Nella figura 66 è rappresentata schematicamente la rete CAN-bus utilizzata a bordo dello scooter ibrido-parallello.
ICE CVT
ICE: Internal combustion engine CVT: Continuously variable trans mission CC: Centrifugal clutch
EMC: Electro-mechanic converter DAC: DC-to-AC Converter B: Electrochemical battery
CC
EMC
Dashboard and Command (DC) node
OO, TVA oo, ωi, tva
K, OM, GHP, BS
K: Key (system start/stop) OM: Operating Mode GHP: Gas Handle Position BS: Braking Signal
OO/oo: engine On-Off command and state TVA/tva: Throttle valve aperture command and state
T*: Reference Electrical Torque
ωi, ωr: angular speeds
V, I, θ: Battery voltage, current, temperature
VMS node DAC B CAN-Bus T* V, I, θ, ωr ICE node Interface DAC node Interface dashboard signals Driver
figura 66 Schematica rappresentazione dell’architettura dello scooter ibrido- parallelo con i sotto-sistemi che comunica tra loro per mezzo del CAN-bus
Sullo scooter sono presenti quattro nodi CAN:
1. ICE-node: riceve il riferimento di apertura della valvola a farfalla e l’abilitazione all’accensione del motore termico e invia la posizione effettiva della valvola a farfalla, lo stato del motore termico e la velocità di rotazione del motore
2. DAC-node: riceve il riferimento di coppia per la macchina elettrica e invia la velocità di rotazione della macchina elettrica, la corrente, la tensione e la temperatura della batteria
3. Dashboard and Command (DC)-node: riceve i segnali da visualizzare sulla dashboard e invia i comandi del pilota ( la posizione della chiave di accensione, la posizione della manopola dell’acceleratore, lo stato del freno, le modalità operativa)
4. VMS-node: invia i riferimenti di posizione di apertura della valvola a farfalla, l’abilitazione all’accensione del motore termico, il riferimento di coppia per la macchina elettrica, i segnali da visualizzare sulla dashboard e riceve tutti gli altri segnali che transitano sulla linea CAN.
Nella figura 67 è riportato l’interfaccia grafica del programma in LabVIEW utilizzato per lo sviluppo del VSM. Nella parte a sinistra sono riportati i segnali che il DC-node invia sul CAN-bus; nella parte centrale sono riportati i segnali che il DC-node riceve dal CAN-bus; nella parte a destra sono riportati i principali segnali di comando e di lettura dello stato operativo del dispositivo comandato che il VMS-node riceve e invia dal CAN-bus.
figura 67 Interfaccia grafica del programma in LabVIEW utilizzato per lo sviluppo del VMS per il veicolo ibrido-parallelo
Durante la fase di test del veicolo al banco è possibile attraverso questa interfaccia in tempo reale osservare e verificare il funzionamento di tutto il sistema.
Nella figura 68 invece è riportato un esempio di listato in C del programma con le logiche di controllo che il LabVIEW utilizza all’interno del VMS virtuale. Le variabile sulla sinistra sono i segnali che il LabVIEW riceve attraverso la scheda di interfaccia dal CAN-bus. Sulla destra invece sono
riportati i segnali che il VMS virtuale elabora e che sono trasmesse sul CAN- bus attraverso il LabVIEW.
figura 68 Esempio di listato in C importato in ambiente LabVIEW dal programma con le logiche di controllo usate dal VMS virtuale
CONCLUSIONE
Le attività di ricerca svolte durante il corso di dottorato hanno permesso di sviluppare una discreta esperienza nel campo dei veicoli ibridi. In particolare è stata svolta una intensa attività di ricerca soprattutto sui veicoli ibridi a due ruote.
Per quanto riguarda i veicoli ibridi a quattro ruote è stata eseguita e presentata l’analisi di funzionamento di un autobus equipaggiato con sitema di propulsione di tipo ibrido-serie. Questa esperienza ha fornito le basi necessarie per affrontare le successive attività di ricerca sui veicoli a due ruote.
