Enhancing energy and thermal efficieny in full electric hypercars: analysis and development of an optimal regenerative brake blending strategy

This thesis investigates the development and optimization of regenerative brake blending in electric vehicles (EVs) through the implementation of an advanced control strategy. The study focuses on the development of a novel optimal control approach able to manage mechanical brakes and electric motors to maximize energy recuperation while ensuring optimal vehicle performance and safety. The research involves an extensive analysis of existing regenerative braking technologies in the literature and the motorsport sector. Currently, the primary method widely used for brake blending is the serial approach. This method involves utilizing electric motors to their maximum capacity and then employing friction brakes to meet any additional braking requirements. Other methods for allocating braking include parallel blending and dynamic allocation strategies. The innovative outcomes of this work include creating an offline optimal control strategy capable of considering diverse objectives, such as maximizing harvested energy or managing battery and brake temperature. Additionally, the development of an optimal online control framework using ECMS, a highly effective control method commonly used in managing energy in hybrid and electric vehicles, is presented. This framework is designed to be flexible and robust in handling different scenarios. The outcomes of this research will contribute to the advancement of regenerative braking technology in EVs, providing valuable insights into optimizing energy recovery while maintaining safety and enhancing energy and thermal efficiency.

In questa tesi viene analizzato lo sviluppo e l'ottimizzazione della frenata rigenerativa nei veicoli elettrici (EV) attraverso l'implementazione di una strategia di controllo avanzata. Lo studio si concentra sullo sviluppo di un nuovo approccio di controllo ottimale in grado di gestire il freno meccanico e il motore elettrico per massimizzare il recupero di energia, garantendo nel contempo prestazioni ottimali e sicurezza del veicolo. La ricerca coinvolge un'ampia analisi delle tecnologie esistenti di frenata rigenerativa nella letteratura e nel settore dei motori. Attualmente, il metodo principale ampiamente utilizzato per la frenata rigenerativa è l'approccio seriale. Questo metodo consiste nell'utilizzo dei motori elettrici al massimo della loro capacità e l'impiego dei freni meccanici per soddisfare eventuali ulteriori requisiti di frenata. Altri metodi di allocazione della frenata includono l'approccio parallelo e le strategie di allocazione dinamica. I risultati innovativi di questo lavoro includono la creazione di una strategia di controllo ottimale offline in grado di considerare diversi obiettivi, come la massimizzazione dell'energia recuperata o la gestione della temperatura della batteria e dei freni. Inoltre, viene presentato lo sviluppo di una strategia di controllo online ottimale utilizzando l'ECMS, un metodo di controllo altamente efficace comunemente utilizzato nella gestione dell'energia nei veicoli ibridi. Questa strategia è progettata per essere flessibile e robusta nella gestione di diverse situazioni. I risultati di questa ricerca contribuiranno all'avanzamento della tecnologia di frenata rigenerativa nei veicoli elettrici, fornendo preziose intuizioni per ottimizzare il recupero di energia garantendo contemporaneamente la sicurezza e migliorando l'efficienza energetica e termica.