Modellazione della Powertrain di un veicolo completamente elettrico in Adams Car

Considerando gli attuali sviluppi del mercato dell’automobile ed in particolare l’elettrificazione del veicolo, sostenuta ed incentivata da diverse case automobilistiche, dalle istituzioni competenti nonché da un generale bisogno di un sistema di trasporto più ecosostenibile, la necessità dell’intera industria automotive di adattarsi a tale cambiamento è evidente.

Questo progetto nasce proprio da questo bisogno; infatti, MSC Software Corporation sta affrontando un processo di miglioramento delle sue conoscenze riguardo al veicolo elettrico. Per questo motivo, il principale scopo di questo lavoro è lo sviluppo di un modello di powertrain completamente elettrico per Adams Car.

Affinché si riuscisse ad ottenere un modello corretto e preciso ma allo stesso tempo generale e flessibile, in modo tale che possa essere utilizzato come base per futuri sviluppi o progetti, è stato deciso di utilizzare la funzionalità del software di co-simulazione con Matlab®/Simulink.

L’architettura di riferimento considera la batteria, l’unità di conversione di potenza, il motore elettrico ed un convertitore di coppia a singola velocità che trasmette la coppia motrice al differenziale. Di questi componenti, il motore elettrico è stato oggetto di maggiore attenzione, rappresentando il cuore della powertrain.

Il suo modello è stato sviluppato in Matlab®/Simulink ed è basato sul modello steady-state delle macchine alternate sincrone a magneti permanenti, che risultano essere una delle scelte più popolari per la mobilità elettrica.

Il modello Simulink, che contiene anche una modellazione semplificata dell’unità di conversione della potenza, prese in ingresso le richieste del testrig e calcolando lo stato di funzionamento del motore (quindi sia le grandezze meccaniche che elettriche), è in grado di comunicare all’assembly di Adams Car la coppia in ingresso al differenziale e la corrente richiesta alla batteria.

Sebbene la frenatura del veicolo in Adams car avvenga grazie al sistema frenante tradizionale, lo stato di funzionamento della powertrain viene valutato ugualmente in questa fase, per poter considerare l’effetto della frenata rigenerativa nell’eventuale ricarica della batteria.

Quest’ultima è stata sviluppata tramite un template in Adams Car che, presa in ingresso la corrente richiesta, è in grado di aggiornare ad ogni step simulativo lo stato di carica.

Attraverso varie simulazioni, prevalentemente incentrate su manovre di accelerazione e decelerazione, si è dimostrata la funzionalità del modello; inoltre, le simulazioni sono state ripetute anche cambiando il motore elettrico di riferimento, dimostrando quindi la sua generalità e adattabilità a vari scenari.

Infine, una simulazione più complessa, basata sul ciclo WLTP è stata condotta confermando gli ottimi risultati dinamici del modello ed evidenziando anche la necessità di un futuro sviluppo delle componenti meno approfondite in questo lavoro per ottenere una stima dello stato di carica più precisa.

Progetto di tesi di: Gabriele Orlandi.                                                Data: 29 Aprile 2020

Supervisori: Ing. Daniele Catelani, Ing. Davide Tarsitano.