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Oggigiorno, il ruolo delle centraline elettroniche di controllo è diventato fondamentale in moltissimi campi di applicazione. Esse si comportano come il nostro cervello: raccogliendo informazioni per mezzo di tatto, vista, udito, cosiddetti sensori; analizzando queste informazioni e, per mezzo di specifiche strategie di controllo, muovendo mani e gambe, cosiddetti attuatori. Soprattutto in campo automobilistico, l’innovazione e l’implementazione di nuove tecnologie costringe un rapido sviluppo dei software e delle strategie di controllo delle centraline.
L’aumento della complessità di funzioni interne delle centraline necessita di modalità efficienti per testarle. A questo proposito, la tecnologia Hardware In-the Loop permette di realizzare simulazioni real-time dove la centralina non è più connessa ad un sistema reale, ma ad un computer che lo simula attraverso un modello matematico. Nonostante gli elevati costi, questa tecnologia offre innumerevoli vantaggi, dando la possibilità di un flusso di lavoro parallelo tra sviluppo e test delle centraline. Inoltre, permette di testare con molta flessibilità diversi tipi di applicazioni. Perciò risulta essere molto importante creare un modello matematico del sistema controllato dalla centralina, che combini una realistica rappresentazione del sistema fisico ad un basso carico computazionale. Solo in questo modo è possibile estrapolare tutti i vantaggi di questa tecnologia e svolgere attività di sviluppo altrimenti eseguibili solo a bordo veicolo.
Lo scopo principale del presente lavoro di tesi è lo sviluppo ed implementazione per un sistema Hardware In-the Loop di un modello termico zero-dimensionale multi-zona di un Catalizzatore Selettivo Riducente (SCR), per applicazione su motori Diesel.
Nella prima parte del lavoro viene presentato un approfondimento sui sistemi SCR per riduzione degli ossidi di azoto nei gas esausti di motori Diesel, passando poi ad analizzare i nuovi regolamenti per le emissioni, concentrandosi sulla transizione dalla normativa Euro 6-d Temp ad Euro 6-d Final per motori Diesel. Questo passaggio ha reso necessarie soluzioni innovative per quanto riguarda la configurazione dei sistemi di trattamento gas esausti inquinanti e delle strategie di controllo: in questo caso considerando principalmente il problema della riduzione di ossidi di azoto. Viene presentata inoltre una panoramica sul sistema Hardware In-the Loop utilizzato per la presente attività di tesi.
La seconda parte descrive l’implementazione del modello su piattaforma Simulink®. Partendo da equazioni termodinamiche di bilancio energetico, queste vengono risolte analizzando le ipotesi e le soluzioni adottate per considerare le non idealità del caso. Conclude questa parte del progetto una descrizione dell’evoluzione del modello in sistema a zone multiple, che ha lo scopo di emulare l’andamento della temperatura lungo la direzione longitudinale del catalizzatore.
Successivamente, l’accuratezza del modello viene validata seguendo tre diversi step: innanzitutto alcune simulazioni off-line vengono effettuate per analizzare i fenomeni termodinamici emulati, poi viene svolto un confronto con un modello mono-dimensionale rimediato in letteratura in modo da mostrare le potenzialità del modello a blocchi multipli, per finire con un confronto con dati ottenuti da acquisizioni durante un ciclo di omologazione a bordo veicolo.

Nowadays, the role of Electronic Control Units has become fundamental in huge amount of applications. It behaves like our brain: gathering information using touch, eyesight, hearing, so sensors; analysing these information and, through a specific control strategy, moving our hands or legs, so actuators. Especially in automotive field, innovation and implementation of new technologies need a fast development of ECU software and control strategies. The growing complexity of ECUs needs also an efficient way to test all its functionalities. For this purpose, Hardware In-the Loop technology allows to perform real-time simulations in which ECU is no longer connected to a real component, but to a computer that simulates it with a mathematical model. Despite of its costs, it gives huge amount of advantages, allowing a parallel workflow between ECUs development and testing. Furthermore, it allows flexibility in testing different types of applications. Thus, it is fundamental to create a mathematical model of the plant which merges a realistic representation of the physical system and low computational cost. Only in this way, it can be possible to wholly extrapolate all advantages of HIL and perform activities for ECU development which otherwise can be made only on-board. A generic overview about the Hardware In-the Loop system use in this thesis project is provided. The main goal of this thesis is the development and the implementation for Hardware In-the Loop application of a zero-dimensional multi bricks thermal model of a Selective Catalytic Reduction system, for Diesel engines application. In the first part a theoretical overview about SCR systems for nitrogen oxides reduction in Diesel engines exhaust gases is provided, passing then to analyse new emission regulations, focusing on transition from Euro 6-d Temp to Euro-6d Final for Diesel engines. This requires innovative solutions in terms of pollutants aftertreatment systems layout and control strategies: here considering mainly the nitrogen oxides reduction issue. The second part describes model implementation through Simulink® Platform. Starting from thermodynamic energy balance for both exhaust gases and catalyst, main equations are solved analysing also hypothesis and solutions adopted to consider non ideal behaviour. This part is completed with a description of the multi bricks evolution of the model, which has the purpose to emulate temperature evolution along the longitudinal direction of the catalyst. After that, the accuracy of the model is validated following three different steps: some off-line simulations are proposed in order to analyse all thermodynamic phenomena modelled, then a comparison with a one-dimensional thermal model from literature is carried on in order to exploit advantages of multi-bricks evolution, finally a comparison with data from on-board vehicle acquisition during WLTC homologation cycle is performed.