Analisi e controllo di un motociclo a trazione ibrida

Nowadays, pollution and mobility represent a very critical problem in our society. In particular, in the major cities, it is necessary to focus on a new sustainable mobility. Electric motorcycles represent a solution to this issue being light and using a sustaineble power source. Despite that the energy range represents a crucial problem in full electric vehicle. In this thesis project an hybrid traction motorcycle is analyzed as an innovative solution in this mobility contest. The vehicle has, as power source, the electric energy coming from a battery and human energy introduced in the system by the driver using pedals connected to a chain transmission and a generator. The vehicle can be used both as a scooter and as an electric bicycle. Nowadays, there are two different configurations for an electric bike, the first one based on a series architecture, the second one on a parallel architecture. In the first case, the human power is provided to the wheel by a chain. In the second case a mechanical transmission to the wheel is missing and the mechanical torque coming from the driver is converted into current by a generator. Both configurations have some issues, in particular the parallel architecture in terms of efficiency, the series architecture in terms of pedal feeling and comfort. The prototype has both configurations and try to solve their issues. This thesis is focused on the implementation of a generator control algorithm for both the modalities to ensure comfort performances and pedal assistance. Under those considerations, experimental tests on vehicle are performed obtaining satisfactory results. Then the overall control system is analysed for those configurations and a single effective control strategy is developed for both. This control strategy is tested on a prototype simulator in which the relationship between the human and motor power in different conditions and for different values of vehicle speed is shown.

Il contesto storico attuale ci pone davanti a notevoli problematiche relative ad inquinamento e mobilità. In particolare nelle grandi città, la necessità di un nuovo tipo di mobilità ecosostenibile è sempre più evidente. I motocicli elettrici rispondono a questa esigenza essendo leggeri ed agili negli spostamenti ed utilizzando una fonte energetica a basso impatto ambientale; nonostante questo, però, il tema dell’autonomia rappresenta da sempre un aspetto critico nei veicoli full electric. Questo progetto di tesi si incentra sull’analisi di un motociclo a trazione ibrida che intende porsi come soluzione innovativa nel contesto della mobilità cittadina. Il veicolo ha, come sorgente di alimentazione, l’energia elettrica proveniente da un apposito pacco batterie e l’energia umana introdotta dal guidatore utilizzando pedali collegati sia ad un generatore sia alla ruota tramite un catena di trasmissione. Il prototipo può essere utilizzato sia come scooter sia come bici elettrica. Attualmente in letteratura sono presenti biciclette elettriche con architetture parallelo o serie. Nel primo caso la potenza del ciclista viene trasmessa per mezzo di una catena alla ruota. Nel secondo caso manca una trasmissione meccanica alla ruota e la coppia meccanica del ciclista viene convertita in corrente da un generatore a pedale. Entrambe le configurazioni presentano delle criticità relative ad efficienza e comfort. Il prototipo presenta un’architettura innovativa e propone, in diversi momenti di utilizzo, entrambe le modalità andando a superare le criticità delle architetture attuali. Il lavoro si focalizza sull’implementazione di un controllo del generatore per entrambe le configurazioni volto ad assicurare comfort ed assistenza in pedalata. I test sperimentali sul veicolo mostrano risultati soddisfacenti in tal senso. Viene poi analizzato il controllo complessivo del veicolo per entrambe le modalità di utilizzo e viene implementato un sistema di controllo unico valido per entrambe. Il controllo è testato tramite un simulatore del prototipo in cui viene messo in evidenza il contributo del ciclista, in termini di coppia, rispetto a quello di motore nelle due architetture per diverse velocità.