half Engine Mode, combinandola con le funzionalità del veicolo ibrido. Infine, è stata eseguita una analisi di sensibilità ai principali parametri che influenzano il consumo di combustibile: massa veicolo e coefficienti Coast Down. Uno sweep di massa veicolo è stato operato sia per il modello ibrido sia per quello convenzionale, regolando i Coast Down per mantenere la VDE sul ciclo (Vehicle Energy Demand) costante; nel veicolo convenzionale le emissioni di CO2 peggiorano mentre, nel caso di veicolo con architettura ibrida si registra una riduzione dovuta alla capacità di recuperare energia in fase di decelerazione. Questo risultato suggerisce di concentrarsi sull'ottimizzazione dei parametri aerodinamici e di rolling, piuttosto che sulla riduzione della massa, per quanto riguarda i veicoli ibridi.