B2398 - MODELING AND CONTROL OF SUSTAINABLE POWERTRAINS

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course the student knows how to model sustainable powertrain systems, and how power can be controlled, to optimize efficiency and well-to-wheel emissions.

Contenuti

1.1: Fundamentals of modeling and control (15 hours)

Simulink modeling: Main blocks that will be used in the course;

overview of Simulink blocksets; main simulation settings.

Plant modeling: white/grey/black box modeling (NNET); tools and examples; differential equations: transfer functions.

Control systems: input/outputs and controllers structures; sampling and aliasing; main sensors and actuators; closed loop/feed forward controllers; PID controllers.

 filtering: analog filters; analog filters performance and configuration; digital filters; digital filters performance and configuration.

2.1 Vehicle Modeling (5 hours)

Forces acting on the vehicle, transmission from the engine to the wheels, dynamic equilibrium; tires modeling

2.2: ICE Modeling (10 hours)

Engine cycle quantities, cycle to cycle variation and modelling strategies.

Knock modelling

Air dynamics modelling (filling/emptying); turbocharger modelling.

PFI fuel dynamics modelling.

Emissions modelling (black box); Oxygen storage modelling; SCR system modelling.

2.3 Battery-electric system modeling (5 hours)

EV components modeling: cells-bettery modelling; Inverter-emotor modelling

2.4: FC system modeling (3 hours)

FC system modelling: stack modeling; balance of plant

2.5: cooling system modeling (5 hours)

Cooling system modelling: hydraulic modelling; heat exchange modelling (ε-NTU method+heat capacity); coolant characteristics.

3.1 ICE control (10 hours)

fundamentals of ICE control: I/O and actuations (crankshaft-based and other actuations).

Torque control for gasoline and compression-ignition engines.

Series-hybrid H2ICE control (Simulink).

Knock control (Simulink)

Air-Fuel Ratio control (Simulink)

SCR control

DPF control

3.2 FC control (2 hours)

Control architecture; state manager; air path control; H2 path control; coolant path control.

3.3 Powertrain system level modelling (5 hours)

Powertrain model: series hybrid configuration; H2ICE configuration; BEV configuration

Testi/Bibliografia

Gasoline Engine Management - Robert Bosch - Wiley

Diesel Engine Management - Robert Bosch - Wiley

L. Eriksson, L. Nielsen; Modeling and Control of Engines and Drivelines; Wiley

Metodi didattici

Gli argomenti del corso saranno introdotti mediante presentazioni Powerpoint, modelli Simulink e ulteriore materiale didattico (dati, procedure per il loro processamento, ecc.). Tutto il materiale didattico utilizzato sarà messo a disposizione degli studenti mediante l'area condivisa (www.virtuale.unibo.it) a cui gli studenti potranno accedere previa iscrizione.

Gli studenti visiteranno il Laboratorio per la Mobilità Soistenibile, dove vengono sviluppati motopropulsori sostenibili, basati su motori a combustione interna e fuel cells.  

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale. Durata dell'esame un'ora circa.

Verrà chiesto di illustrare nel dettaglio modelli Simulink per la simulazione e il controllo di:

- veicoli

- motori a combustione interna

- motopropulsori elettrici a batteria

- motopropulsori elettrici a fuel cells

- motopropulsori ibridi

L'esame prevede due domande sui modelli Simulink e una riguardante il primo argomento del programma. Le domande sui modelli SImulink potranno essere sostituite da un progetto concordato col docente. Ogni risposta potrà fruttare fino a 10 punti, l'esposizione del progetto potrà fruttare fino a 20 punti. Il punteggio complessivo sarà ottenuto tramite la somma dei punteggi ottenuti nelle singole domande (o nell'esposizione del progetto).

Il programma d'esame, con la lista dettagliata degli argomenti è messo a disposizione sulla piattaforma di condivisione del materiale didattico, alla fine del corso.

Il calendario delle prove è reso disponibile con ampio anticipo sulla piattaforma web AlmaEsami dell'Ateneo di Bologna. L’iscrizione all’appello è possibile da 10 a 5 giorni prima della data d’esame. Al momento della prova lo studente deve presentarsi con un documento di riconoscimento.

Strumenti a supporto della didattica

Le presentazioni powerpooint, i modelli Simulink, i dati e le procedure di analisi illustrate durante le lezioni saranno messe a dispsizione degli studenti. 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Enrico Corti