O veículo HOST (Human Sustainable Sustainable Transport) é um protótipo com sistema de acionamento totalmente elétrico e série híbrida, coordenador de um projeto europeu com função plug-in para carregamento elétrico externo. É impulsionado por motores elétricos de roda (volantes independentes até 90 °), o que o torna capaz de se mover horizontalmente e girar sobre si mesmo. A HOST possui um sistema de orientação DBW (Drive by wire) e foi desenvolvido pelo GEA-GRA Energy Environment Group e pelo Automotive Research Group CIRPS – Centro Interuniversitário de Pesquisa para o Desenvolvimento Sustentável da Universidade Sapienza de Roma com uma parceria também da KTH – Instituto Real de Tecnologia de Estocolmo – Suécia, IST – Instituto Superior Técnico – Portugal, Tecnologias de Carga – Áustria, Stile Bertone SpA – Itália Jelley Limited – Reino Unido, Volvo – Suécia, Robosoft-France, KVD – Holanda. O HOST é conhecido como o veículo que nunca dorme porque está equipado com um sistema automático de transbordo que lhe permite mudar de corpo e de utilização prevista durante o mesmo dia e realizar nas 24 horas diferentes tarefas no serviço da cidade.

O sexto programa-quadro
O projecto HOST foi iniciado no âmbito do Sexto Programa-Quadro da União Europeia, com o objectivo de repensar a tecnologia dos meios de transporte, colocando-se como ponto de partida não a tecnologia existente, mas as necessidades dos utilizadores. O objetivo era o projeto de um veículo adequado para o transporte de mercadorias e pessoas pouco poluentes e versáteis.

HOST 2.0
O HOST 2.0 foi desenvolvido pela SEM – Sistemas de Energia e Mobilidade da Universidade CIRPS Sapienza de Roma – Laboratório Automotivo da Região do Lácio, cujo chefe é o Prof. Fabio Orecchini. O HOST 2.0 é uma nova versão do veículo HOST com: baterias de lítio equipadas com BMS (Battery Management System) para o controle de tensão, corrente e temperatura de todas as 70 células implementadas; Inversor controlável via CAN e wireless com possibilidade de trabalhar até voltagens de 800 V; sistema de direção com 4 volantes a 90º move-se com atuadores elétricos de precisão de 1/500 mm com codificador único no motor como sensor de posição (contra 6 para a roda da versão anterior); lógica central de comando em tempo real que rege os 4 inversores dos motores de 4 rodas, os 3 inversores das baterias, os ultracapacitores,.

Descrição da arquitetura e operação do veículo HOST
O acrônimo HOST significa “Transporte Sustentável Orientado Humano” e com isto nós nos propusemos o objetivo de realizar um veículo híbrido elétrico de série que lhe permite achar soluções alternativas para veículos de combustão interna tradicionais. Os principais objectivos e os aspectos inovadores deste projecto dizem respeito à sua flexibilidade de utilização, que conduz a uma diminuição drástica das emissões poluentes típicas dos veículos convencionais.

O conceito do veículo é baseado no transbordo, na verdade, no trem de força híbrido termoeléctrico pode ser enxertado vários corpos que executam a função de transformar o veículo de tal forma que possa ser alterado o uso pretendido do mesmo durante o mesmo dia e para que possa realizar várias tarefas na cidade durante as 24 horas. Os serviços que o HOST pode executar são os seguintes:

Serviços de compartilhamento de carros durante o dia (carro para o dia);
Táxi coletivo noturno (táxi coletivo para a noite);
Coleta de lixo noturno;
Coleta e distribuição de frete durante o dia.

A HOST está equipada com quatro volantes e volantes independentes (cada um tem o seu próprio motor eléctrico e inversor magnético de íman permanente) que também permite executar manobras especiais, como movimentos horizontais e rotativos em torno de si.

Devido à sua capacidade de manobra, o HOST garante uma grande facilidade na carga / descarga de mercadorias e pessoas e é, portanto, projetado para executar continuamente várias tarefas, desde transporte urbano, táxis noturnos, coleta de lixo e transporte de mercadorias. A idéia de ter um veículo disponível que funciona 24 horas por dia e pode ser usado para todas as necessidades da cidade, tanto como um carro quanto como um caminhão pequeno. Na verdade, ele pode ser montado de acordo com o tipo de tarefa necessária, podendo ir de um módulo básico de 3,5 m até 6 m de comprimento. Esse veículo poderia ser explorado pelas administrações municipais para poder obter bens, pessoas e coleta de lixo com um único meio, com menos impacto ambiental, graças à tecnologia híbrida.

