Riassunto analitico
Nel presente lavoro sono mostrate le possibilità e i vantaggi della propulsione ibrida gestita in parallelo su uno scooter, ed è esposto un primo dimensionamento della parte elettrica del drive-train del veicolo.
Le tecniche implementate e proposte per la possibile gestione dei flussi energetici consentono:
- di aumentare di circa 1 kW la potenza massima del veicolo (potenziamento);
- di recuperare energia durante le frenate (recupero);
- di gestire lo stato di energia delle batterie in modo da garantire un adeguato margine per ulteriori interventi di potenziamento o di frenatura a recupero (bilanciamento).
Sia la logica di gestione di questo scooter ibrido che le possibili problematiche che possono presentarsi nello sviluppo del prototipo sono evidenziate attraverso tecniche di simulazione in ambiente Matlab Simulink .
This work shows possibilities and benefits of an Hybrid Electric scooter and a first sizing of the electric part of the vehicle drive-train.
The implemented management of the energy fluxes makes it possible:
- to increase the peak power of the vehicle;
- to recover energy when the rider brakes the vehicle;
- to manage the State of Energy (SOE) during the trip.
A simulation program, based on the MATLAB/SIMULINK environment has been developed and utilized to show the effects of the proposed management logics.
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Prefazione
Nella presente tesi si analizza il possibile utilizzo della propulsione ibrida su uno scooter di piccola cilindrata con lo scopo di aumentarne le prestazioni, rendere possibile il recupero di energia in frenata e ottimizzare il funzionamento del veicolo. Visto che uno degli obiettivi dello studio è una possibile e rapida commercializzazione, il progetto si basa su un modello di scooter già in produzione sul quale saranno apportate le opportune modifiche; da questa scelta è evidente come il primo problema da affrontare sia l’alloggio dei componenti necessari a rendere lo scooter di partenza un veicolo ibrido. Alcune delle notevoli complicazioni dovute al reperimento degli spazi necessari per l’ installazione della componentistica sono state affrontate in un precedente lavoro che è servito per decidere le caratteristiche principali della macchina elettrica da utilizzare e la sua collocazione in modo da consentire sia il recupero di energia in frenata che il moto del veicolo. Una volta decisi i componenti di potenza da utilizzare deve essere scelto un criterio di gestione congruente con le potenzialità e possibilità dei componenti stessi e tale da garantire un funzionamento ottimale del mezzo.
Quindi nel presente lavoro si è cercato di individuare una prima logica di gestione del sistema di accumulo, del motore a combustione interna e della macchina elettrica attraverso una simulazione basata su MATLAB/SIMULINK . In definitiva, attraverso tecniche di simulazione, sono valutate le possibilità realizzative di uno scooter a propulsione ibrida, è proposto un utilizzo ottimale sotto il punto di vista prestazionale dei componenti presenti ed è effettuata una prima e semplificata analisi sulle caratteristiche di base del sistema di accumulo elettrochimico appropriato per garantire il funzionamento del mezzo.
È stata verificata, in linea di principio, la realizzabilità della logica di gestione proposta, e sono stati valutanti i punti di forza e di debolezza della logica di gestione stessa e del sistema scooter ibrido complessivo.
