Le véhicule HOST (Human Oriented Sustainable Transport) est un prototype avec moteur tout électrique et système énergétique hybride, coordinateur d’un projet européen avec une fonction plug-in pour le chargement électrique externe. Il est entraîné par des moteurs de roues électriques (roues directrices indépendantes jusqu’à 90 °), ce qui lui permet de se déplacer horizontalement et de tourner sur lui-même. HOST dispose d’un système de guidage DBW (Drive by wire) entièrement développé par le GEA-GRA Energy Environment Group et le Automotive Research Group CIRPS – Centre de recherche interuniversitaire pour le développement durable de l’Université Sapienza de Rome avec un partenariat également composé de KTH – Institut royal de technologie de Stockholm – Suède, IST – Instituto Superior Técnico – Portugal, Cargo Technologies – Autriche, Stile Bertone SpA – Italie Jelley Limited – Royaume-Uni, Volvo – Suède, Robosoft-France, KVD – Pays-Bas. HOST est connu comme le véhicule qui ne dort jamais car il est équipé d’un système automatique de transbordement qui lui permet de changer la carrosserie et l’utilisation prévue le même jour et d’effectuer dans les 24 heures différentes tâches du service urbain.

Le sixième programme-cadre
Le projet HOST a été lancé dans le cadre du sixième programme-cadre de l’Union européenne dans le but de repenser la technologie des moyens de transport, en se basant sur non pas la technologie existante mais les besoins des utilisateurs. L’objectif était la conception d’un véhicule adapté au transport de marchandises et de personnes peu polluant et polyvalent.

HOST 2.0
HOST 2.0 a été développé par SEM – Systèmes pour l’énergie et la mobilité du CIRPS Sapienza University of Rome – Laboratoire automobile de la région du Latium, dirigé par le Prof. Fabio Orecchini. HOST 2.0 est une nouvelle version du véhicule HOST avec: des batteries au lithium équipées de BMS (Battery Management System) pour le contrôle de la tension, du courant et de la température des 70 cellules implémentées; Onduleur contrôlable via CAN et sans fil avec la possibilité de travailler jusqu’à des tensions de 800 V; système de direction avec 4 roues directrices à 90 ° de déplacement avec actionneurs électriques de précision 1/500 mm avec un seul codeur sur le moteur comme capteur de position (contre 6 pour la roue de la version précédente); logique centrale de commande en temps réel qui régit les 4 onduleurs des moteurs à 4 roues, les 3 onduleurs des batteries, les ultracondensateurs,.

Description de l’architecture et du fonctionnement du véhicule HOST
L’acronyme HOST signifie « Transport Orienté vers l’Homme » et avec lui nous nous sommes fixé comme objectif de réaliser un véhicule électrique hybride en série qui vous permettra de trouver des solutions alternatives aux véhicules à combustion interne traditionnels. Les objectifs principaux et les aspects innovants de ce projet concernent sa flexibilité d’utilisation qui conduit à une réduction drastique des émissions polluantes typiques des véhicules conventionnels.

Le concept du véhicule est basé sur le transbordement, en fait sur le groupe motopropulseur hybride thermoélectrique peut être greffé plusieurs corps qui remplissent la fonction de transformer le véhicule de telle sorte que l’on peut modifier l’utilisation prévue de celui-ci pendant la le même jour et ainsi peut effectuer diverses tâches dans la ville au cours des 24 heures. Les services que HOST peut effectuer sont les suivants:

Services de covoiturage en journée (voiture pour la journée);
Taxi collectif Nocturne (taxi collectif pour les heures de nuit);
La collecte des ordures Nocturne;
Collecte et distribution de fret en journée.

HOST est équipé de quatre volants et volants indépendants (chacun ayant son propre moteur électrique synchrone à aimant permanent et son inverseur) qui lui permet également d’effectuer des manœuvres spéciales telles que les mouvements horizontaux et rotatifs sur lui-même.

Grâce à sa maniabilité, HOST garantit une grande facilité dans le chargement / déchargement des marchandises et des personnes et est donc conçu pour effectuer des tâches variées allant du transport urbain, des taxis nocturnes, de la collecte des déchets au transport de marchandises. L’idée de disposer d’un véhicule qui fonctionne 24 heures par jour et peut être utilisé pour tous les besoins de la ville, à la fois comme voiture et comme petit camion. En fait, il peut être assemblé en fonction du type de tâche requise, pouvant aller d’un module de base de 3,5 m à 6 m de long. Ce véhicule pourrait être exploité par les administrations municipales afin de pouvoir collecter des biens, des personnes et des déchets avec un seul moyen ayant moins d’impact environnemental grâce à la technologie hybride.

