Modellistica e identificazione sperimentale della dinamica energetica di veicoli a due ruote

Environmental concerns and those related to the usage of fossil fuel have promoted a growing interest in the automotive field for the development of vehicles equipped with energy management systems, which aim at reducing emissions and energy consumption. Electric vehicles (EVs) are particularly regarded as a solution for the mobility of the near future, especially in urban environments. The correct handling of the energetic behavior on board is a critical problem, both for internal combustion engine vehicles and even more for electric vehicles, especially in urban driving scenarios where the speed profiles are a-priori unknown since they are affected by significant unpredictable external factors. These aspects must be taken into account for the development of high-level energy management systems. A reliable model of the vehicle dynamics of interest and a thorough understanding of the energy flows in the vehicle represent a preliminary step for the design of an energy management system. To this end, this thesis proposes a systematic way to develop an energetic model for thermal and electric two-wheeled vehicles. Identification method and validation results are discussed. The models turn out to be sophisticate enough for simulation purposes. Furthermore, they can be used in control algorithm which aim at reducing energy consumption. Finally, models are proved to serve as a basis for future optimization of their parameters as a function of drivers and external factors.

Il maggiore riguardo verso i problemi ambientali e la finitezza delle rimanenti riserve di petrolio hanno incentivato, nel campo automotive, un crescente interesse verso lo sviluppo di soluzioni veicolistiche alternative, in grado di garantire una mobilità urbana sostenibile, attraverso l'utilizzo di fonti energetiche diverse dal combustibile fossile, e di sofisticate strategie di gestione dell'energia a bordo. Un significativo interesse è rivolto in particolare verso i veicoli elettrici (EVs). Tali veicoli vengono indicati come una soluzione per la mobilità del futuro, specialmente in ambito urbano. Nei veicoli termici, e ancora maggiormente in quelli elettrici, la corretta e efficace gestione dell'energia a bordo veicolo risulta un aspetto fondamentale, soprattutto in scenari urbani dove i profili di velocità non sono noti a priori, in quanto affetti da numerosi fattori esterni impredicibili. Questi aspetti devono quindi essere tenuti in considerazione per lo sviluppo di sistemi ad alto livello per la gestione attiva dell'energia sui veicoli. Step preliminare nel design di un sistema di controllo dell'energia a bordo, è la realizzazione di un modello delle dinamiche energetiche del veicolo; il modello deve essere in grado di cogliere la relazione tra velocità/accelerazione e consumo energetico. A questo fine, questa tesi propone una metodologia sistematica per lo sviluppo di un modello energetico per veicoli a due ruote, elettrici e termici, e la sua caratterizzazione completa tramite prove sperimentali. L'approccio modellistico adottato consente lo sviluppo di un modello energetico sufficientemente accurato, tale cioè da fornire una base per simulazioni energetiche sofisticate. Inoltre, la semplicità del modello lo rende particolarmente idoneo a successive analisi orientate al controllo dell'energia a bordo. Infine, l'approccio gray-box risulta particolarmente interessante in quanto consente di esplicitare dipendenze del modello da fattori esogeni.