Modeling and control of a vehicle's electric pumping system

Many of the vehicle power-train cooling systems consist of hydraulic circuits powered by pumps. In particular, the oil pumps besides having the function of lubricating also have the goal of cooling down the system, representing a standard so far. One of their advantages is undoubtedly the intrinsic simplicity of operation while one of the disadvantages is the limited working autonomy since, being driven directly by the crankshaft, they are proportionally forced to follow the speeds that the motor requires. On the other hand, the scenario of the axles in recent years has changed very rapidly, tending to converge towards the electric. This change, driven above all by the need to optimize the energy consumption and reduce CO2 emissions, opens up a new scenario for cooling pumps. In fact, these new electric axles, give the possibility to release the pump functioning from the traction motor and the ELectric Oil Pump (ELOP) turns out to be a viable candidate compatible with what the future prospects. Starting from the representation of the mechanical pumping configurations commonly used, this thesis examines a case study of a hybrid sports vehicle for which firstly is proposes a model to represent the thermal dynamics of its electric axle, then different thermal control techniques are compared by analyzing mainly two aspects: energy consumption and life-span of the ELOP electronic management system which, due to the high temperatures, would be affected.

Molti dei sistemi di raffreddamento degli assali dei veicoli terrestri sono costituiti da circuiti idraulici alimentati da pompe. In particolar modo, quelle ad olio oltre ad avere la funzione di lubrificare hanno anche l’obiettivo di raffreddare, rappresentando uno standard nell’automotive da decenni a questa parte. Uno dei loro vantaggi è indubbiamente la semplicità intrinseca di funzionamento mentre uno degli svantaggi è costituito dalla limitata autonomia di lavoro poichè, essendo trainate direttamente dall’albero motore, sono costrette a seguire proporzionalmente le velocità che quest’ultimo richiede. D’altra parte lo scenario degli assali negli ultimi anni è cambiato molto rapidamente, tendendo a convergere verso l’elettrico. Questo cambio di rotta, guidato soprattutto dalla necessità di ottimizzare i consumi e di ridurre le emissioni di CO2, apre un nuovo scenario per le pompe di raffreddamento. Con questi nuovi propulsori si è creata la possibilità di svincolare il funzionamento della pompa da quello del motore di trazione e le ELectric Oil Pump (ELOP) si offrono come un valido candidato compatibile con le richieste che il futuro prospetta. Questa tesi, partendo dalla rappresentazione delle configurazioni di pompaggio meccaniche comunemente in uso, prende in esame un caso di studio di un veicolo ibrido sportivo per il quale dapprima propone un modello per poter rappresentare la dinamica termica del suo assale elettrico, poi compara diverse tecniche per il controllo termico analizzando principalmente due aspetti: il consumo energetico e la vita utile del sistema elettronico di gestione della ELOP che, a causa delle elevate temperature, ne verrebbe inficiato.