Trasporto sostenibile orientato all’uomo

Il veicolo HOST è un prototipo con azionamento completamente elettrico e sistema di energia della serie ibrida, un coordinatore di un progetto europeo con funzione plug-in per la ricarica elettrica dall’esterno. È azionato da motori elettrici delle ruote (ruote sterzanti indipendenti fino a 90 °), che consente di muoversi orizzontalmente e ruotare se stesso. Gruppo di ricerca per l’energia e il gruppo per l’ambiente energetico GEA-GRA CIRPS – Centro di ricerca interuniversitario per lo sviluppo sostenibile dell’Università della Sapienza di Roma – Royal Institute of Technology a Stoccolma – Svezia, IST – Instituto Superior Técnico – Portogallo, Cargo Technologies – Austria, Stile Bertone SpA – Italia Jelley Limited – Regno Unito, Volvo – Svezia, Robosoft-France, KVD – Paesi Bassi. HOST è conosciuto come un veicolo che non dorme mai perché è dotato di un sistema automatico di trasbordo che gli consente di cambiare il corpo e di utilizzarlo lo stesso giorno ed eseguire nelle 24 ore diverse attività nel servizio cittadino.

Il sesto programma quadro
Il progetto HOST è stato avviato nell’ambito del sesto programma quadro dell’Unione europea con l’obiettivo di ripensare la tecnologia dei mezzi di trasporto. L’obiettivo era di progettare un veicolo adatto al trasporto di merci e che non era molto inquinante e versatile.

HOST 2.0
HOST 2.0 è stato sviluppato da SEM – Systems for Energy and Mobility dell’Università CIRPI Sapienza di Roma. Fabio Orecchini. HOST 2.0 è una nuova versione del veicolo HOST con batterie al litio dotate di BMS (Battery Management System) per il controllo di tensione, corrente e temperatura di tutte le 70 celle implementate; Inverter controllabile via CAN e wireless con possibilità di lavorare fino a 800 V; timoneria con 4 ruote sterzanti a 90 ° si muove con attuatori elettrici di precisione da 1/500 mm con singolo encoder sul motore come sensore di posizione (contro 6 per la versione precedente); logica centrale del comando in tempo reale che governa i 4 inverter dei motori a 4 ruote, i 3 inverter delle batterie, gli ultracondensatori ,.

Descrizione dell’architettura e del funzionamento del veicolo HOST
L’acronimo HOST significa “Human Oriented Sustainable Transport” ed è un insieme di veicoli ibridi in tempo reale che consentono di trovare soluzioni alternative ai tradizionali veicoli a combustione interna. Lo scopo principale del progetto è ridurre le emissioni inquinanti dei veicoli convenzionali.

Il concetto di veicolo si basa sul trasbordo, infatti il ​​treno ibrido termoelettrico può innestare diversi corpi che eseguono la trasformazione del veicolo in modo tale da poter essere modificato per lo stesso uso durante lo stesso tempo lo stesso giorno e così tanto può essere realizzato in città durante le 24 ore. I servizi che HOST può eseguire sono i seguenti:

Servizi di car sharing diurno (auto per il giorno);
Taxi collettivo notturno (taxi collettivo per le ore notturne);
Nocturne garbage collection;
Raccolta e distribuzione di merci durante il giorno.

HOST è equipaggiato con quattro ruote sterzanti indipendenti e ruote sterzanti (ognuna ha il proprio motore elettrico e inverter sincroni a magneti permanenti) che esegue anche manovre speciali come movimenti orizzontali e rotanti attorno a sé.

