Stima del volume carburante per motoveicoli con tecniche basate su Kalman Filter

Accurate fuel level measurement in tanks is fundamental to ensure the reliability and safety of road vehicles. Therefore, the need for a fuel level management system and associated algorithms becomes relevant today. The system must be accurate and effective in providing the driver with the exact distance that he can cover with the remaining fuel. This project focuses on two-wheeled vehicles. In this context, we encounter fuel tanks of very different and irregular geometric shapes, aimed at maximizing the capacity of the tanks themselves using the most of the available space. This has a negative impact on the ease of measuring the actual fuel content. In the case under analysis, a floating sensor is used to measure the fuel level in the tank but the particular tank geometries do not allow the float to operate properly when the fuel volume is close to the maximum capacity of the tank and, similarly, when the tank is almost empty. It follows that the measure obtained in these two areas will be subject to censorship resulting in the impossibility of providing the user with a precise indication. In addition, this sensor is sensitive to turbulence of the free surface of the liquid that arises during sudden braking, significant acceleration and corners. To address these issues, estimation techniques based on Kalman’s filter theory are implemented. Then, the Tobit Kalman Filter is addressed, an estimator formulated ad-hoc for the management of censored measures. Moreover, the issue of uncertainty on the amount of fuel in the tank following the refueling of the same is addressed, situation in which the level probe is in no way informative due to the upper censorship it is affected by. Finally, the fuel indication system for a motorcycle presented in this paper is a practical and effective solution for the driver.

La misurazione precisa del livello di carburante nei serbatoi è fondamentale per garantire l'affidabilità e la sicurezza dei veicoli stradali. Pertanto, la necessità di un sistema di gestione del livello del carburante e degli algoritmi associati diventa oggi rilevante. Il sistema deve essere accurato ed efficace nel fornire al conducente l'esatta indicazione della distanza che può coprire con il carburante a disposizione. Questo progetto si focalizza nell'ambito dei veicoli a due ruote. In questo contesto, si incontrano serbatoi di carburante di forme geometriche molto diverse ed irregolari, volte a massimizzare la capacità dei serbatoi stessi sfruttando al massimo lo spazio a disposizione. Questo impatta in modo negativo sulla facilità di misurarne il reale contenuto di carburante. Nel caso in analisi, un sensore con galleggiante è usato per misurare il livello del carburante nel serbatoio ma le particolari geometrie del serbatoio non permettono al galleggiante di funzionare correttamente quando il volume di carburante è prossimo alla massima capacità del serbatoio e, in modo duale, quando il serbatoio è pressoché vuoto. Ne consegue che la misura ottenuta in queste due zone sarà affetta da censura risultando nell'impossibilità di fornire all'utente una precisa indicazione. Inoltre, tale sensore è sensibile alle turbolenze del pelo libero del liquido che si originano in sede di brusche frenate, notevoli accelerazioni e curve. Per far fronte a queste problematiche, vengono implementate tecniche di stima basate sulla teoria del filtro di Kalman. Si prende anche in considerazione il Tobit Kalman Filter, uno stimatore formulato ad hoc per la gestione di misure censurate. Si affronta poi il tema dell'incertezza sulla quantità di carburante presente nel serbatoio in seguito al rifornimento dello stesso, situazione in cui la sonda di livello non è in alcun modo informativa a causa della censura superiore di cui è affetta. Infine, il sistema di indicazione del carburante di un motoveicolo presentato in questo lavoro rappresenta una soluzione pratica ed efficace per il conducente.