RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

RECUPERO DELL'ENERGIA CINETICA DI VEICOLI MEDIANTE DISPOSITIVI DI ACCUMULO PNEUMO-IDRAULICI

Università di riferimento

Università degli Studi di CAGLIARI - INGEGNERIA MECCANICA - CAGLIARI(CA)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Pierpaolo PUDDU

Descrizione

L'attività di ricerca dell'unità operativa di Cagliari è orientata allo studio dei dispositivi da installare a bordo dei veicoli per il recupero dell'energia cinetica durante le fasi di rallentamento. Per lo svolgimento dell'attività si prevede la realizzazione di un banco prova che consenta da un lato di verificare sperimentalmente l'efficienza energetica del processo completo composto dalle fasi di recupero e di restituzione dell'energia cinetica al veicolo e dall'altro l'analisi della strategia di gestione e di controllo del sistema.
Il dispositivo sperimentale con il quale realizzare il recupero dell'energia cinetica si basa su un circuito idropneumatico composto principalmente da una macchina idraulica reversibile a cilindrata variabile e da un sistema di accumulo dell'energia formato da due accumulatori pneumatici. L'apparecchiatura sperimentale sarà opportunamente strumentata per consentire la misura delle diverse grandezze significative durante le fasi di accumulo e restituzione dell'energia.
La ricerca si articolerà nelle seguenti fasi:

Coordinamento iniziale: fase di coordinamento iniziale tra le unità operativa di Cagliari e di l'Aquila necessaria per definire le principali caratteristiche e i parametri dimensionali del circuito idraulico di prova su cui condurre la sperimentazione. Le scelte saranno effettuate in modo da integrare sia le apparecchiature disponibili presso l'unità operativa N.1 sia gli obiettivi della presente ricerca.

1. progettazione e realizzazione del banco prova con la scelta dei componenti adatti ad una successiva applicazione su un veicolo da trasporto urbano (tipo minibus);
2. strumentazione dell'apparecchiatura ed esecuzione di prove di accumulo seguite da una successiva fase di restituzione dell'energia secondo diverse modalità di prova stabilite e orientate a realizzare determinati cicli di prova semplice;
3. costruzione di un modello matematico per la simulazione dinamica del dispositivo sperimentale finalizzato ad ottenere delle indicazioni sulle strategie di gestione energetica e sul controllo dell'intero sistema;
4. fase di coordinamento finale con l'unità N.1 per la simulazione sperimentale sul banco prova dinamico, disponibile presso la sede dell'unità N.1, dei profili di missione reali e delle strategie di gestione e di controllo del sistema prima della sua applicazione su strada.

1. Vengono definiti innanzitutto i principali componenti del banco prova sperimentale, le condizioni di funzionamento e le dimensioni del circuito idraulico. Il circuito idraulico si compone essenzialmente di una macchina idraulica reversibile a cilindrata variabile e di due accumulatori uno di alta pressione e l'altro di bassa pressione. Le scelte sui componenti del circuito idraulico saranno influenzate sia dalla prevista applicazione pratica su un minibus da trasporto urbano sia dal contenimento dei pesi e dei costi. Il sistema sarà dotato di un volano che simulerà al banco l'inerzia del sistema esterno con cui viene scambiata l'energia.

2. L'apparecchiatura verrà inoltre appositamente strumentata per determinare sia le caratteristiche idrauliche del circuito e lo stato di carica degli accumulatori al trascorrere del tempo sia le grandezze meccaniche e termiche connesse al processo di conversione energetica. In particolare saranno rilevate le pressioni e le temperature degli accumulatori e del circuito inserendo degli idonei trasduttori di pressione e delle termocoppie, le portate elaborate, la velocità e la cilindrata dell'unità idrostatica. Si valuteranno inoltre la potenza meccanica e i flussi di energia durante i diversi cicli di carica e scarica degli accumulatori. In questa fase di sperimentazione si valuterà per diverse condizioni di funzionamento l'efficienza di conversione del sistema rigenerativo e si determineranno le condizioni operative ottimali del sistema.

3. La costruzione di un modello matematico per la simulazione dinamica dell'impianto sperimentale consentirà di valutare le strategie di gestione dell'intero sistema prima della sua implementazione sul banco prova. Il modello verrà sviluppato con il software Simulink e Matlab in modo da condividere con l'unità operativa de l'Aquila moduli comuni e facilitare lo scambio di risultati e dati. Il modello dinamico dovrà consentire di valutare, preliminarmente alla fase sperimentale, le modalità di controllo e di regolazione delle condizioni di funzionamento del circuito idraulico in relazione alle esigenze del profilo di missione da seguire (variazioni del carico resistente), all'energia accumulata e alle richieste dell'utente (azioni sul freno e sull'acceleratore).

4. In questa ultima fase dell'attività verranno applicate all'apparecchiatura sperimentale e confrontate le strategie di gestione e le modalità di controllo individuate nella fase di simulazione precedente. Per realizzare questo obiettivo, tenendo conto anche del contenimento dei costi e dell'attività coordinata con l'unità N.1, si prevede di condurre le prove sperimentali sul banco prova dinamico disponibile presso la sede di l'Aquila. Il banco dinamico in questione, già ampiamente collaudato ed utilizzato con continuità in diverse attività di ricerca sui motori, risulta perfettamente adatto per la caratterizzazione completa del sistema idraulico in quanto consente l'applicazione di carichi stabiliti e controllati in funzione dello specifico profilo di missione di prova.