Advances in propulsion systems modeling, optimization, and control

The quest for improved fuel economy, lower vehicular emissions, and higher energy efficiency has led automotive companies to devote resources, in terms of both money and time, for the development of new powertrain solutions for the next generation of vehicles. Against this background, the main focus of the doctoral research is the modeling, optimization, and control of propulsion systems. Different powertrain architectures, namely, internal combustion engine vehicles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles are considered. With the goal of improving their energy efficiency, attention is focused on problems specific to the architectures mentioned above, that is: knock control for internal combustion engine vehicles – to optimize the air/fuel mixture ignition –, battery aging control for electric vehicles – to maximize the battery lifetime –, and the development of energy management strategies for hybrid electric vehicles – to determine the optimal power split between the available movers –. The pursuit of efficient and optimized mobility solutions has instigated research activities that eventually led to the development and formalization of new tools and methods.

La ricerca di una migliore fuel economy, di minori emissioni e di una più elevata efficienza energetica ha spinto diverse case automobilistiche a dedicare risorse, sia in termini di tempo che di denaro, per lo sviluppo di nuovi sistemi di propulsione per la prossima generazione di veicoli. In questo contesto, l'obiettivo principale della tesi di dottorato è la modellistica, l'ottimizzazione e il controllo dei sistemi di propulsione. Vengono prese in considerazione diverse architetture: veicoli con motore a combustione interna, veicoli elettrici e veicoli elettrici ibridi. Con l'obiettivo di migliorarne l’efficienza energetica, l'attenzione è focalizzata su alcuni problemi specifici delle architetture appena menzionate, ovvero: il controllo del battito in testa per i veicoli con motore a combustione interna - per ottimizzare l'accensione della miscela aria/carburante -, il controllo dell'invecchiamento della batteria per i veicoli elettrici - per massimizzare la durata della batteria - e lo sviluppo di strategie di gestione energetica per i veicoli elettrici ibridi - per determinare la suddivisione di potenza ottima tra le sorgenti disponibili -. In conclusione, il perseguimento di soluzioni di mobilità efficienti e ottimizzate ha promosso attività di ricerca che hanno portato allo sviluppo e alla formalizzazione di nuovi strumenti e metodi.