MODELLAZIONE DI UN POWERTRAIN IBRIDO E ABBATTIMENTO DELLE EMISSIONI TRAMITE ANALISI SPERIMENTALE

Il processo di decarbonizzazione dei veicoli a motore ha spinto l’industria automobilistica verso una mobilità sostenibile, proponendo sul mercato soluzioni diversificate e sempre più complesse, tra cui spicca l’impiego dei powertrain ibridi. Questi rappresentano un’ottima soluzione per diverse applicazioni, riuscendo a sfruttare i vantaggi provenienti dalle diverse fonti di energia a bordo: motore termico, motore elettrico e batterie. Lo sviluppo di un’architettura ibrida richiede un corretto dimensionamento dei componenti e la definizione di strategie ottimizzate di power-split tra le diverse sorgenti di energia. L’adozione di un procedimento di tipo “trial and error”, con verifiche a posteriori delle performance dell’intero powertrain mediante test su banco a rulli, inciderebbe negativamente sui costi dell’intera fase di design. In questo lavoro è proposto un modello di architettura ibrida serie applicata su un veicolo a trazione anteriore, costruito attraverso lo studio della dinamica longitudinale 1D ed implementando meccanismi di slip control e di ripartizione del carico. Al modello della dinamica del veicolo si collega il modello dei motori elettrici, che si basa sulla curva limite di funzionamento di un macchina elettrica, opportunamente dimensionata secondo le prestazioni richieste dal powertrain. Attraverso la simulazione, realizzata imponendo come riferimento un ciclo guida normato, è possibile valutare le prestazioni dell’intera architettura ed avere una stima dei consumi e delle emissioni, facendo riferimento alla curva sperimentale del consumo specifico di combustibile del motore termico adottato per la configurazione. Prove sperimentali sono necessarie per la validazione dei risultati di simulazione e per la misura delle emissioni. Queste hanno un costo ridotto, in quanto non vengono attuate sull’intera architettura powertrain, ma solo sul motore termico funzionante nella configurazione ibrida simulata, applicando il duty cycle estratto dalla simulazione. Dai risultati sperimentali è possibile eseguire un’ottimizzazione del modello, ridimensionando i componenti di cui esso è costituito o modificando le open variables costituenti il power management strategy. Adottando questa metodologia di analisi dell’architettura ibrida si prevede un abbattimento delle emissioni per unità di potenza erogata e di quelle complessive per la missione di riferimento, ottenendo al contempo anche un miglioramento dell’efficienza del powertrain, attraverso la corretta gestione delle fonti di energia e dei flussi di potenza. Data la sua generalità, la metodologia proposta può essere utilizzata per configurazioni ibride di diversi settori di trasporto, come la propulsione e generazione di potenza in veicoli marittimi o la propulsione di aeromobili. Tra le possibilità di sviluppo futuro si potrebbe considerare l’integrazione delle prove sperimentali su un sistema di accumulo elettrico. Infine, lo stesso approccio può essere applicato in un hardware in the loop (HIL) per l’analisi real-time, riducendo così i tempi di simulazione e di test per la validazione dei risultati.