Trem de poder
O HOST é um veículo híbrido elétrico em série no qual o motor de combustão interna (ICE) é acoplado diretamente a um gerador síncrono de ímã permanente (GU) que converte a energia mecânica disponível para o eixo em energia elétrica. A corrente alternada, fornecida pelo gerador, é convertida em contínua por um retificador de reforço, de modo que pode ser enviada para o link contínuo, que é fixado em 300 V. O sistema de armazenamento combinado consiste em duas baterias (B), especificamente em Lítio. As baterias de íon no HOST 2.0, enquanto que na versão anterior do HOST, havia baterias NiMH, que são feitas para funcionar com dinâmicas não muito altas para garantir durabilidade e eficiência. Isso é possível através do uso do Supercapacitor (C) que intervém nos transitórios rápidos ligados ao drive de tração, dado seu excelente comportamento dinâmico. Tanto as baterias quanto os supercapacitores são conectados ao link contínuo por meio de um impulso bidirecional que permite a passagem de corrente em ambas as direções dependendo da estratégia que naquele momento o “controlador de potência” (gerente de fluxos de energia ou Gerente do Sistema) está implementando para satisfazer as solicitações de carregamento do piloto. O gerenciador de fluxo de energia é identificado com o nó BU em cujo DSP (Digital Signal Processing) um controle atual é implementado.

Para fazer isso, o controlador de energia adquire todos os dados necessários, como o status de carga da bateria, os supercapacitores, o torque para o qual a térmica funciona e as entradas piloto (portanto, o torque de carga exigido para as rodas) e através de seu conhecimento determina a classificação da potência disponível entre as várias fontes, a fim de satisfazer os pedidos do piloto de forma compatível com a disponibilidade de fontes de energia instantâneas ou para recarregar os sistemas de armazenamento em tempos de baixa demanda de energia para as rodas. A lógica do algoritmo de gerenciamento de energia consiste, em última análise, no monitoramento da diferença entre a entrada de energia no link contínuo, pelo nó GU através do gerador, e aquela requerida pelos motores de tração para as rodas. microprocessadores que controlam os conversores de nó se comunicam entre si através de um canal mais conhecido como barramento. A comunicação deve ser o mais livre possível de distúrbios externos e ser gerenciada de acordo com um protocolo que tenha um alto diagnóstico interno para quaisquer erros que possam ocorrer. Essa tarefa atende de maneira ideal ao barramento CAN (Controller Area Network) e foi escolhida como um barramento para a eletrônica de potência do veículo HOST.

Finalmente, há os quatro acionamentos de tração, relacionados aos quatro motores síncronos de ímã permanente conectados às rodas do veículo, que possuem seu próprio barramento, onde passam informações sobre o controle de tração das rodas e as relativas à porcentagem de frenagem regenerativa a ser executada. O barramento de controle do motor da tração da roda é de 24 V com uma massa separada da CAN para evitar a propagação de qualquer perturbação entre os dois sistemas de comunicação. As informações que esses ônibus devem compartilhar também são inerentes aos procedimentos que devem ser implementados em situações extraordinárias. Na verdade, se o System Manager detectar que o sistema de armazenamento combinado está totalmente carregado, ele deverá avisar o circuito da comunicação do barramento de nível de barramento. para não praticar a frenagem regenerativa, evitando assim sérios danos. Note-se que este é um procedimento de segurança, porque o sistema de armazenamento é projetado com um algoritmo de controle que funciona de forma a permanecer abaixo da capacidade máxima de armazenamento, a fim de sempre recuperar parte da energia com frenagem regenerativa. A escolha de motores de ímã permanente é atualmente amplamente utilizada na tração de carros híbridos e puramente elétricos, já que esses motores fornecem pares por unidade de volume acima de outras máquinas. Assim, no mesmo volume do motor, temos pares (ou potência desde que a térmica funciona em “ponto fixo”) na saída mais alta e para uma dada corrente (portanto o torque é fixo) menores perdas devido ao efeito joule dada a ausência de o circuito do rotor. Sabe-se também que o comportamento dessas máquinas é análogo às máquinas de corrente contínua em termos de características de torque e regulação de velocidade com a grande vantagem de não ter as escovas e fazer a comutação por meio de conversores estáticos: o motor de combustão interna sem caixas de câmbio, este último é o 3 cilindros do 800cc diesel SMART. A fim de aumentar a eficiência do sistema de propulsão, é necessário ter um sistema de armazenamento de energia que, juntamente com a unidade de geração GU, possa atender às solicitações do inversor. Obviamente, o principal requisito de um sistema de acumulação deve ser a sua confiabilidade em termos de durabilidade quando estiver sujeito a ciclos contínuos de carga e descarga. Na HOST existe um sistema de armazenamento combinado, portanto, além de uma bateria, existe um pacote de capacitor que atende às demandas de energia com dinâmicas rápidas. As baterias e os supercapacitores diferem por algumas características e pela precisão que são complementares dos demais, na verdade os primeiros têm alta capacidade de armazenar energia (kWh) enquanto os segundos têm alta densidade de potência (kW / dm3) e portanto, tem uma excelente capacidade de fornecer respostas rápidas em transitórios rápidos, como aceleração e frenagem. Desde o. Entrando em mais detalhes com a eletrônica de potência do HOST, já mencionamos as três unidades fundamentais presentes no veículo híbrido em questão:

