Full vehicle modelling with Simulink-GasDyn coupling for WLTP driving cycle simulations

This master thesis has as objective the development of a co-simulation model between two softwares: GasDyn and Simulink. The first one will be used to model and simulate the phenomena related to an internal combustion engine, and will be coupled with Simulink, which will be responsible of simulating the longitudinal dynamics of a vehicle. In particular, the object of this case of study is the Renault Captur, a medium crossover city car sold by the French manufacturer, which is equipped with the HR10DDTg2 engine, an inline three cylinder , 1000cc turbocharged engine. The main objectives taken on in this work will be: • Validation of the Renault engine model developed previously in the GasDyn environment, by comparing it with the experimental results given by the manufacturer. • Construction and development of a longitudinal dynamics vehicle model in the Simulink environment, to reproduce faithfully the behaviour of the vehicle object of the study. • Comparison between a baseline and two alternative engine management strategies in the optic of fuel consumption and pollutant emissions reduction in a European legislation homologation cycle. In a preliminary phase, the data outputted by the GasDyn engine model will be compared with the experimental engine dyno bench results given by Renault in terms of engine performance related quantities (BMEP, Torque, Power, BSFC) and in terms of engine pollutant emissions (NOx, CO, HC, CO2). Successively, a vehicle model replicating the longitudinal dynamics of a car placed on a rolling dyno will be formulated, implementing each different subsystem related to a car in the Simulink environment (car body, wheels, brakes, tires, gearbox, driver controller, etc.), and testing in base driving cycles for the truthfulness of the model. Finally, three different engine strategies (Baseline, Start & Stop, Deactivated Cylinder) will be compared by simulating a WLTP driving cycle, analysing the results both from the vehicle dynamics point of view and from the internal combustion engine point of view.

Questa tesi magistrale ha come obiettivo lo sviluppo di un modello di co-simulazione tra due software: GasDyn e Simulink. Il primo sarà utilizzato per modellare e simulare i fenomeni relativi a un motore a combustione interna, e sarà accoppiato con Simulink, che sarà responsabile della simulazione della dinamica longitudinale di un veicolo. In particolare, l'oggetto di questo caso di studio è la Renault Captur, una media city car crossover venduta dal produttore francese, che è equipaggiata con il motore HR10DDTg2, un tre cilindri in linea, 1000cc turbo. I principali obiettivi di questo lavoro sono: - Validazione del modello motore Renault sviluppato precedentemente in ambiente GasDyn, confrontandolo con i risultati sperimentali forniti dal costruttore. - Costruzione e sviluppo di un modello di dinamica longitudinale veicolo in ambiente Simulink, per riprodurre fedelmente il comportamento del veicolo oggetto dello studio. - Confronto tra una baseline e due strategie alternative di gestione del motore nell'ottica della riduzione del consumo di carburante e delle emissioni inquinanti in un ciclo di omologazione della legislazione europea. In una fase preliminare, i dati di output in arrivo dal modello di motore GasDyn saranno confrontati con i risultati sperimentali al banco di prova del motore forniti da Renault in termini di quantità relative alle prestazioni del motore (BMEP, coppia, potenza, BSFC) e in termini di emissioni inquinanti del motore (NOx, CO, HC, CO2). Successivamente, sarà formulato un modello di veicolo che replica la dinamica longitudinale di un'automobile posta su un banco a rulli, implementando ogni diverso sottosistema relativo a un'automobile nell'ambiente Simulink (carrozzeria, ruote, freni, pneumatici, cambio, controllore di guida, ecc), e testando in cicli di guida di base la veridicità del modello. Infine, tre diverse strategie del motore (Baseline, Start & Stop, Deactivated Cylinder) saranno confrontate simulando un ciclo di guida WLTP, analizzando i risultati sia dal punto di vista della dinamica del veicolo che da quello del motore a combustione interna.