Modeling and control of a hybrid human-electric motorcycle

The continuous increasing of the air pollution and of urban traffic in big cities is bringing more and more attention to the development of vehicles projected in order to reduce these problems. The following thesis will be focused on the two wheel human-electric hybrid vehicles, which try bring a solution to the problem presented before. This category can be splitted in two different families: parallel hybrid vehicles, where the chain is removed and the pedaling torque is transmitted directly to the wheel through a chain, and series hybrid, where the pedaling torque is is used in order to provide a current trough a generator, the power generated can be used in order to power the motor or to recharge the battery. The prototype analyzed in the next chapters can be considered as an innovative vehicle with respect to the existing models because it can work both as a series and parallel hybrid vehicle: it has in fact a motor on the rear wheel, a generator between pedals and a chain that links them mechanically with the rear wheel and the longitudinal vehicle dynamic. The main focus are the modeling of such a complex system in order to develop a sufficient accurate simulator, used to develop the control. The problem will become more complex in the series hybrid case, where the pedaling feeling must be guaranteed only by the generator. The analysis on the control will be treated first of all by showing the control techniques found in the literature, and then proposing an optimal strategy.

Il continuo aumento dell’inquinamento e del traffico stradale nelle grandi città, sta portando sempre più attenzione verso lo sviluppo di veicoli mirati a risolvere, o perlomeno ridurre, queste problematiche. Nella seguente tesi si focalizzerà sui veicoli ibridi a due ruote, i quali possono essere una soluzione ai problemi citati. Questa categoria può essere divisa in due famiglie differenti: i veicoli ibridi parallelo, dove la coppia introdotta dal ciclista viene trasmessa direttamente alla ruota grazie ad una catena, e i veicoli ibridi serie, dove la catena non presente e la coppia ai pedali viene trasformata in corrente grazie ad un generatore, la potenza così generata potrà essere usata per alimentare il motore oppure per ricaricare la batteria. Il prototipo analizzato di seguito si pone come un veicolo innovativo rispetto a quelli già esistenti in quanto può funzionare sia come ibrido serie sia come parallelo: presenta infatti un motore posto sulla ruota posteriore, un generatore fra i pedali e una catena che collega questi ultimi alla ruota. I focus principali sono stati la modellizzazione di un sistema complesso come quello descritto per sviluppare un simulatore abbastanza accurato, che verrà usato per sviluppare il controllo. Il problema poi si complica nel caso di funzionamento come veiclo ibrido serie, dove il feeling della pedalata deve essere garantito solamente dal generatore. L’analisi del controllo sarà fatta prima presentando le soluzioni trovate in letteratura, e poi proponendo una strategia ottimale.