GU de Unidade de Geração
Unidade de Bateria BU
Ultracapacitors Unit UC

Os componentes do trem de força

Motor de combustão interna
O motor de combustão interna é o 3 cilindros do 800cc SMART diesel, que na faixa de velocidade entre 1700-1800 rpm é capaz de fornecer toda a gama de potências exigidas pelo veículo que foram estimadas entre 4,5 kW (25% do P) e 13,5 kW (75% de P) com alta eficiência tanto em termos de consumo como de emissões.

Baterias de lítio
O tipo de baterias usadas no veículo HOST 2.0 é o do Lithium-Ion. Entre as vantagens deste tipo de baterias estão: a alta densidade de energia com o mesmo volume e peso instalado a bordo do veículo e os altos ciclos de carga / descarga. A densidade de energia para estas baterias é de aproximadamente 150 Wh / kg e 400 Wh / lt.

Supercapacitores
Os Supercapacitores acumulam energia elétrica em dois capacitores em série de dupla camada elétrica EDL (Dupla Camada Eletroquímica), colocando as cargas elétricas na interface eletrodo / eletrólito de forma “física” e não química, portanto não há processos químicos de oxidação-redução , como nos acumuladores (baterias recarregáveis) e tem a vantagem de poder ser carregado ou descarregado instantaneamente, garantindo assim uma potência específica muito alta. São dispositivos de conversão e acumulação de energia caracterizados por altas potências e energias específicas muito superiores aos condensadores convencionais. A desvantagem mais importante, sempre no que diz respeito aos acumuladores químicos, é a baixa energia armazenada.

Tecnologia de baterias NiMH combinada com o uso de supercapacitores
O uso da tecnologia de baterias NiMH, usada na primeira versão do HOST, combinada com o uso de Supercapacitores, permite melhorar a confiabilidade do sistema de armazenamento em termos de durabilidade quando está sujeito a ciclos contínuos de carga e descarga. Lembre-se que as baterias e os supercapacitores diferem por algumas características que os tornam complementares, na verdade os primeiros têm alta capacidade de armazenar energia (kWh) enquanto os últimos têm alta densidade de potência (kW / dm3) e, portanto, têm excelente capacidade de fornecer respostas rápidas em transitórios rápidos, como aceleração e frenagem. O “uso de supercapacitores combinado com o de baterias (NiMH) é ideal, pois parece apoiar o funcionamento das baterias que, não sendo“ estressadas ”, têm melhor funcionamento e maior autonomia. É bom sublinhar que o uso combinado das duas tecnologias descritas anteriormente pode ser aplicado às diferentes conexões híbridas em série, híbridas paralelas e híbridas paralelas em série.

