Studio e controllo di una trasmissione ibrida elettrica per macchine operatrici

La crescente necessità di ridurre i consumi energetici e le emissioni inquinanti ha incrementato, negli ultimi anni, l'interesse verso i veicoli a propulsione elettrica e ibrida elettrica. Il settore dei veicoli industriali può trarre notevoli benefici dall’utilizzo di queste propulsioni alternative, grazie alle basse velocità operative, ai frequenti start and stop durante l’esecuzione dei cicli di lavoro e le lunghe fasi di idling in cui il veicolo rimane fermo ed il motore termico viene impiegato per gestire l’attuazione degli organi utensili. In questo lavoro di tesi è stata studiata un’innovativa propulsione ibrida elettrica con architettura serie-parallelo per pale gommate, con lo scopo di aumentare l'efficienza complessiva del veicolo, ottimizzando il flusso energetico sia per la propulsione che per l'attuazione. La configurazione serie è un’ottima soluzione quando la richiesta di potenza è limitata, mentre, nelle fasi di massima trazione, si sfruttano i benefici dell’ibrido parallelo per assistere il motore termico e gestire le richieste impulsive di potenza con il sistema elettrico, riducendo così il consumo di combustibile. Utilizzando un ingranaggio epicicloidale è possibile scindere il movimento del motore termico da quello delle ruote, mantenendo l’intero powertrain sempre nel punto di lavoro corrispondente alla massima efficienza. In questo lavoro è stato realizzato un modello matematico della pala gommata con propulsione ibrida elettrica, un supervisore per la gestione dei flussi energetici ed un controllo per la propulsione e l’attuazione degli organi ausiliari. The increasing necessity of reducing energy consumption and pollutant emissions has involved automotive industry promoting, in recent years, electric and hybrid electric vehicle propulsions. The industrial vehicles can obtain important benefits using these alternative powertrains, thanks to low operating speeds, frequently start and stop during duty cycles and long idling phases in which the vehicle is stationary and the engine is used to manage the tools. In this thesis, a novel series-parallel hybrid electric powertrain for wheel loaders was studied, with the aim of increasing global vehicle efficiency, optimizing energy flow for propulsion and actuation. The series configuration is the best solution when the power demand is limited, while, in the maximum traction phases, we exploit the benefits of the parallel hybrid solution to assist the engine and manage the pulse power demand with the electrical system, thus reducing fuel consumption. Using a planetary gearset we can separate the engine working point from the wheel movement, keeping the entire powertrain always in the maximum efficiency working point. In this work a mathematical model of the wheel loader with hybrid electric powertrain has been studied, and a energy flows management supervisor and a control for propulsion and auxiliary actuation have been proposed