Groupe motopropulseur
HOST est un véhicule hybride électrique en série dans lequel le moteur à combustion interne (ICE) est couplé directement à un générateur synchrone à aimant permanent (GU) qui convertit la puissance mécanique disponible en arbre en énergie électrique. Le courant alternatif, fourni par le générateur, est converti en continu par un redresseur élévateur de manière à pouvoir être envoyé sur la liaison continue fixée à 300 V. Le système de stockage combiné se compose de deux batteries (B), utilisant spécifiquement le lithium. Les batteries ioniques dans HOST 2.0, tandis que dans la version précédente de HOST, il y avait des batteries NiMH, qui sont conçues pour fonctionner avec une dynamique pas trop élevée pour assurer la durabilité et l’efficacité. Cela est possible grâce à l’utilisation du supercondensateur (C) qui intervient dans les transitoires rapides liés à la commande de traction, compte tenu de leur excellent comportement dynamique. Les batteries et les supercondensateurs sont tous deux connectés au lien continu au moyen d’une amplification bidirectionnelle qui permet le passage du courant dans les deux sens en fonction de la stratégie mise en œuvre à ce moment par le « contrôleur de puissance » pour satisfaire les demandes de chargement du pilote. Le gestionnaire de flux d’énergie est identifié avec le nœud BU sur le DSP (Digital Signal Processing) sur lequel un contrôle en cours est implémenté.

Pour ce faire, le régulateur de puissance acquiert toutes les données nécessaires telles que l’état de charge de la batterie, les supercondensateurs, le couple avec lequel les travaux thermiques et les entrées pilotes (donc le couple de charge requis sur les roues) déterminent le tri. de la puissance disponible entre les différentes sources afin de satisfaire les demandes du pilote de manière compatible avec la disponibilité de sources d’énergie instantanées ou de recharger les systèmes de stockage en période de faible demande de puissance aux roues. La logique de l’algorithme de gestion de l’énergie consiste, en dernière analyse, à surveiller la différence entre l’entrée de puissance sur la liaison continue, par le nœud GU à travers le générateur, et celle requise par les moteurs de traction pour les roues. Les microprocesseurs qui contrôlent les convertisseurs de nœuds communiquent entre eux via un canal plus connu sous le nom de bus. La communication doit être aussi libre que possible des perturbations externes et être gérée selon un protocole doté d’un diagnostic interne élevé pour détecter d’éventuelles erreurs. Cette tâche remplit de manière optimale le bus CAN (Controller Area Network) et a été choisie comme bus pour l’électronique de puissance du véhicule HOST.

Enfin, il y a les quatre entraînements de traction associés aux quatre moteurs synchrones à aimants permanents connectés aux roues du véhicule, qui ont leur propre bus où ils transmettent des informations sur le contrôle de la traction des roues et le pourcentage de freinage régénératif à effectuer. le bus de commande du moteur de traction des roues est de 24 V avec une masse séparée du CAN pour éviter la propagation de toute perturbation entre les deux systèmes de communication. Les informations que ces bus doivent partager sont également inhérentes aux procédures qui doivent être mises en œuvre dans des situations extraordinaires. En effet, si l’administrateur système détecte que le système de stockage combiné est entièrement chargé, il devra avertir le circuit de la communication par bus. afin de ne pas pratiquer le freinage régénératif, évitant ainsi de graves dommages. Il est à noter qu’il s’agit d’une procédure de sécurité car le système de stockage est conçu avec un algorithme de contrôle qui fonctionne de manière à rester en dessous de la capacité de stockage maximale afin de toujours récupérer une partie de l’énergie avec le freinage régénératif. Le choix des moteurs à aimants permanents est actuellement largement utilisé dans la traction des voitures hybrides et purement électriques, car ces moteurs fournissent des paires par unité de volume supérieures à celles des autres machines. Donc, au même volume du moteur, nous avons des paires (ou de la puissance puisque le thermique fonctionne au « point fixe ») à la sortie la plus élevée et pour un courant donné (donc le couple est fixe). le circuit du rotor. On sait également que le comportement de ces machines est analogue à celui des machines à courant continu en termes de couple et de régulation de la vitesse, avec le grand avantage de ne pas avoir les balais et de commuter par des convertisseurs statiques. le moteur à combustion interne sans boîte de vitesses, ce dernier est le 3 cylindres du moteur diesel SMART 800cc. Afin d’accroître l’efficacité du système de propulsion, il est nécessaire de disposer d’un système de stockage d’énergie qui, avec l’unité de génération GU, puisse répondre aux demandes de disque. Evidemment, la principale exigence d’un système d’accumulation doit être sa fiabilité en termes de durabilité lorsqu’il est soumis à des cycles de charge et de décharge continus. Dans HOST, il existe un système de stockage combiné. Par conséquent, outre un pack de batteries, il existe un pack de condensateurs qui répond à des besoins énergétiques avec une dynamique rapide. Les batteries et les supercondensateurs diffèrent pour certaines caractéristiques et pour la précision, ils sont complémentaires des autres, en effet les premiers ont une grande capacité de stockage de l’énergie (kWh) alors que les seconds ont une densité de puissance élevée (kW / dm3) et ils ont donc une excellente capacité à fournir des réponses rapides dans les transitoires rapides tels que l’accélération et le freinage. Depuis le. Plus en détail avec l’électronique de puissance de HOST, nous avons déjà mentionné les trois unités fondamentales présentes dans le véhicule hybride en question:

