Progettazione dei livelli gestionali di un'architettura per il controllo della strumentazione di bordo di autoveicoli ibridi con l'impego di un microcontrollore

In un’epoca di sempre crescente utilizzo energetico, accanto alla continua ricerca di fonti alternative alle fossili, risulta di vitale importanza la necessità di incrementare l’efficienza di ogni macchina prodotta dall’uomo.
Accanto a questo è necessario, altresì, ridurre le emissioni di gas inquinanti particolarmente dannose al pianeta e alla vita stessa. Tale problema è molto sentito nei grandi centri urbani, dove ingorghi e traffico contribuiscono ad innalzare le emissioni nocive.
Da ciò discende lo sviluppo della concezione ibrida di un autoveicolo, macchina ad alto rendimento e minor impatto ambientale, basata sull’utilizzo di energia fossile, e ottimizzata sfruttando le conoscenze elettroniche, in costante crescita negli ultimi tempi.
Queste ultime hanno consentito la progettazione di dispositivi di controllo che ottimizzano il funzionamento di tutti i componenti meccanici. Ciò porta direttamente allo scopo del progetto sviluppato: ottimizzare il funzionamento di una macchina ibrida mediante l’utilizzo di un microcontrollore interfacciato ai dispositivi meccanici, aumentandone di questi il rendimento attraverso lo sviluppo di un buon software di controllo.
Con questo lavoro di tesi si è voluto mettere in risalto come un sistema di controllo elettronico, possa realmente incrementare le prestazioni di una macchina. Dapprima si è studiata l’architettura di un autoveicolo ibrido e le sue componenti, motore a combustione interna e motore elettrico. In seguito si è studiata l’unità di microcontrollo digitale e l’interfacciamento di questa ai dispositivi meccanici.
Il controllore utilizzato per il progetto è un integrato della famiglia Infineon denominato XC167. Esso dispone di una CPU a 16 bit basata sul core C166V2 con 16 Mbytes di RAM in parte integrata sullo stesso, in parte montata sulla scheda di sviluppo Phytec. Inoltre possiede un gran numero di linee di ingresso/uscita per la gestione dei sensori e degli attuatori, dispone di convertitori sia ADC (analogico/digitale) che DAC (digitale/analogico). Contiene unità di temporizzazione e dispositivi di controllo per eventi periferici (PEC, Periferical Event Controlled) al fine di riconoscere interruzioni da periferiche esterne e asservirle.
I risultati ottenuti in questo lavoro di tesi sono importati per lo sviluppo futuro dell’autoveicolo. Le prove sia di acquisizione che di temporizzazione hanno imposto dei vincoli sulla tipologia di sensori da utilizzare e sulla velocità con la quale i dati provenienti da tali sensori devono essere gestiti. Le prove effettuate sull’acquisizione sono servite ad avere una conoscenza di base su come tali valori devono essere letti e compresi dall’unità di controllo.
Concludendo la mia idea di ottimizzazione dei veicoli pone in particolare rilievo l’utilizzo dei microcontrollori e la gestione elettronica dei componenti meccanici. Un circuito è capace di far funzionare una parte meccanica con un’interfaccia uomo-macchina semplificata e più efficiente. Infatti il controllo elettronico potrebbe garantire che il veicolo diventi a prova di errore umano, ciò significa che di fronte ad un errore di guida del conducente il controllore segnala lo sbaglio e lo corregge oppure non esegue il comando.
L’ingegneria dell’automazione, finora sottovalutata, è divenuta un elemento inscindibile nel ambiente progettuale di qualunque dispositivo meccanico. Grazie ai controlli automatici si riesce a ottimizzare il funzionamento di tutte le apparecchiature sia di uso comune come un’automobile, che di processi industriali.