In virtù della sua manovrabilità, HOST garantisce una grande facilità nel carico / scarico di merci e persone, ed è progettato per svolgere diversi compiti che vanno dal trasporto urbano, taxi notturni, raccolta rifiuti al trasporto merci. L’idea di avere una macchina disponibile che funzioni 24 ore al giorno e può essere utilizzata per tutte le esigenze della città, sia come auto che come piccolo camion. Infatti può essere assemblato in base al tipo di compito richiesto, dalla possibilità di passare da un modulo base di 3,5 m fino a 6 m di lunghezza. Questo veicolo potrebbe essere sfruttato dalle amministrazioni comunali per poter ottenere merci,

Treno elettrico
Il corpo principale del motore elettrico ibrido è un motore elettrico ibrido (IC), che è collegato direttamente a un generatore sincrono a magneti permanenti (GU). Il sistema di accumulo combinato è costituito da due batterie (B), specificamente per l’uso con batterie agli ioni di litio. Batterie ioniche in HOST 2.0, mentre la versione precedente di HOST era batterie NiMH, che sono fatte funzionare con alta dinamica per garantire durata ed efficienza. Questo è possibile attraverso l’uso del Supercondensatore (C) che interviene nei transitori veloci collegati alla trazione, dato il loro eccellente comportamento dinamico. Il “power controller” (gestore dei flussi di energia o System Manager) è implementato sulla strategia che in quel momento la strategia viene implementata sulla base sia della spinta bidirezionale che del funzionamento continuo di entrambe le batterie e dei supercondensatori. Ad esempio, Il gestore del flusso di energia è identificato con il nodo BU sul cui elaboratore digitale di segnali (DSP) è implementato un controllo di corrente.

Per fare questo, il controller di potenza acquisisce tutti i dati necessari, come lo stato di carica della batteria, i supercondensatori, la coppia a cui gli ingressi termici e gli ingressi pilota È la prima volta che un’azienda lavora su una nuova generazione di sistemi di accumulo di energia negli ultimi anni. In questo articolo, proponiamo un nuovo metodo per stimare la velocità di trasferimento di energia di un generatore di energia. i microprocessori che controllano i convertitori di nodi comunicano tra loro attraverso un canale meglio noto come bus. La comunicazione deve essere il più possibile libera da disturbi esterni ed essere gestita secondo un protocollo che ha una diagnostica interna elevata per eventuali errori che possono verificarsi. Questo compito soddisfa in modo ottimale il bus CAN (Controller Area Network) ed è stato scelto come bus per il veicolo HOST.

Infine, ci sono quattro azionamenti di trazione, relativi ai quattro motori a magneti permanenti collegati alle ruote del veicolo, che hanno i loro propri autobus. il bus di controllo del motore di trazione della ruota è a 24 V con una massa separata dalla propagazione di qualsiasi disturbo tra i due sistemi di comunicazione. Le informazioni vengono memorizzate sul sistema nello stesso momento in cui il sistema è collegato al bus. Per non praticare la frenata rigenerativa, evitando così danni gravi. È stato dimostrato che si tratta di una procedura sicura poiché il sistema di archiviazione è progettato con un algoritmo di controllo che manterrà la capacità massima di memorizzazione al fine di recuperare l’energia con la frenata rigenerativa. La scelta dei motori a magneti permanenti è ora ampiamente utilizzata nella trazione ibrida e puramente elettrica. A causa del fatto che c’è poca differenza nella quantità di coppia tra le due ruote, la coppia è fissata allo stesso tempo. il circuito del rotore. È anche noto che il comportamento di queste macchine è analogo alle macchine DC in termini di caratteristiche di coppia e velocità di controllo. Il motore a combustione interna senza riduttori, quest’ultimo è il 3 cilindri del diesel 800cc SMART. Per aumentare l’efficienza del sistema di propulsione è necessario disporre di un sistema di accumulo di energia che, insieme all’unità di generazione GU, possa soddisfare le richieste di guida. Ovviamente, il requisito principale di un sistema di accumulo è la sua affidabilità in termini di durata quando è sottoposto a cicli di carica e scarica continui. In HOST c’è un sistema di archiviazione combinato, quindi, oltre a un pacco batterie, c’è un pacchetto di condensatori che accetta richieste di energia con dinamiche veloci. La potenza e la densità dei supercondensatori differiscono da quelle degli altri, e la prima ha una maggiore capacità di immagazzinare energia (kWh) e quest’ultima ha una maggiore densità di potenza (kW / dm3) e fornendo così un’eccellente capacità di fornire risposte rapide in transienti così rapidi come l’accelerazione e la frenata. Dal momento che il. Andando più nel dettaglio con l’elettronica di potenza di HOST, abbiamo già menzionato tre unità fondamentali presenti nel veicolo ibrido in questione:

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Generazione GU
Unità batteria BU
Unità Ultracondensatori UC

I componenti del power train

Motore a combustione interna
Il motore a combustione interna è un 3 cilindri del diesel SMART 800cc, disponibile nell’intervallo 1700-1800 giri / min, che fornisce l’intera gamma di potenza richiesta dal veicolo tra 4,5 kW (25% di P) e 13,5 kW (75% di P) con alta efficienza sia in termini di consumi che di emissioni.

Batterie agli ioni di litio
Il tipo di batterie utilizzate nel veicolo HOST 2.0 è agli ioni di litio. Tra i vantaggi di questo tipo di batterie ci sono: l’alta densità di energia con lo stesso volume e peso installati sulla scheda e gli alti cicli di carica / scarica. La densità di energia per queste batterie è di circa 150 Wh / kg e 400 Wh / lt.

Supercapacitors
I supercondensatori accumulano energia elettrica in una serie di strati elettrici a doppio strato (EDLC) inserendo le cariche elettriche all’interfaccia elettrodo / elettrolita in modo “fisico” e non chimico, , come negli accumulatori (batterie ricaricabili) e hanno il vantaggio di poter essere caricati o scaricati istantaneamente, garantendo così una potenza specifica molto elevata. Sono dispositivi di conversione e accumulazione di energia caratterizzati da elevate potenze e energie specifiche molto più elevate rispetto ai condensatori convenzionali. Lo svantaggio più importante, sempre rispetto agli accumulatori chimici, è la bassa energia immagazzinata.

Tecnologia della batteria NiMH combinata con l’uso di Supercondensatori
L’uso della tecnologia delle batterie NiMH, utilizzata nella prima versione di HOST, combinata con l’uso dei Supercondensatori, consente l’affidabilità del sistema di archiviazione in termini di durata quando è sottoposto a cicli di carica e scarica continui. Ricorda che le batterie e i supercondensatori differiscono in alcune caratteristiche che li rendono complementari, in effetti il ​​primo ha un’alta capacità di immagazzinare energia (kWh) mentre il secondo ha un’alta densità di potenza (kW / dm3) fornire risposte veloci in transienti veloci come accelerazione e frenata. L’uso di supercondensatori combinato con quello delle batterie (NiMH) sembra ottimizzare il funzionamento delle batterie, non essendo “stressate”, avendo un migliore funzionamento e una maggiore autonomia. È bene sottolineare che l’uso combinato delle due tecnologie precedentemente descritte può essere applicato alle diverse serie di connessioni ibride, ibride parallele e ibride in serie-parallelo.