Unité de génération GU
Unité de batterie BU
Unité Ultracapacités UC

Les composants du groupe motopropulseur

Moteur à combustion interne
Le moteur à combustion interne est le moteur à trois cylindres du moteur diesel SMART de 800 cm3 qui, dans la plage de vitesses comprise entre 1700 et 1800 tr / min, est capable de fournir toute la gamme de puissance requise par le véhicule, estimée entre 4,5 kW (25%). P) et 13,5 kW (75% de P) avec un rendement élevé tant en termes de consommation que d’émissions.

Batteries lithium-ion
Le type de batteries utilisées dans le véhicule HOST 2.0 est celui du Lithium-Ion. Parmi les avantages de ce type de batteries, citons: la haute densité énergétique avec le même volume et le même poids installés à bord du véhicule et les cycles de charge / décharge élevés. La densité d’énergie de ces batteries est d’environ 150 Wh / kg et 400 Wh / l.

Supercondensateurs
Les supercondensateurs accumulent de l’énergie électrique dans deux condensateurs en série de double couche électrique EDL (Electrochemical Double Layer) en plaçant les charges électriques à l’interface électrode / électrolyte de manière « physique » et non chimique, donc pas de processus chimique d’oxydation , comme dans les accumulateurs (batteries rechargeables) et ont l’avantage de pouvoir être chargés ou déchargés instantanément, garantissant ainsi une puissance spécifique très élevée. Ce sont des dispositifs de conversion et d’accumulation d’énergie caractérisés par des puissances spécifiques élevées et des énergies bien supérieures à celles des condenseurs conventionnels. L’inconvénient le plus important, toujours en ce qui concerne les accumulateurs chimiques, est la faible énergie stockée.

Technologie de batterie NiMH combinée à l’utilisation de supercondensateurs
L’utilisation de la technologie de batterie NiMH, utilisée dans la première version de HOST, associée à l’utilisation de Supercapacitors, permet d’améliorer la fiabilité du système de stockage en termes de durabilité lorsqu’il est soumis à des cycles de charge et de décharge continus. Rappelez-vous que les batteries et les supercondensateurs diffèrent pour certaines caractéristiques qui les rendent complémentaires, en fait les premières ont une grande capacité de stockage de l’énergie (kWh) alors que les secondes ont une densité de puissance élevée (kW / dm3). fournir des réponses rapides dans les transitoires rapides tels que l’accélération et le freinage. L’utilisation des supercondensateurs combinée à celle des batteries (NiMH) est optimale car elle semble soutenir le fonctionnement des batteries qui, sans être « stressées », ont un meilleur fonctionnement et une plus grande autonomie. Il est bon de souligner que l’utilisation combinée des deux technologies décrites précédemment peut être appliquée aux différentes connexions hybrides, hybrides parallèles et hybrides série-parallèle.