O sistema Drive By Wire
O “drive by wire” (DBW) encontra sua primeira aplicação automotiva no controle da energia fornecida pelo motor, que não é mais controlada diretamente (um simples cabo de aço que abre ou fecha as válvulas de laminação do sistema de injeção), mas através de sistema indireto que, conectado ao acelerador, opera um potenciômetro; este instrumento, por sua vez, transmite a uma unidade de controle eletrônico a informação relacionada à demanda de potência transmitida pelo acelerador, graças a um cálculo de quanto o pedal foi pressionado. Esta informação é processada em conjunto com uma série de outros dados (como a velocidade relativa das rodas, a aceleração transversal e axial a que o veículo está sujeito, o ângulo de direção, a temperatura exterior, as cargas nos amortecedores, a guinada e ângulo de rolagem, bem como inúmeros outros parâmetros) e transmitidos de volta a um servomotor que gira as válvulas rolantes do sistema de injeção de modo a evitar perda de aderência devido ao torque excessivo aplicado nas rodas motrizes. Basicamente, a unidade de controle eletrônico responde à necessidade de uma fonte de alimentação ideal, tentando satisfazer a solicitação do usuário através do acelerador e dos limites físicos do veículo nas condições que ocorrem em um dado instante. No HOST, a interface do motorista foi revisada por um sistema para ajustar a direção das rodas por meio de pedais. A interface de acionamento é descrita como um MMI (Man Machine Interface) e tem duas funções principais: ângulo de guinada e rotação, além de vários outros parâmetros) e transmitida a um servomotor que gira as válvulas rolantes do sistema de injeção de modo a evitar perda de aderência devido ao torque excessivo aplicado às rodas motrizes. Basicamente, a unidade de controle eletrônico responde à necessidade de uma fonte de alimentação ideal, tentando satisfazer a solicitação do usuário através do acelerador e dos limites físicos do veículo nas condições que ocorrem em um dado instante. No HOST, a interface do motorista foi revisada por um sistema para ajustar a direção das rodas por meio de pedais. A interface de acionamento é descrita como um MMI (Man Machine Interface) e tem duas funções principais: ângulo de guinada e rotação, além de vários outros parâmetros) e transmitida a um servomotor que gira as válvulas rolantes do sistema de injeção de modo a evitar perda de aderência devido ao torque excessivo aplicado às rodas motrizes. Basicamente, a unidade de controle eletrônico responde à necessidade de uma fonte de alimentação ideal, tentando satisfazer a solicitação do usuário através do acelerador e dos limites físicos do veículo nas condições que ocorrem em um dado instante. No HOST, a interface do motorista foi revisada por um sistema para ajustar a direção das rodas por meio de pedais. A interface de acionamento é descrita como um MMI (Man Machine Interface) e possui duas funções principais: guinada e ângulo de rolagem, além de vários outros parâmetros) e retransmitida para um servomotor que gira as válvulas rolantes do sistema de injeção de modo a evitar perda de aderência devido ao torque excessivo aplicado às rodas motrizes. Basicamente, a unidade de controle eletrônico responde à necessidade de uma fonte de alimentação ideal, tentando satisfazer a solicitação do usuário através do acelerador e dos limites físicos do veículo nas condições que ocorrem em um dado instante. No HOST, a interface do motorista foi revisada por um sistema para ajustar a direção das rodas por meio de pedais. A interface de acionamento é descrita como um MMI (Man Machine Interface) e possui duas funções principais: guinada e ângulo de rolagem, além de vários outros parâmetros) e retransmitida para um servomotor que gira as válvulas rolantes do sistema de injeção de modo a evitar perda de aderência devido ao torque excessivo aplicado às rodas motrizes. Basicamente, a unidade de controle eletrônico responde à necessidade de uma fonte de alimentação ideal, tentando satisfazer a solicitação do usuário através do acelerador e dos limites físicos do veículo nas condições que ocorrem em um dado instante. No HOST, a interface do motorista foi revisada por um sistema para ajustar a direção das rodas por meio de pedais. A interface de condução é descrita como um MMI (Man Machine Interface) e tem duas funções principais: entrega de potência ideal, tentando satisfazer a solicitação do usuário através do acelerador e os limites físicos do veículo nas condições que ocorrem em um dado instante. No HOST, a interface do motorista foi revisada por um sistema para ajustar a direção das rodas por meio de pedais. A interface de condução é descrita como um MMI (Man Machine Interface) e tem duas funções principais: entrega de potência ideal, tentando satisfazer a solicitação do usuário através do acelerador e os limites físicos do veículo nas condições que ocorrem em um dado instante. No HOST, a interface do motorista foi revisada por um sistema para ajustar a direção das rodas por meio de pedais. A interface de condução é descrita como um MMI (Man Machine Interface) e tem duas funções principais:

Velocidade da roda – velocidade da roda (tração);
Direcção da roda – direcção da roda.
Transbordo
O uso de um único chassi envolve a criação de uma plataforma básica que pode ser usada para diferentes tipos de veículos. Nos últimos anos, no mercado automotivo, houve uma tendência de produzir peças como caixas de câmbio mecânicas, que poderiam ser usadas para diferentes modelos de veículos e marcas de automóveis. A vantagem de usar um único quadro é que ele não requer um processo de “adaptação” da peça ao veículo no qual ele é escolhido para instalá-lo, uma vez que a base do veículo é a mesma para veículos adequados para atender diferentes propósitos. uma padronização é assumida também no processo de produção do próprio quadro que levaria a uma redução do preço. Um conceito de “modularidade” da potência do veículo é aplicável ao HOST: graças aos motores das rodas, é possível adicionar um “eixo traseiro de potência”, que inclui motores de duas rodas, ao trem de força básico, obtendo assim um veículo caracterizado por um poder maior. Desta forma, o HOST pode cumprir diferentes serviços que exigem poderes superiores.

Roda dos motores
Os motores das rodas são uma das soluções mais interessantes para os veículos com acionamento elétrico, pois liberam completamente a carroceria do carro e, portanto, reduzem as dimensões gerais do motor / unidade de transmissão. Estes são motores discoidais alojados no aro e integrados ao sistema de travagem. Na verdade, é todo o motor para girar, enquanto o virabrequim é fixado ao corpo do carro.

Inversor
A placa de dados do conversor, um elemento de eletrônica de potência, segue diretamente a partir do dimensionamento do motor elétrico e da conexão ao dc-link. A estrutura deste elemento é a seguinte: três fases com fonte de tensão do inversor IGBT (inversor VSI de 3 telefones IGBT), esta estrutura é padrão para o fornecimento do fluxo axial em um motor de ímã permanente. O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) é um dispositivo acionado por um portão de um lado e por outro lado possui um coletor e um emissor. Ele é usado para alternar altas tensões e altas correntes; os modelos maiores são capazes de comutar 1200A em tensões de 6000V. O único aviso que deve ser levado em consideração é o fato de que o conversor não permite nenhum tipo de sobrecarga; os inversores precisam ser dimensionados para a tensão e a corrente máximas exigidas. Além disso, para poupar espaço e peso no interior do veículo, um outro requisito é que o inversor seja refrigerado por líquido. Actualmente, não existe um inversor comercial disponível no mercado que satisfaça os requisitos acima mencionados e é portanto adequado para instalação num veículo. Na realidade, existem vários protótipos de inversores disponíveis para uso em veículos híbridos, mas nenhum deles, é claro, está à venda. De fato, um processo de adaptação foi realizado para obter as características requeridas que o inversor deve ser resfriado a líquido. Actualmente, não existe um inversor comercial disponível no mercado que satisfaça os requisitos acima mencionados e é portanto adequado para instalação num veículo. Na realidade, existem vários protótipos de inversores disponíveis para uso em veículos híbridos, mas nenhum deles, é claro, está à venda. De fato, um processo de adaptação foi realizado para obter as características requeridas que o inversor deve ser resfriado a líquido. Actualmente, não existe um inversor comercial disponível no mercado que satisfaça os requisitos acima mencionados e é portanto adequado para instalação num veículo. Na realidade, existem vários protótipos de inversores disponíveis para uso em veículos híbridos, mas nenhum deles, é claro, está à venda. De fato, um processo de adaptação foi realizado para obter as características necessárias.

Suspensões
As suspensões são do tipo braço duplo com o segundo braço MacPherson. O braço interno é ancorado fixo e tem a possibilidade de girar sobre si mesmo, o exterior funciona como um MacPherson clássico e é arrastado em rotação pelo braço interno (90 °). A rotação de 90 ° é feita por dois atuadores. O resultado desta atividade é um “canto de roda” modular concebido com impacto mínimo no projeto do chassi e com a possibilidade de ser fixado em todas as posições do veículo.