Riassunto analitico
In questa tesi magistrale viene svolto un lavoro di approfondimento di alcuni aspetti riguardanti lo sviluppo di una trasmissione ibrida idraulico/meccanica con frenata a recupero di energia per veicoli pesanti. Grazie al sistema idraulico questi veicoli sono in grado di recuperare una grossa parte dell’energia che andrebbe dissipata durante una frenata. Ma il grosso peso e volume, degli accumulatori idraulici in primis, ne ha fin ora limitato le applicazioni. Si cercheranno quindi delle strategie per ottimizzare la disposizione e la taglia dei componenti. Il primo aspetto analizzato è stato quello di cercare di definire una relazione tra l’energia che può essere potenzialmente recuperata e le dimensioni dei componenti pompa/motore idraulico e accumulatore. Questa relazione dipende fortemente dalle condizioni iniziali e dall’intensità della frenata, pertanto non puo essere definita in modo univoco ma solamente stimata in determitate situazioni. In un secondo momento è stato creato un modello matematico semplificato, utilizzando la piattaforma SIMULINK di MATLAB, del circuito idraulico in questione che movimenta il veicolo ad essa connesso. Sono state svolte simulazioni di frenata per valutare la forza frenante e la decelerazione agente sul veicolo affinchè vengano rispettati i valori richiesti dal ciclo standardizzato SORT, un ciclo di lavoro per veicoli pesanti operanti in ambiente urbano utilizzato per valutarne l’efficienza. Il modello semplificato servirà per avere un sistema facilmente configurabile ed affidabile in grado di essere usato per simulare diverse condizioni di lavoro, con diversi componenti. Successivamente sono state effettuate delle prove al banco per testare la risposta degli accumulatori a cicli di carica e scarica continui, cioè in una condizione prossima a quella di un ciclo di lavoro urbano. Dai dati riscontrati risulta che la loro capacità di immagazzinare energia cala drasticamente durante un ciclo di lavoro. Nell’appendice finale vengono riportate soluzioni alternative all’uso di accumulatori idraulici convenzionali per avere una risposta frenante più costante. Infatti , nel caso di accumulatori a gas a membrana la coppia frenante della pompa/motore varia considerevolmente in base alle condizioni di carico dell’accumulatore.
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Abstract
This master’s thesis is focused on some aspects concerning the development of a hydraulic /mechanical hybrid transmission with regenerative braking for heavy vehicles.
Due to the hydraulic system those vehicles are able to store a huge rate of the energy that otherwise would be dissipated during a braking. But the high weight and volume, of the accumulators mainly, has limited their applications. So I will focus the thesis on a strategy to optimize the disposition and size of the components.
The first aspect analyzed was to try to define a relationship between the energy that can be potentially stored during a braking and the dimensions of the components as the hydraulic pump /motor and accumulators. This relation depends on the initial conditions and the intensity of the braking so it can’t be define in a uniquely way but only estimated in certain situations.
Subsequently, a simplified mathematical model of the hydraulic circuit that moves the vehicle was created using SIMULINK- MATLAB. Braking simulations were carried out to evaluate the braking force and deceleration acting on the vehicle which must comply the SORT cycle, a standardized urban duty cycle for heavy vehicles. The simplified model will serve to have an easily configurable and reliable model that can be used to simulate different working conditions, with different components.
Then tests were carried out on a test bench to analize the response of the accumulators to continuous charge and discharge cycles, i.e. in a situation close to the urban duty cycle. The data found shows that the ability to store energy drops drastically during a working cycle.
In the final appendix, alternative solutions are presented that use conventional hydraulic accumulators with the aim to have a more constant braking response. In fact, in case of bladder gas accumulators, the braking torque varies considerably depending on the load conditions of the accumulator.
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