Le système Drive By Wire
Le « drive by wire » (DBW) trouve sa première application automobile dans le contrôle de la puissance fournie par le moteur, qui n’est plus contrôlé directement (un simple câble en acier qui ouvre ou ferme les vannes de laminage du système d’injection) système indirect qui, connecté à l’accélérateur, actionne un potentiomètre; Cet instrument transmet à son tour à une unité de contrôle électronique les informations relatives à la demande de puissance transmise par l’accélérateur, grâce à un calcul de la pression exercée sur la pédale. Ces informations sont traitées conjointement avec une série d’autres données (telles que la vitesse relative des roues, l’accélération transversale et axiale à laquelle le véhicule est soumis, l’angle de braquage, la température extérieure, les charges sur les amortisseurs, le lacet). et l’angle de roulis ainsi que de nombreux autres paramètres) et retransmis à un servomoteur qui fait tourner les vannes à roulement du système d’injection de manière à éviter une perte d’adhérence due à un couple appliqué excessif sur les roues motrices. Fondamentalement, l’unité de commande électronique répond au besoin d’une alimentation optimale, en essayant de satisfaire la demande de l’utilisateur via l’accélérateur et les limites physiques du véhicule dans les conditions qui se produisent à un instant donné. Dans HOST, l’interface du conducteur a été revisitée par un système de réglage de la direction des roues au moyen de pédales. L’interface de conduite est décrite comme une interface homme-machine (IHM) et a deux fonctions principales: l’angle de lacet et de roulis ainsi que de nombreux autres paramètres) et transmise à un servomoteur qui fait tourner perte d’adhérence due à un couple excessif appliqué aux roues motrices. Fondamentalement, l’unité de commande électronique répond au besoin d’une alimentation optimale, en essayant de satisfaire la demande de l’utilisateur via l’accélérateur et les limites physiques du véhicule dans les conditions qui se produisent à un instant donné. Dans HOST, l’interface du conducteur a été revisitée par un système de réglage de la direction des roues au moyen de pédales. L’interface de conduite est décrite comme une interface homme-machine (IHM) et a deux fonctions principales: l’angle de lacet et de roulis ainsi que de nombreux autres paramètres) et transmise à un servomoteur qui fait tourner perte d’adhérence due à un couple excessif appliqué aux roues motrices. Fondamentalement, l’unité de commande électronique répond au besoin d’une alimentation optimale, en essayant de satisfaire la demande de l’utilisateur via l’accélérateur et les limites physiques du véhicule dans les conditions qui se produisent à un instant donné. Dans HOST, l’interface du conducteur a été revisitée par un système de réglage de la direction des roues au moyen de pédales. L’interface de conduite est décrite comme une interface homme-machine (IHM) et a deux fonctions principales: angle de lacet et de rotation, ainsi que de nombreux autres paramètres) et retransmise à un servomoteur qui fait tourner les vannes d’adhérence due à un couple excessif appliqué aux roues motrices. Fondamentalement, l’unité de commande électronique répond au besoin d’une alimentation optimale, en essayant de satisfaire la demande de l’utilisateur via l’accélérateur et les limites physiques du véhicule dans les conditions qui se produisent à un instant donné. Dans HOST, l’interface du conducteur a été revisitée par un système de réglage de la direction des roues au moyen de pédales. L’interface de conduite est décrite comme une interface homme-machine (IHM) et a deux fonctions principales: angle de lacet et de rotation, ainsi que de nombreux autres paramètres) et retransmise à un servomoteur qui fait tourner les vannes d’adhérence due à un couple excessif appliqué aux roues motrices. Fondamentalement, l’unité de commande électronique répond au besoin d’une alimentation optimale, en essayant de satisfaire la demande de l’utilisateur via l’accélérateur et les limites physiques du véhicule dans les conditions qui se produisent à un instant donné. Dans HOST, l’interface du conducteur a été revisitée par un système de réglage de la direction des roues au moyen de pédales. L’interface de conduite est décrite comme une interface homme-machine (IHM) et a deux fonctions principales: une livraison optimale de l’énergie, en essayant de satisfaire la demande de l’utilisateur via l’accélérateur et les limites physiques du véhicule dans un instant donné. Dans HOST, l’interface du conducteur a été revisitée par un système de réglage de la direction des roues au moyen de pédales. L’interface de conduite est décrite comme une interface homme-machine (IHM) et a deux fonctions principales: une livraison optimale de l’énergie, en essayant de satisfaire la demande de l’utilisateur via l’accélérateur et les limites physiques du véhicule dans un instant donné. Dans HOST, l’interface du conducteur a été revisitée par un système de réglage de la direction des roues au moyen de pédales. L’interface de conduite est décrite comme une interface homme-machine (Man Machine Interface) et a deux fonctions principales:

