Sviluppo, ottimizzazione e validazione Hardware-In-the-Loop di sistemi di controllo Model-Based per veicoli HEV

Dal sesto rapporto di valutazione redatto dall’IPCC emerge che è necessaria un’immediata inversione di rotta nell’utilizzo energetico odierno e nei processi che coinvolgono l’emissione di agenti inquinanti in atmosfera, per mantenere l’aumento della temperatura media globale entro il grado e mezzo. Secondo il rapporto dell’Agenzia Europea dell’Ambiente, inoltre, il settore dei trasporti è responsabile di circa un quarto delle emissioni totali di CO2 in Europa. L’efficientamento del settore del trasporto su strada potrebbe dunque mitigare l’effetto del riscaldamento globale. Questo studio si è posto l’obiettivo di analizzare l’efficienza energetica di un mezzo per il trasporto pubblico, con propulsione ibrida, per proporre delle soluzioni, implementabili nel breve termine, circa la riduzione dell’emissione in atmosfera di agenti inquinanti. Lo studio nasce infatti con l’obiettivo di sviluppare l’algoritmo di gestione dell’unità di potenza del veicolo in grado di minimizzare l’uso di combustibile (inquinamento diretto) ed il degrado degli accumulatori elettrochimici (inquinamento indiretto). Il Sistema di controllo sviluppato si pone inoltre l’obiettivo di limitare l’emissione di agenti inquinanti in zone specifiche della città riuscendo comunque a compiere la missione assegnata. Lo studio ha coinvolto la modellazione matematica della propulsione ibrida (termica/elettrica) dell’autobus Orion VII secondo i dati forniti dall’ORNL. Validato il modello simulativo, è stata confrontata l’influenza della tecnologia dell’accumulatore elettrochimico e della macchina elettrica sull’efficienza complessiva del sistema. Valutata la componentistica della propulsione, lo studio ha coinvolto la progettazione e lo sviluppo del sistema di controllo seguendo l’approccio Model-Based Design, che comprende la definizione dei requisiti base di funzionamento del sistema di controllo, la loro implementazione, la codifica in codice di programmazione e tre fasi di test: Model In the Loop, Software In the Loop ed Hardware In the Loop. Il sistema di controllo, di tipo Rule-Based, è stato dotato del set di parametri di calibrazione in grado di minimizzare il consumo equivalente di combustibile e i fenomeni di degrado della batteria durante la percorrenza di specifiche tratte stradali; i parametri ottimi sono stati individuati tramite l’algoritmo di ottimizzazione Pattern Search. È stato infine condotto un caso studio sulla Linea 24 del servizio di trasporto pubblico della città di Messina, nel quale è stato ipotizzato di adattare il funzionamento del sistema di controllo ad ipotetici vincoli di emissione imposti dalla città durante l’attraversamento di zone centrali o ad alta densità di popolazione. Tramite il calcolo del dispendio energetico chilometrico medio del veicolo, è stato possibile gestire la propulsione al fine di evitare il raggiungimento di condizioni di funzionamento critiche per la batteria durante l’attraversamento delle zone con limitazioni pur evitando, in queste zone, l’emissione diretta di inquinanti.