Riassunto analitico
La tesi, svolta presso CNHi, è incentrata sul tema dell’elettrificazione
relativa alle macchine agricole. In particolare, si è posta l’attenzione
sullo studio di powertrain ibridi alternativi alle attuali soluzioni in
commercio costituite dalla sola presenza di motori a combustione interna,
con lo scopo di migliorare l’efficienza dell’intero sistema garantendo al
tempo stesso uguali prestazioni. Questa sfida è resa più difficile per le
macchine motrici agricole poiché, a differenza delle vetture stradali, il
carico non è costituito dalla sola trazione, ma anche dalla presa di
potenza (PTO – Power Take-Off) e dagli attuatori idraulici utilizzati
nell’attacco a tre punti. Il presente lavoro di tesi, a partire dal
corrente prodotto e dall’analisi di un powertrain ibrido serie, si è
focalizzato sulla realizzazione di un powertrain ibrido parallelo,
costituito da una trasmissione CVT elettro-meccanica (EMT – Electro
Mechanical Transmission) e dalla sua implementazione in ambiente
Matlab/Simulink. Il modello virtuale dell’intero powertrain è stato
realizzato per poterne valutare le prestazioni e l’efficienza della
trattrice. Per raggiungere quest’obiettivo, sono state implementate delle
logiche di controllo in grado di ottimizzare il funzionamento del motore a
combustione interna e delle macchine elettriche. La complessità del
powertrain oggetto di studio risulta essere estremamente elevata, poiché
gli elementi che costituiscono la catena cinematica
risultano essere: un motore a combustione interna, quattro motogeneratori,
un doppio rotismo epicicloidale e un cambio discreto a valle di esso; a
questi elementi andrebbe poi aggiunta la presenza di un pacco batteria,
senza dimenticare che stiamo trattando una macchina motrice agricola,
caratterizzata dalla presenza della PTO. Tale lavoro di tesi non coprirà
tutti questi ambiti, ma si limiterà ad eseguire una prima valutazione del
powertrain, trascurando la presenza di un pacco batteria e della PTO, che
potranno poi essere successivamente implementati in ulteriori sviluppi
futuri.
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Abstract
The thesis, conducted at CNHi, focuses on the electrification of agricultural machinery. Specifically, attention is given to studying hybrid powertrains as alternatives to current solutions in the market, which solely rely on internal combustion engines, with the aim of improving the efficiency of the entire system while maintaining equal performance. This challenge is more difficult for agricultural vehicles because, unlike road vehicles, the load consists not only of traction but also of power take-off (PTO) and hydraulic actuators used in the three-point hitch. The present thesis work, starting from the current state of the art and the analysis of a series hybrid powertrain, has focused on developing a parallel hybrid powertrain consisting of an electro-mechanical transmission (EMT) continuously variable transmission (CVT) and its implementation in the Matlab/Simulink environment. A virtual model of the entire powertrain has been created to evaluate the performance and efficiency of the tractor. To achieve this goal, control logics have been implemented to optimize the operation of the internal combustion engine and electric machines. The complexity of the studied powertrain is extremely high, as the elements that make up the kinematic chain include an internal combustion engine, four motor-generators, a dual planetary gear set, and a discrete gearbox downstream of it; to these elements should then be added the presence of a battery pack, not forgetting that we are dealing with an agricultural driving machine, characterized by the presence of the PTO. This thesis work will not cover all of these areas, but will be limited to performing an initial evaluation of the powertrain, disregarding the presence of a battery pack and the PTO, which can then be subsequently implemented in further future developments.
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