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Simulazione e dimensionamento di scooter a propulsione ibrida Sommario
Riassunto analitico i
Prefazione ii
Sommario iii
Elenco delle illustrazioni iv
Elenco delle tabelle v
Introduzione 1
Capitolo 1 – Veicoli ibridi. Storia ed evoluzione 3 1.1 Che cosa si intende per veicolo ibrido 3 1.2 Storia ed evoluzione 4 1.3 Veicoli ibridi e tipologie di gestione 8 1.3.1 Ibrido serie 8 1.3.2 Ibrido parallelo 10 1.3.3 Altre tipologie di gestione 11 1.4 Attualità e prospettive 12
Capitolo 2 – Lo scooter ibrido sul modello ZIP 50 4T della Piaggio S.p.a 16 2.1 Modello di base per lo sviluppo dello scooter ibrido 16 2.2 Il motore a combustione interna 17
2.3 Il CVT 18
2.3.1 Aspetti costruttivi del CVT 19 2.3.2 Funzionamento del CVT 21 2.4 La macchina elettrica 23
Capitolo 3 – Modello per la simulazione dello scooter ibrido 24 3.1 Ipotesi per la modellazione 24 3.1.1 Ipotesi sul motore termico 28 3.1.2 Ipotesi sulla macchina elettrica 31 3.1.3 Ipotesi sul sistema di accumulo 32 3.2 Obiettivi e tipologia della simulazione 32
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3.3 Sviluppo del modello scooter HEV 33 3.3.1 Il modello scooterHEV_passo1 34 3.3.2 Il modello scooterHEV_passo2 37 3.3.3 Introduzione del modello del CVT 41 3.4 Versione definitiva del modello scooter HEV utilizzato per la
simulazione 46
Capitolo 4 – Simulazione e risultati 48
4.1 Parametri al contorno 45 4.2 Risultati e commenti 64 4.2.1 Simulazioni con gestione in puro elettrico 90
Capitolo 5 – Commenti e conclusioni 105
Appendici
Appendice A Bibliografia 106
Appendice B Manuale d’uso della simulazione 108
Indice analitico 123
Elenco delle illustrazioni
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Figura 1.1 curve di consumo di un motore a combustione interna 5 Figura 1.2 schema di principio dei flussi di energia di veicolo tradizionale 6 Figura 1.3 flussi di energia in un veicolo ibrido di primo livello (ibrido parallelo) 7 Figura 1.4 flussi di energia in un veicolo ibrido serie 7 Figura 1.5 schema di principio di un veicolo ibrido serie 8 Figura 1.6 schema di principio di un veicolo ibrido parallelo 10
Figura 1.7 Toyota Prius 13
Figura 1.8 Particolari propulsivi e della trasmissione della Toyota Prius ibrida 14 Figura 1.9 Honda Insight ibrido parallelo e alcuni dati tecnici 15 Figura 2.1 Scooter Piaggio Zip 50 e alcuni dati costruttivi 16 Figura 2.2 Sistema di trasmissione a cinghia 20 Figura 2.3 Curva di cambiata sperimentale del CVT montato sullo Zip 50 22
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v Figura 3.1 Schema di principio dei flussi energetici dello scooter ibrido 25 Figura 3.2 Schema di principio del funzionamento della centralina di controllo 28 Figura 3.3 Curva di potenza del motore 50 cc in funzione della ω albero motore 30 Figura 3.4 Logica su cui è costruito il modello per la simulazione 33 Figura 3.5 Modello utilizzato per la simulazione 35 Figure 3.6-3.7 -3.8 Maschere di gestione del modello 36 Figura 3.9 Convenzioni utilizzate per le potenze in analisi 39
Figura 3.10 Curva di cambiata teorica del CVT 44
Figura 3.11 Curve di cambiata sperimentali del CVT 45 Figura 3.12 Modello definitivo dello scooterHEV 46
Figura 4.1 Ciclo di velocità ECE40 47
Figura 4.2 Ciclo delle velocità in m/s ECE40 costruito in Matlab 48 Figura 4.3 Accelerazioni del ciclo ECE40 costruito in Matlab 48 Figura 4.4 Ciclo delle velocità in km/h ECE40 costruito in Matlab 49 Figure da 4.5 a 4.21 figure di sviluppo e validazione del modello da pag. 49 a pag. 66 Figure da 4.22 a 4.58 risultati delle simulazioni da pag. 68 a pag. 103
Elenco delle tabelle di dati
Tabella 2.1 P u nti di f un zi o na men to del mot o re te rmi co ut ili zzat o 1 8