Vitesse de la roue – vitesse de la roue (traction);
Roue de direction – Direction à roue.
Transbordement
L’utilisation d’un seul châssis implique la création d’une plate-forme de base pouvant être utilisée pour différents types de véhicules. Ces dernières années, le marché automobile a eu tendance à produire des pièces telles que des boîtes de vitesses mécaniques, qui pourraient être utilisées pour différents modèles de véhicules et marques de voitures. L’avantage d’utiliser un seul cadre est qu’il ne nécessite pas un processus « d’adaptation » de la pièce au véhicule dans lequel il est choisi pour l’installer, puisque la base du véhicule est la même pour des véhicules pouvant satisfaire à des fins différentes. une normalisation est également supposée dans le processus de production du cadre lui-même, ce qui entraînerait une baisse du prix. Un concept de «modularité» de la puissance du véhicule est applicable à HOST: grâce aux moteurs de roue, il est possible d’ajouter au groupe motopropulseur de base un «essieu arrière motorisé», qui comprend deux moteurs de roues. caractérisé par un plus grand pouvoir. De cette manière, HOST peut remplir différents services qui nécessitent des pouvoirs plus élevés.

Roue de moteurs
Les moteurs de roue constituent l’une des solutions les plus intéressantes pour les véhicules à propulsion électrique car ils libèrent complètement la carrosserie du véhicule et réduisent ainsi l’encombrement de l’unité moteur / transmission. Ce sont des moteurs discoïdaux logés dans la jante et intégrés au système de freinage. En fait, c’est le moteur entier qui tourne, tandis que le vilebrequin est fixé à la carrosserie.

Onduleur
La plaque signalétique du convertisseur, élément de l’électronique de puissance, découle directement du dimensionnement du moteur électrique et de la connexion au lien continu. La structure de cet élément est la suivante: trois phases avec source de tension de l’onduleur IGBT (inverseur IGBT à 3 téléphones VSI), cette structure est standard pour l’alimentation du flux axial dans un moteur à aimant permanent. L’IGBT (Transistor Bipolaire à Porte Isolée) est un dispositif entraîné par une porte d’un côté et de l’autre un collecteur et un émetteur. Il est utilisé pour commuter des hautes tensions et des courants élevés; les plus grands modèles sont capables de commuter 1200A sur des tensions de 6000V. Le seul avertissement qui doit être pris en compte est le fait que le convertisseur ne permet aucun type de surcharge; les onduleurs doivent être dimensionnés pour la tension et le courant maximum requis. En outre, pour économiser de l’espace et du poids à l’intérieur du véhicule, il faut également que l’onduleur soit refroidi par liquide. À l’heure actuelle, aucun onduleur commercial disponible sur le marché ne répond aux exigences susmentionnées et convient donc pour une installation sur un véhicule. En réalité, il existe plusieurs prototypes d’onduleurs pouvant être utilisés sur des véhicules hybrides, mais ceux-ci ne sont bien entendu pas à vendre. En fait, un processus d’adaptation a été effectué pour obtenir les caractéristiques requises. L’inverseur doit être refroidi par liquide. À l’heure actuelle, aucun onduleur commercial disponible sur le marché ne répond aux exigences susmentionnées et convient donc pour une installation sur un véhicule. En réalité, il existe plusieurs prototypes d’onduleurs pouvant être utilisés sur des véhicules hybrides, mais ceux-ci ne sont bien entendu pas à vendre. En fait, un processus d’adaptation a été effectué pour obtenir les caractéristiques requises. L’inverseur doit être refroidi par liquide. À l’heure actuelle, aucun onduleur commercial disponible sur le marché ne répond aux exigences susmentionnées et convient donc pour une installation sur un véhicule. En réalité, il existe plusieurs prototypes d’onduleurs pouvant être utilisés sur des véhicules hybrides, mais ceux-ci ne sont bien entendu pas à vendre. En fait, un processus d’adaptation a été effectué pour obtenir les caractéristiques requises.

Les suspensions
Les suspensions sont du type à double bras avec un second bras MacPherson. Le bras intérieur est ancré fixe et a la possibilité de tourner sur lui-même, l’extérieur fonctionne comme un Mac Pherson classique et est entraîné en rotation par le bras interne (90 °). La rotation à 90 ° est réalisée par deux actionneurs. Le résultat de cette activité est un « wheel-corner » modulaire conçu avec un impact minimal sur la conception du châssis et avec la possibilité d’être fixé dans chaque position du véhicule.