An approach to the conceptual design of fuel cell electric city bus

The implementation of the fuel cell on mass transport such as a bus, is one of the best solutions considering the ranges, flexibility, performance, refuel time, passenger comfort and the technology maturity. But as mature as the technology is, there will always be some improvement that can be made and some projection worth analysing going forward which was concluded in three aspects, weight reduction, availability, and cost. While cost and availability will go hand in hand which translates when the cost can be cheaper, it was only a matter of time not if that the availability can be improved. The question is why Fuel Cell Electric Bus (FCEB) costs more to build than other bus types and if there is any connection between the weight and the cost of the bus in general and how it can be improved. Since 2001, there are at least twelve manufacturers participating in the European Project developing the fuel cell technology on road mass transportations, and this thesis will try to find some distinct recurring vehicle configuration which is common enough and put all of them into some geometry and finite element analysis and compare them with a generic diesel bus under the same model, boundary condition and with comparable component to see if some early study about increasing weight and shifting centre of mass around the existing fuel cell electric bus can be verified. Some parameters such as the shifting of the centre of mass, total body weight, passenger capacity, hydrogen capacity as well as natural frequency will be analysed from each configuration to determine how the previously mentioned parameters behave under the change of vehicle configuration and whether at the same time they can improve or deteriorate another parameter. Although it is not common deploying a technical analysis such as finite element simulation so early in the stage, this step will be useful to develop another approach to the conceptual design of a Fuel Cell Electric City Bus that focused on solving some identified conflicting parameters and problems among the existing FCEB configurations in the market and at the same time confirming some statement found during the literature study phase such as a statement about FCEB is heavier than a conventional diesel bus and FCEB shifts the centre of mass further away from the earth which require a structural and suspension enhancement for the bus hence generating a higher production cost. An alternative design following the aforementioned approach will be proposed in order to solve the problem on the existing configurations without deteriorating another parameter and after that, a design review will be done using virtual reality tools to get a better understanding about end-user experience with a better visualization in a real-life sized virtual prototype, the use of VR seems to be appropriate at the moment since the idea of crafting a real-life sized prototype of a bus will be overwhelming even for a big name in the car manufacture especially in the condition of a pandemic.

L'implementazione della cella a combustibile sul trasporto di massa come un autobus, è una delle migliori soluzioni considerando l'autonomia, la flessibilità, le prestazioni, i tempi di rifornimento, il comfort dei passeggeri e la maturità tecnologica. Ma per quanto matura sia la tecnologia, ci sarà sempre qualche miglioramento che può essere fatto e qualche proiezione degna di essere analizzata in futuro che si è conclusa in tre aspetti, riduzione del peso, disponibilità e costo. Mentre il costo e la disponibilità andranno di pari passo, il che si traduce quando il costo può essere più conveniente, era solo questione di tempo, non se la disponibilità potesse essere migliorata. La domanda è, perché FCEB è più costoso da costruire rispetto ad altri tipi di autobus? Inoltre c'è qualche connessione tra il peso e il costo dell'autobus in generale? E come può essere migliorato? Dal 2001, ci sono almeno dodici produttori che partecipano al progetto europeo che sviluppa la tecnologia delle celle a combustibile sui trasporti di massa su strada, e questa tesi cercherà di trovare alcune distinte configurazioni di veicoli ricorrenti che siano abbastanza comuni e metterle tutte in una certa geometria e finito analisi degli elementi e confrontarli con un autobus diesel generico con lo stesso modello, condizione al contorno e con componenti comparabili per vedere se è possibile verificare alcuni studi iniziali sull'aumento del peso e lo spostamento del centro di massa attorno all'autobus elettrico a celle a combustibile esistente. Alcuni parametri come lo spostamento del baricentro, il peso corporeo totale, la capacità dei passeggeri, la capacità dell'idrogeno e la frequenza naturale saranno analizzati da ciascuna configurazione per determinare come si comportano i parametri precedentemente menzionati al cambio di configurazione del veicolo e se al allo stesso tempo possono migliorare o peggiorare un altro parametro. Sebbene non sia comune implementare un'analisi tecnica come la simulazione degli elementi finiti così presto nella fase, questo passaggio sarà utile per sviluppare un altro approccio alla progettazione concettuale di un autobus urbano elettrico a celle a combustibile che si è concentrato sulla risoluzione di alcuni parametri e problemi conflittuali identificati tra le configurazioni FCEB esistenti sul mercato e allo stesso tempo confermando alcune affermazioni trovate durante la fase di studio della letteratura come una dichiarazione su FCEB è più pesante di un autobus diesel convenzionale e FCEB sposta il baricentro più lontano dalla terra che richiede un miglioramento strutturale e delle sospensioni dell'autobus generando un costo di produzione più elevato. Verrà proposto un design alternativo seguendo l'approccio sopra menzionato al fine di risolvere il problema sulle configurazioni esistenti senza deteriorare un altro parametro e, successivamente, verrà eseguita una revisione del design utilizzando strumenti di realtà virtuale per ottenere una migliore comprensione dell'esperienza dell'utente finale con un migliore visualizzazione in un prototipo virtuale di dimensioni reali, l'uso della realtà virtuale sembra essere appropriato al momento poiché l'idea di realizzare un prototipo di autobus a grandezza naturale sarà travolgente anche per un grande nome nella produzione di automobili, specialmente in la condizione di una pandemia.