Il sistema Drive By Wire
Il “drive by wire” (DBW) trova la sua prima applicazione automobilistica nel controllo del motore, che è un semplice cavo in acciaio che apre o chiude le valvole di laminazione del sistema di iniezione, ma attraverso un un sistema indiretto che è collegato all’acceleratore, aziona un potenziometro; Questo strumento è stato acceso a un’unità di controllo elettronica per informazioni sulla domanda di potenza trasmessa dall’acceleratore, grazie a un calcolo di quanto il pedale è stato premuto. Questa informazione viene elaborata insieme ad una serie di altri dati (come la velocità relativa delle ruote, l’accelerazione trasversale e assiale al veicolo è soggetta all’angolo di sterzata, la temperatura esterna, i carichi sugli ammortizzatori, l’imbardata angolo di rollio e molti altri parametri) e ritrasmesso a un servomotore che fa ruotare le valvole di rotolamento del sistema di iniezione in modo tale da evitare la perdita dovuta all’eccessiva coppia applicata sulle ruote motrici. Fondamentalmente, la centralina elettronica risponde alle esigenze di un alimentatore ottimale, cercando di soddisfare la richiesta dell’utente dell’acceleratore e dei limiti fisici del veicolo. In HOST, l’interfaccia del guidatore è stata rivista da un sistema per la regolazione delle ruote tramite i pedali. L’interfaccia di guida è descritta come MMI (Man Machine Interface) e ha due funzioni principali: l’angolo di imbardata e di rollio, nonché molti altri parametri, e un servomotore che ruota le valvole di rotolamento del sistema di iniezione in modo tale da evitare a causa della perdita di aderenza dovuta all’eccessiva coppia applicata alle ruote motrici. Fondamentalmente, la centralina elettronica risponde alle esigenze di un alimentatore ottimale, cercando di soddisfare la richiesta dell’utente dell’acceleratore e dei limiti fisici del veicolo. In HOST, l’interfaccia del guidatore è stata rivista da un sistema per la regolazione delle ruote tramite i pedali. L’interfaccia di guida è descritta come MMI (Man Machine Interface) e ha due funzioni principali: l’angolo di imbardata e di rollio, nonché molti altri parametri, e un servomotore che ruota le valvole di rotolamento del sistema di iniezione in modo tale da evitare a causa della perdita di aderenza dovuta all’eccessiva coppia applicata alle ruote motrici. Fondamentalmente, la centralina elettronica risponde alle esigenze di un alimentatore ottimale, cercando di soddisfare la richiesta dell’utente dell’acceleratore e dei limiti fisici del veicolo. In HOST, l’interfaccia del guidatore è stata rivista da un sistema per la regolazione delle ruote tramite i pedali. L’interfaccia di guida è descritta come MMI (Man Machine Interface) e ha due funzioni principali: angolo di imbardata e di rollio e molti altri parametri) e ritrasmessa a un servomotore che ruota le valvole di rotolamento del sistema di iniezione in modo tale da evitare perdite dovuto all’adesione delle ruote motrici. Fondamentalmente, la centralina elettronica risponde alle esigenze di un alimentatore ottimale, cercando di soddisfare la richiesta dell’utente dell’acceleratore e dei limiti fisici del veicolo. In HOST, l’interfaccia del guidatore è stata rivista da un sistema per la regolazione delle ruote tramite i pedali. L’interfaccia di guida è descritta come MMI (Man Machine Interface) e ha due funzioni principali: angolo di imbardata e di rollio e molti altri parametri) e ritrasmessa a un servomotore che ruota le valvole di rotolamento del sistema di iniezione in modo tale da evitare perdite dovuto all’adesione delle ruote motrici. Fondamentalmente, la centralina elettronica risponde alle esigenze di un alimentatore ottimale, cercando di soddisfare la richiesta dell’utente dell’acceleratore e dei limiti fisici del veicolo. In HOST, l’interfaccia del guidatore è stata rivista da un sistema per la regolazione delle ruote tramite i pedali. L’interfaccia di guida è descritta come MMI (Man Machine Interface) e ha due funzioni principali: erogazione di potenza ottimale e la capacità di soddisfare la richiesta dell’utente attraverso l’acceleratore e i limiti fisici del veicolo. In HOST, l’interfaccia del guidatore è stata rivista da un sistema per la regolazione delle ruote tramite i pedali. L’interfaccia di guida è descritta come MMI (Man Machine Interface) e ha due funzioni principali: erogazione di potenza ottimale e la capacità di soddisfare la richiesta dell’utente attraverso l’acceleratore e i limiti fisici del veicolo. In HOST, l’interfaccia del guidatore è stata rivista da un sistema per la regolazione delle ruote tramite i pedali. L’interfaccia di guida è descritta come MMI (Man Machine Interface) e ha due funzioni principali:

