Sviluppo di metodologie per la simulazione "real time" e la progettazione di sistemi e strategie per il controllo dei motori a combustione interna automobilistici

L'attività  sviluppata negli anni del Dottorato ਠstata finalizzata all'utilizzazione, allo sviluppo ed all'applicazione di metodologie evolute per la modellazione di componenti e sotto-assiemi dei sistemi di aspirazione e scarico di motori a combustione interna (MCI). Lo scopo di tale attività , che ha portato alla realizzazione di una libreria, (denominata Acme, acronimo di Engine Modeling for Automatic Control) presso l'area Macchine e Sistemi Energetici del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell'Università  di Parma, ਠlo sviluppo di modelli in grado di simulare in real-time il comportamento dinamico dei sistemi di propulsione degli autoveicoli. I modelli presenti all'interno della libreria sono quindi rivolti a descrivere matematicamente il comportamento dei principali componenti e sottosistemi che costituiscono i moderni MCI destinati alla propulsione automobilistica. A tale scopo ਠstata seguita una metodologia a parametri concentrati e ai valori medi (Mean Value Models, MVM) in modo tale che il †œprodotto†� finale, ovvero il modello completo del sistema (non solo finalizzato a descrivere i soli processi termodinamici, ma anche a descrivere il †œcarico-strada†�, determinato dal veicolo) sia in grado non solo di simulare in tempo reale il comportamento del sistema, ma anche di inserirsi agevolmente all'interno di piattaforme hardware pi๠o meno complesse. Questo ਠil caso dei sistemi Hardware-in-the-Loop (HiL), dove il modello completo costruito utilizzando gli elementi della libreria deve essere in grado di interagire con il sistema di controllo (ovvero la centralina elettronica, o ECU) emulando in real-time l'andamento delle grandezze fisiche in uscita dai sensori presenti sul MCI in relazione ai segnali di controllo della ECU in ingresso agli attuatori che gestiscono il motore stesso. Lo scopo di una tecnica siffatta ਠquello di effettuare una verifica in fase progettuale (ovvero ancor prima che esista un prototipo reale del sistema) degli effetti di una particolare configurazione riferita ad uno specifico dispositivo o sistema di controllo, ovvero di una determinata strategia di gestione sulle prestazioni del MCI (in genere la riduzione dei consumi di combustibile e delle emissioni ritenute dannose per l'ambiente). In particolare essa consente di studiare gli effetti delle strategie di controllo che governano i componenti e quindi il comportamento del motore stesso, in modo tale da fornire previsioni attendibili che forniscano linee guida per la realizzazione del sistema, tali per raggiungere gli obiettivi previsti in fase di progetto. Sono evidenti i vantaggi in termini di tempi e di costi derivanti dall'uso di queste soluzioni. Le metodologie proposte, e con esse i modelli che sono stati realizzati, sono state poi applicate alla realizzazione di due piattaforme HiL presso Aziende del settore (in particolare Fiat Powertrain Tecnology, FPT-R&T, e Magneti Marelli Powertrain), che sono brevemente descritte nell'ambito della tesi.