Le attività di ricerca svolte sui veicoli ibridi a due ruote hanno portato alla realizzazione di due prototipi marcianti su strada di scooter ibridi: uno di tipo ibrido-parallello con la combinazione di un motore a combustione interna, di una macchina elettrica e di un pacco batteria; l’altro di tipo ibrido- serie a fuel-cell e super-condensatori.
Per lo scooter ibrido-parallelo sono stati condotti gli studi di progettazione dei vari componenti che costituiscono il drive-train. È stato portato a termine la realizzazione di un prototipo e sono stati valutati i vantaggi dell’utilizzo del veicolo come mezzo di trasporto urbano. Esso rappresenta l’esempio per una mobilità differente, più rispettosa dell’ambiente in cui viviamo.
Lo scooter ibrido a fuel-cell è stato assemblato in laboratorio e testato prima al banco a rulli e poi in pista.
É stata anche presentata una procedura innovativa per lo sviluppo e la messa a punto di VMS per veicoli ibridi. Tale procedura è stata utilizzata con efficacia per la realizzazione dei due prototipi.
Allegato A
Il “Laboratorio Prove Dinamiche Veicoli Leggeri” dell’Università di Pisa è situato in località S. Piero a Grado. In questo laboratorio si trova un banco a rulli dinamico che pemette di condurre test sia su veicoli sia su drive-train.Il banco a rulli4 ha una potenza di 50 kW e può eseguire test fino ad una velocità massima di 160 km/h.
Si possono condurre le seguenti prove: - velocità costante
- coppia costante - simulazione di percorso
figura 69 Lay-out del banco a rulli Il laboratorio è stato attrezzato per:
- rilevare le prestazioni di veicoli - rilevare consumi dei veicoli
- calcolare il rendimento di azionamenti elettrici ed accumulatori
4 acquistato in maniera congiunta da: Dipartimento Meccanica Nucleare e della Produzione, Dipartimento Sistemi Elettrici ed Automazione e Dipartimento di Energetica dell’Università di Pisa
Allegato B
Il secondo prototipo, realizzato su base Vespa 50 LX 4T, ha partecipato ad una manifestazione internazionale riguardante i veicoli innovativi ad elevato contenuto tecnologico e basso impatto ambientale. Tale manifestazione, FORMULA TECH, si è svolta in settembre 2005 presso le piste prova del gruppo F.I.A.T. site in Balocco (VC) ed è stata organizzata dall’Associazione Tecnica dell’Automobile (A.T.A.).
Il prototipo è stato premiato con il terzo posto in classifica:
figura 70 Premiazione del prototipo alla Formula Tech (da sinistra: Caleo, Franceschi, Capozzella, Baldacci)
Pubblicazioni e attività scientifiche
Durante il corso del dottorato sono stati presente a conferenze o pubblicati i seguenti articoli:
Ceraolo, Caleo, Capozzella, Marcacci, Carmignani, “Operation and
performance of a small scooter with a parallel-hybrid drive-train”, Small engine Conference 2004, Graz Austria
Ceraolo, Caleo, Capozzella, Marcacci, Carmignani, “A parallel-hybrid
drive-train for propulsion of a small scooter”, IEEE Special Issue on Automotive Power Electronic & Motor Drive
Baronti, Ceraolo, Capozzella, “CAN-LabVIEW based development
platform for fine-tuning hybrid vehicle management systems”, Vehicular
Power and Propulsion Conference, Chicago 2005
Il primo articolo è stato selezionato da una commissione di esperti e pubblicato nel SAE 2004 Transactional Journal of Engines, Giugno 2005 È stato presentato un “Poster delle attività svolte durante il dottorato”, alla Riunione Biennale GUSSE, Palermo Settembre 2005
È stato tenuto un seminario: “Progetto scooter HYS”, presso l’Università di Pisa, Novembre 2005, relatori A. Caleo, P. Capozzella.
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