Velocità della ruota – velocità della ruota (trazione);
Volante della ruota – direzione della ruota.
trasbordo
L’uso di un singolo chassis consente la creazione di una piattaforma di base che può essere utilizzata per diversi tipi di veicoli. Negli ultimi anni il mercato automobilistico ha avuto la tendenza a produrre tali cambi meccanici, che potrebbero essere utilizzati per diversi modelli di veicoli e marchi automobilistici. Il vantaggio di utilizzare un singolo telaio è che non richiede un “adattamento” del veicolo da installare sul veicolo. si presume che la standardizzazione sia il processo del frame stesso, che porterebbe a un abbassamento del prezzo. Un concetto di “modularità” della potenza del veicolo viene applicato a HOST: grazie, infatti, ai motori delle ruote è possibile aggiungere un “assale posteriore di potenza”, che comprende motori a due ruote, caratterizzato da un potere maggiore. In questo modo, puoi soddisfare diversi servizi che richiedono poteri più elevati.

Ruota dei motori
I motori delle ruote sono una delle soluzioni più interessanti per i veicoli con azionamenti elettrici in quanto sono completamente esenti dal corpo vettura e dalle dimensioni di ingombro del gruppo motore / cambio. Questi sono motori discoidali alloggiati nel cerchio e integrati con il sistema di frenatura. Infatti è l’intero motore a ruotare, mentre l’albero motore è fissato al corpo vettura.

Inverter
La targhetta dati del convertitore, un elemento dell’elettronica di potenza, segue direttamente il dimensionamento del motore elettrico e la connessione al dc-link. La struttura di questo elemento è la seguente: Tre fasi con sorgente di tensione di inverter IGBT (VSI inverter IGBT a 3 fili), questa struttura è standard per l’alimentazione del flusso assiale in un motore a magneti permanenti. L’IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) è un dispositivo azionato da un cancello su un lato e dall’altra un collettore e un emettitore. È usato per commutare tensioni elevate e correnti elevate; I modelli più grandi sono in grado di commutare 1200A su tensioni di 6000V. L’unica avvertenza che dovrebbe essere presa in considerazione è che il convertitore non consente alcun tipo di sovraccarico; Gli inverter devono essere dimensionati per la massima tensione e corrente richiesta. Inoltre, al fine di risparmiare spazio e peso all’interno del veicolo, un ulteriore requisito è che l’inverter debba essere raffreddato a liquido. Al momento, sul mercato non sono disponibili inverter commerciali che soddisfano i suddetti requisiti ed è adatto per l’installazione su un veicolo. In realtà, ci sono diversi prototipi di inverter disponibili per l’uso su veicoli ibridi, ma nessuno di questi è, naturalmente, in vendita. Infatti, è stato realizzato un processo di adattamento per ottenere le caratteristiche richieste dell’inverter che deve essere raffreddato a liquido. Al momento, sul mercato non sono disponibili inverter commerciali che soddisfano i suddetti requisiti ed è adatto per l’installazione su un veicolo. In realtà, ci sono diversi prototipi di inverter disponibili per l’uso su veicoli ibridi, ma nessuno di questi è, naturalmente, in vendita. Infatti, è stato realizzato un processo di adattamento per ottenere le caratteristiche richieste dell’inverter che deve essere raffreddato a liquido. Al momento, sul mercato non sono disponibili inverter commerciali che soddisfano i suddetti requisiti ed è adatto per l’installazione su un veicolo. In realtà, ci sono diversi prototipi di inverter disponibili per l’uso su veicoli ibridi, ma nessuno di questi è, naturalmente, in vendita. In effetti, è stato eseguito un processo di adattamento per ottenere le caratteristiche richieste.

sospensioni
Le sospensioni sono del tipo a doppio braccio con il secondo braccio MacPherson. Il braccio interno è ancorato e ha la possibilità di ruotare se stesso, l’esterno funziona come un classico MacPherson e viene trascinato in rotazione dal braccio interno (90 °). La rotazione di 90 ° è fatta da due attuatori. Il risultato di questa attività è un “wheel-corner” modulare concepito con un impatto minimo sul design del telaio e con la possibilità di essere fissato in ogni posizione del veicolo.

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