Il progetto P538H, attualmente in realizzazione presso il Polo per la Mobilità Sostenibile, è il risultato della ricerca nel campo dei veicoli ibridi condotta da alcuni ricercatori dell'Università di Roma La Sapienza, i quali si avvalgono della collaborazione della società RobotroniX per la fase di sviluppo della logica di controllo. Il prototipo, concepito come “laboratorio mobile”, consente di sperimentare rapidamente sul campo diversi algoritmi di controllo della trazione per un veicolo a propulsione ibrida. Tali algoritmi massimizzano opportune funzioni obbiettivo come ad esempio la riduzione dei consumi di carburante, il prolungamento della vita utile delle batterie, etc.
Il veicolo ibrido parallelo
Il prototipo di veicolo ibrido parallelo P538H in costruzione presso il Pomos di Cisterna di Latina è costituito da un telaio space-frame in tubolari di vario spessore e sezione in Fe360 e da un sistema di sospensioni a quadrilateri sovrapposti con puntone e bilanciere, per il posizionamento degli ammortizzatori. Il motore termico Ice (Internal Combustion Engine) 2,2 Jts (Jet Thrust Stoichiometric) prodotto dall'Alfa Romeo eroga 185 cv di potenza e 225 Nm di coppia a 4500 rpm. La macchina elettrica è di tipo brushless sincrona a magneti permanenti, raffreddata a liquido con 22 kW di potenza nominale e 45 kW di picco. Il sistema di accumulo che alimenta l'EM è costituito da un pacco batterie Litio Polimeri (Li-Po) di 60 celle prodotto dalla Kokam. Questo possiede una tensione nominale di 252 V ed è capace di immagazzinare 6,88 kWh di energia totale. Il carica batterie ha una potenza nominale di 3 kW è prodotto dalla Zivan. Il Battery Management System, prodotto dalla Mirmu, supervisiona il sistema di accumulo e lo protegge dal potenziale danneggiamento causato da tensioni troppo alte o troppo basse, da correnti di scarica eccessive o da temperature di esercizio non ottimali. Il GPX-21, prodotto dalla Engicam, è un sistema embedded dotato di un display Lcd Touch Screen usato come cruscotto digitale. Le tipologie di comunicazione usate per lo scambio di informazioni tra i dispositivi appena menzionati sono due: Can Bus o collegamento diretto in forma analogica o digitale.
Lo scambio delle informazioni
I segnali analogici di input acquisiti tramite il modulo NI-9215 sono:
• Posizione del pedale dell'acceleratore (GasPed1);
• Ridondanza di GasPed1 (GasPed2);
• Pressione del pedale del freno (Brkprs);
• Velocità di rotazione dell'EM (Tacho).
I segnali analogici di output attuati tramite il modulo NI-9263 sono:
• Acceleratore Ice (IceLoad1);
• Ridondanza di IceLoad1 (IceLoad2);
• Acceleratore dell'EM (EmLoad1);
• Ridondanza di EmLoad1 (EmLoad2).
I segnali digitali di input acquisiti tramite il modulo NI-9425 sono:
• Comando di retromarcia (Retro).
I segnali digitali di output attuati tramite il modulo NI-9476 sono:
• Comando di inversione rotazione EM (FWDtoREV).
I segnali provenienti dal Can bus, e acquisiti attraverso il convertitore RS232toCan, sono:
• Giri motore Ice (RPM);
• Stato di carica del pacco batterie (SOC).
Il progetto LabView implementato è composto da 2 VI, uno relativo all'Fpga denominato “ReadWrite” e l'altro relativo al processore real-time denominato “MainRT”. Il VI ReadWrite esegue le operazioni di lettura e scrittura sui quattro moduli di I/O e attua la ripartizione tra Ice ed EM tramite un parametro passato dinamicamente dal modulo MainRT ed inizializzato ad un valore di default fisso, in questo modo si eliminano i tempi di attesa dovuti al boot del sistema real-time ed il conducente può far partire il veicolo immediatamente. Il VI MainRT utilizza gli ingressi passati dal VI ReadWrite e i segnali acquisiti tramite seriale dal Can bus per calcolare i coefficienti di ripartizione del carico tra Ice e EM attraverso due controllori di tipo Fuzzy Inference System. Tali coefficienti vengono poi passati al VI ReadWrite che attuerà i segnali di output IceLoad1 ed EmLoad1 calcolati nel modo seguente:
IceLoad1=GasPed1 * KIce(RPM,SOC,Retro,Tacho)
EmLoad1=GasPed1 * KEM(RPM,SOC,Retro,Tacho)
I segnali ridondanti IceLoad2 ed EmLoad2 sono calcolati in modo analogo.
I coefficienti KIce (RPM,SOC,Retro,Tacho) e KEM (RPM,SOC,Retro,Tacho), entrambi compresi tra 0 e 1, sono inizializzati ad un valore costante di default durante la fase di boot del sistema real-time e poi calcolati dinamicamente dai controllori FIS progettati tramite la definizione di opportune regole Fuzzy ed implementati attraverso il tool Fuzzy System Designer messo a disposizione da LabView. I FIS sono usati per calcolare delle mappe di KIce (RPM,SOC,Retro,Tacho) e di KEM (RPM,SOC,Retro,Tacho) che descrivono quando, e in che percentuale, l'Ice e l'EM sono impiegati.
L'Ice è usato maggiormente quando i giri motore RPM sono contenuti nell'intervallo in cui la propria efficienza è prossima al valore massimo oppure quando il pacco batterie non è sufficientemente carico per alimentare l'azionamento elettrico. In tutti gli altri casi l'Ice è usato moderatamente per limitare il consumo di carburante e quindi aumentare l'efficienza dell'intero sistema. L'EM è dunque usato come supporto all'Ice e viene adoperato principalmente in due situazioni. La prima, a basse velocità in corrispondenza delle quali l'Ice lavora in regioni di bassisima efficienza, la seconda invece, ad alte velocità in corrispondenza delle quali il propulsore elettrico è utilizzato per incrementare l'accelerazione del veicolo. Un approccio simile è utilizzato nelle fasi di decelerazione durante le quali la richiesta di coppia frenate del guidatore viene ripartita dinamicamente tra impianto idraulico e EM usato in questo caso come freno elettromagnetico. Tale ripartizione deve essere effettuata in modo tale da massimizzare il recupero dell'energia cinetica del veicolo senza pregiudicare le aspettative di frenatura attese dal guidatore. Al fine di garantire la longevità e la sicurezza del pacco batterie è inoltre opportuno limitare le correnti di carica erogate durante la frenatura rigenerativa.
