Studio della guidabilità di un quadriciclo leggero elettrico

The environmental pollution as well as the progressive reduction of the fossil fuels availability has made the modern society more sensible to projects aimed at the solution of such problems. In this way, a lot of automotive industries are moving toward the electrification of vehicles by means of hybrid solutions or full-electric vehicles solutions, running from the smallest quad vehicle, to the most comfortable berlin. The Object of the present work is the electric ligth quad vehicle GreenFun, designed and realized by the Politecnico di Milano, with the cooperation of the Mako Shark® industry, located in Dolzago (LC- IT), specialized in the manufacture of carbon components, which is the leader of a consortium of companies in Lombardia that joined the project. It consists of a light quad vehicle with an aluminium frame and carbon structural components. It has four driving wheels, with electric independent engines, which enables to reach the total power of 4 kW, as imposed by the normative in force for this homologations’ category. The vehicle also disposes of smart wheels: the rims are equipped with strain gauges for measuring the contact forces at the ground, used to perform the on board electronic controls. In fact the speed control of each engine is performed in order to reduce the cornering side-slip (performing the effect of the differential) and to ensure the stability of the vehicle during cornering (ESP) and acceleration (TCS) maneuvers, as well as the classic ABS system. This work consists of the development of numerical models able to simulate the real vehicle dynamics, which could be used to improve the control logic. In particular a four contacts model has been performed in Matlab-Simulink® environment. A more complex multi-body model has also been developped in ADAMS-CAR® environment. The first chapter deals with a technical description of the vehicle layout, which must be kept into account to perform the numerical modelling phase. This is followed by a series of chapters where a description of the numerical models and the control logics developed is done, than the result sets of the simulations submitted are commented. The numerical model of the vehicle as well as the control system developed has shown a good behaviour within the simulations performed, but a further experimental validation is required.

L’inquinamento ambientale e la sempre più ridotta disponibilità di combustibili fossili hanno sensibilizzato la società moderna nei confronti dei progetti mirati alla soluzione di tali problemi. In quest’ottica numerose case automobilistiche si stanno spingendo verso l’elettrificazione dei veicoli con soluzioni ibride o con soluzioni che prevedono la trazione puramente elettrica, applicate ad una gamma di veicoli fortemente diversificata, dal quadriciclo alla berlina. Oggetto della presente trattazione è il quadriciclo elettrico leggero denominato “GreenFun”, progettato e realizzato dal Politecnico di Milano, in collaborazione con l’azienda Mako Shark® di Dolzago (LC), specializzata nella realizzazione di componenti in materiale composito, capofila di una cordata di aziende lombarde che hanno aderito a tale progetto. Si tratta di un quadriciclo leggero, biposto, con telaio e componenti strutturali in composito alluminio-CFRP. Esso è dotato di 4 motori elettrici indipendenti che azionano direttamente le ruote, per una potenza installata complessiva di 4 kW, come imposto dalla normativa vigente per questa categoria di omologazione. Il veicolo dispone inoltre di ruote intelligenti: i cerchi sono dotati di estensimetri per la misura delle forze scambiate con il terreno, sfruttate per la gestione dei controlli elettronici di bordo. Si prevede infatti un controllo in velocità di ogni motore, finalizzato alla riduzione degli slittamenti in curva (effetto differenziale) ed a garantire la stabilità del veicolo, sia in curva (ESP) che in accelerazione (TCS), oltre al classico ABS. Il lavoro svolto consiste nello sviluppo di modelli numerici in grado di simulare la dinamica del veicolo reale, da sfruttare in fase di messa a punto delle logiche di controllo. In particolare è stato messo a punto un modello a quattro contatti sfruttando il software Matlab-Simulink®. E’ stata inoltre eseguita una modellazione multi-body del veicolo, con l’ausilio del software ADAMS-CAR®. Nel primo capitolo vengono descritte le caratteristiche tecniche del veicolo, di cui si è dovuto tenere conto per la modellazione numerica dello stesso. Nei capitoli successivi vengono descritti i modelli numerici creati ed i sistemi di controllo messi a punto, discutendo i risultati delle simulazioni effettuate. Il modello numerico del veicolo ed i controlli messi a punto hanno fornito risultati soddisfacenti nelle simulazioni effettuate, ma andranno validati, in futuro, mediante opportune prove sperimentali.