Studio del comportamento di un veicolo ibrido parallelo pre-trasmissione nelle sue differenti configurazioni di accoppiamento meccanico

This study aims to investigate the available configurations of hybrid vehicles and the further development of a simulation work on a pre-transmission parallel hybrid architecture. The main purpose of this simulation is to compare different mechanical configurations for a 6-ton commercial vehicle, changing the K2 ratio of the electric motor in the power integration mechanism (PIM), also known as mechanical gearing. Matlab-Simulink models were used to simulate all mechanical components of the vehicle propulsion system, from power sources to the resistant forces acting on the wheels. The global reference model is the one developed by UNECE in collaboration with European university research centres. The analysis of the results was carried out through a comparative study of the main mechanical parameters; an example of this work is the comparison between fuel-maps of the mechanical torque, as a function of lap speed of the internal combustion engine, to verify its operation in great efficiency areas. The best configuration encountered was the double-shaft one with a mechanical coupling ratio K2=2.88, with an average consumption of 17.84 l/100km. However, the difference from the worst case, the single-shaft architecture, isn’t good enough to justify the higher costs of multi-axles case, due to the increasing complexity. In fact, the average consumption of unitary ratio increases by only 1.82%. A first estimate of CO2 emissions, comparing the single-shaft result with historical data of the early 1990s, reveals a significant drop of 37.74%, which would make possible to comply fully with the European Union limits set for 2020.

Questo lavoro di tesi presenta lo studio generale delle configurazioni disponibili per veicoli ibridi e il successivo sviluppo di un lavoro di simulazione di una architettura ibrida parallela pre-trasmissione per un mezzo commerciale di taglia media. Lo scopo principale di questa simulazione è quello di arrivare a confrontare diverse configurazioni meccaniche per un veicolo commerciale pesante di 6 tonnellate, variandone il rapporto di accoppiamento meccanico K2 del motore elettrico. Sono stati utilizzati modelli Matlab-Simulink per tutti i componenti meccanici del veicolo facenti parte il sistema di propulsione, dalle fonti di potenza fino alle forze resistenti agenti sulle ruote del mezzo. Il modello globale di riferimento è quello sviluppato dalla UNECE in collaborazione con centri di ricerca universitari europei. L’analisi dei risultati è stata svolta attraverso uno studio comparativo dei principali parametri meccanici; un esempio di questo lavoro è il confronto delle Fuelmaps della coppia meccanica in funzione del regime di rivoluzione del motore a combustione interna, per verificarne il funzionamento nelle zone di maggior efficienza. La configurazione migliore incontrata risulta essere quella a doppio albero con il rapporto di accoppiamento meccanico K2 pari a 2,88, con un corrispondente consumo medio di 17,84 l/100km. Tuttavia, la differenza percentuale rispetto al caso peggiore, quello monoasse, non è sufficiente a giustificarne i costi maggiori dovuti alla crescente complessità. Infatti, il consumo medio del caso di relazione unitaria aumenta solo del 1,82%. Una prima stima delle emissioni di CO2, confrontando il risultato monoalbero ottenuto con i dati storici dei primi anni Novanta, rivela un calo significativo pari al 37,74%, che consentirebbe di rispettare ampiamente i valori limite dell'Unione Europea fissati per il 2020.