Riassunto analitico
La crisi ambientale porterà presto il Comune di Venezia a limitare nell'area urbana l'utilizzo di imbarcazioni con motori termici, che dovranno essere sostituiti da natanti con powertrain ibridi o completamente elettrici, in ottemperanza alle nuove normative miranti a ridurre drasticamente le emissioni inquinanti.
In questo nuovo scenario ricco di cambiamenti, l'azienda Efesto, insieme ad Atris Engineering e ad eDriveLab, ha brevettato un prototipo di powertrain ibrido, che può essere installato su qualsiasi natante con una potenza di powertrain termico fino a 400kW.
La presente tesi ha lo scopo di progettare e sviluppare il controllo della modalità Boost di questo prototipo, che ripartisce la coppia richiesta dal pilota tra motore elettrico e termico in base alle diverse condizioni operative, quali il SoC della batteria e la velocità della barca, e alla posizione del natante, a seconda che si trovi nei canali cittadini o nella laguna esterna. Il sistema di controllo è stato realizzato tramite Matlab Simulink e validato con simulazioni al computer in real time, che hanno permesso di verificare il corretto funzionamento del sistema utilizzando una manetta fittizia per variare gli input di coppia richiesti e analizzando le differenti risposte del controllo.
In tal modo, è stato possibile realizzare un sistema di controllo stabile fatto ad hoc per questa specifica modalità di funzionamento del powertrain, che è stato poi integrato nel modello Simulink complessivo del prototipo. Questo natante verrà consegnato ai cantieri navali Chia a Venezia per essere sottoposto ad ulteriori test e sviluppi sul campo. Un ulteriore perfezionamento potrebbe realizzarsi con l’introduzione del GPS all’interno del sistema di controllo, in modo tale da decidere quale strategia di controllo mettere in atto in base alla posizione in tempo reale dell’imbarcazione.
Il progetto messo qui a punto rappresenta un'innovazione di rilievo per tutti i proprietari di imbarcazioni taxi a Venezia o di natanti per trasporto passeggeri o merci in condizioni analoghe, in quanto essi potrebbero equipaggiare le loro attuali imbarcazioni con i powertrain ibridi paralleli sviluppati, adeguandosi così in modo semplice ed economico alle nuove leggi di tutela ambientale.
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Abstract
The environmental crisis will soon lead the Municipality of Venice to restrict the use of boats with thermal engines in urban areas, which will need to be replaced by vessels with hybrid or fully electric powertrains, in compliance with new regulations aimed at drastically reducing pollutant emissions.
In this evolving landscape, Efesto, together with Atris Engineering and eDriveLab, has patented a hybrid powertrain prototype that can be installed on any vessel with a thermal powertrain output of up to 400 kW.
This thesis aims to design and develop the control for the Boost mode of this prototype, which distributes the torque requested by the pilot between the electric and thermal motors based on various operational conditions, such as the battery’s SoC, the boat’s speed, and the vessel’s location, depending on whether it is within the city canals or the outer lagoon. The control system was implemented using MATLAB Simulink and validated with real-time computer simulations, allowing verification of the system’s correct functionality using a mock throttle to vary the requested torque inputs and analyzing the different control responses.
In this way, a stable control system tailored specifically to this operational mode of the powertrain was achieved, which was then integrated into the overall Simulink model of the prototype. This vessel will be delivered to the Chia shipyard in Venice for further field testing and development. Additional refinement could be achieved by incorporating GPS within the control system to decide which control strategy to implement based on the real-time location of the vessel.
The project developed here represents a significant innovation for all owners of taxi boats in Venice or vessels for passenger or cargo transport under similar conditions, as they could equip their existing boats with the developed parallel hybrid powertrains, thus omplying easily and at low cost with the new environmental protection laws.
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