Development of model-based methodology for analysis and comparison of conventional and electric vehicles

This thesis work relates to vehicle design with particular focus on the development of a model-based methodology for analysis and comparison of different types of automobiles. Nowadays automotive industry faces relevant changes, especially due to emission regulations, that are leading to a variety of new architectures, like electric one. The initial phase of designing a new vehicle is very important for the involved parameters choice. Each of them must be carefully determined for better energy economy, enhanced safety, good drivability, and a competitive dynamic performance. Prototyping and testing each design combination is cumbersome, expensive, and time consuming, thus modeling and simulation are indispensable for concept evaluation. Since this can play an important role in the diagnostics of the operating components, we developed a general, flexible and accurate vehicle model in conventional (with internal combustion engine) and electric configurations. Their components and subsystems have been singularly modeled and assembled in order to replicate a real car behaviour. The goal we wanted to reach was to be able, starting from some initial characteristic parameters, to get an idea of their influence on consumptions and performances. By making some changes on the inputs of the model, we managed to obtain a sensitivity on them and evaluate their effects. Subsequently, many simulations have been performed and compared to data from car manufacturers, in order to validate the models and to make considerations on nowadays scenario, considering hybrid vehicles too.

Questo lavoro di tesi riguarda la progettazione di veicoli, con particolare attenzione allo sviluppo di una metodologia basata su modelli per l'analisi e il confronto di tipi differenti di automobili. L'industria automobilistica, al giorno d'oggi, deve relazionarsi con importanti cambiamenti, specialmente relativi alla regolamentazione delle emissioni, che stanno portando a una varietà di nuove architetture, come quella elettrica. La fase iniziale di progettazione di un nuovo veicolo assume un'importanza fondamentale per la scelta dei parametri coinvolti. Ognuno di essi richiede di essere determinato con attenzione per ottenere una migliore gestione energetica, un'eccelente guidabilità e prestazioni dinamiche competitive. La prototipazione e l'analisi di ogni combinazione sono operazioni complicate, costose e lunghe, quindi la modellazione e la simulazione diventano strumenti indispensabili per la valutazione di un determinato concept. Poichè questi giocano un ruolo fondamentale nelle scelte progettuali, abbiamo sviluppato un modello di veicolo universale, flessibile e accurato, nelle confi gurazioni convenzionale (con motore a combustione interna) ed elettrica. I relativi componenti e sottosistemi sono stati modellati singolarmente e assemblati con l'intento di replicare il comportamento di un'auto reale. L'obiettivo che ci siamo proposti era quello di essere in grado, partendo da alcuni parametri caratteristici iniziali, di avere un'idea dei loro effetti su consumi e prestazioni. Apportando dei cambiamenti agli input del modello siamo riusciti ad ottenere una sensibilità sulla loro influenza e a valutarne gli effetti. Successivamente abbiamo svolto diverse simulazioni e ne abbiamo confrontato i risultati con i dati forniti dai produttori di automobili, così da validare i modelli e poter trarre considerazioni sullo scenario attuale, includendo anche i veicoli ibridi.