Corso di Sistemi di Trazione Lezione 35: Information and Communication Technologies per la mobilità: il monitoraggio energetico ambientale delle flotte Ing. F. Ortenzi (Ph.D) – ENEA (Centro Ricerche Casaccia) A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA 2014-2015

La misura in tempo reale di consumi ed emissioni Argomenti La misura in tempo reale di consumi ed emissioni Le tecnologie ICT per comunicare col veicolo Metodi per calcolare consumi ed emissioni istantanei dei veicoli a partire dai dati di funzionamento Applicazioni sperimentali e primi risultati Possibili applicazioni future per la gestione della mobilità Il docente inizia la lezione e descrive gli argomenti che tratterà. Le lezioni iniziano sempre con questa formula: “In questa lezione parleremo di: argomento 1 Argomento 2 Argomento n Ove opportuno, in questa come nelle altre slide, può essere utilizzato il seguente effetto di animazione: Entrata, Dissolvenza, Veloce, Al clic del mouse. Per inserire nuove diapositive, utilizzare sempre l’apposita funzione di PowerPoint: Menu Inserisci Nuova diapositiva. Scegliere, eventualmente, dal Riquadro attività, un layout diverso da quello proposto in automatico, ma SEMPRE tra quelli disponibili. Evitare il layout “Solo titolo”.

Obiettivi Conoscere gli ultimi sviluppi della ricerca in materia di ICT per il monitoraggio delle flotte Sapere che i veicoli hanno sistemi di comunicazione standardizzati e quali parametri vengano trasmessi (approfondimenti nel corso di Sistemi di acquisizione e processamento dati per veicoli e trasporto) Conoscere i metodi con cui calcolare le emissioni istantanee dei veicoli a partire dai dati istantanei del funzionamento del motore Comprendere le potenziali applicazioni di queste tecnologie Il docente descrive gli obiettivi della lezione. Anche in questo caso può utilizzare l’ effetto di animazione: Entrata, Dissolvenza, Veloce, Al clic del mouse.

Misure su strada: Horiba OBS 1300

Metodo per la misura del comportamento energetico emissivo di un veicolo Sviluppato dal Centro di Ricerca per il Trasporto e la Logistica (CTL), prevede il calcolo sulla base di parametri motoristici (carico motore, rapporto aria/combustibile, portata d’aria aspirata, ecc) prelevati dal sistema elettronico di diagnosi e controllo del veicolo (EOBD). Il metodo prevede: la lettura in tempo reale e l’immagazzinamento dei parametri motoristici mediante una strumentazione che preleva i dati dalla presa diagnostica del veicolo dei modelli fisico/matematici di calcolo di consumi ed emissioni istantanee di un veicolo in base alle condizioni istantanee di funzionamento. una procedura di calibrazione dei modelli

Caratteristiche interfaccia OBD Standard relativi all’ Hardware: VPW: SAEJ1850 (General Motors) PWM: SAEJ1850 (Ford) ISO9141-2: (Veicoli Europei ed Asiatici) KWP2000: SAE14230-4 (Veicoli Europei ed Asiatici) CAN: SAEJ2284-3/ISO15765 Protocollo di comunicazione: SAEJ1979 (E/E Diagnostic Test Modes) SAEJ2180 (Enhanced E/E Diagnostic Test Modes)

Il software di acquisizione

Elettronica del Veicolo (IVECO Daily 2.8 CNG)

Funzionamento della centralina (1/2) La centralina elettronica elabora i segnali provenienti dai vari sensori e comanda degli attuatori in modo da ottenere il miglior funzionamento possibile del motore. Il dosaggio ottimale del combustibile è ottenuto attraverso l’analisi delle seguenti informazioni che pervengono alla centralina elettronica: angolo di apertura della farfalla, misurato mediante un sensore posizione farfalla; posizione di ciascuna coppia di stantuffi rispetto al PMS del cilindro 1; regime motore, rilevato dal sensore di giri posto sul volano motore; ossigeno presente nei gas di scarico (miscela ricca o povera), rilevato dalla sonda lambda;

Funzionamento della centralina (2/2) portata aria, calcolata elaborando i seguenti dati: - giri motore; - pressione assoluta nel collettore di aspirazione, rilevata con il sensore di pressione. - temperatura dell’aria di aspirazione, rilevata mediante il sensore di temperatura aria posto nel collettore di aspirazione; temperatura acqua di raffreddamento motore, con il sensore di temperatura acqua; fase del motore, per ottimizzare l’angolo motore a cui immettere il combustibile e dare l’anticipo di accensione ottimale, mediante il sensore di fase; la tensione di batteria, per correggere il tempo di apertura degli iniettori.

La strumentazione di bordo SW CTL Acquisition Car PC Advantech ARK 1388 (GPS, GSM/GPRS/UMTS, CAN, WiFi, GPIO) CTL customized ERMES Group 2011 plenary meeting 27/06/2011

ECE15: esecuzione automatica al banco a rulli Hardware utilizzato: Arduino Software per l’esecuzione del ciclo ECE15 e PID per il controllo Veicolo: Prototipo ENEA (Urb-e)

Il sistema di monitoraggio CTL

La strumentazione di bordo

Presa Diagnostica Iveco (Can)

Presa Diagnostica OBD

Parametri acquisibili tramite OBD (ISO9141-2) Velocità Rapporto Aria-Combustibile Portata aria Numero di giri Posizione farfalla Carico motore % Tensione sonda Lambda Temperatura Refrigerante Livello combustibile Temperatura Catalizzatore Temperatura Ambiente Pressione Ambiente

Logica di acquisizione (OBD) Caso V>0: Velocità Rapporto Aria-Combustibile Portata aria Numero di giri Posizione farfalla Carico motore % Pressione aspirazione EGR Anticipo Motore Tensione sonda Lambda Caso V=0: Temperatura aspirazione Temperatura Refrigerante Livello combustibile Temperatura Catalizzatore Temperatura Ambiente Pressione Ambiente

Confronto tra i risultati misurati con L’OBS e i modelli Urban Rural Motorway

Gestione elettronica degli autocarri (SAE J1939) Linea su cui si scambiano informazioni le varie centraline presenti nel veicolo

Iveco Stralis

Logica di acquisizione autocarri (Can) 1/2 1. Trasportistici Velocità veicolo Distanza totale percorsa Temperatura del cassone Condizioni ambientali:. Consumo istantaneo l/h o km/l Coppia richiesta dall’autista Stile di guida: posizione pedali (acceleratore,freno,frizione, retarder) Rpm Coppia erogata dal motore 2. Motoristici Curva di coppia motore e max rpm Durata combustione Tempo di iniezione Coppia frenata dal Retarder e sua curva Carico motore% Turbocompressore (temperature,pressioni ecc.) Coppia% di attrito motore Marce e rapporti al cambio Temperature e pressione motore (intercooler, condotto aspirazione, combustibile)

Logica di acquisizione autocarri (Can) 2/2 Diagnostica Presenza Guasti e relativo codice Livello olio, acqua, combustibile, washer Pressione olio e acqua ecc. Tensione batterie Ore di funzionamento del motore Pressione aria ausiliari (freni ecc.) Service information Temperature motore (acqua ,olio motore) Stato di usura organi meccanici (freni, frizione ecc.) 4. Dinamica del Veicolo Velocità di ogni singola ruota (raggio di curvatura); Informazioni relative alle sospensioni

Compatibilità della strumentazione Tutti i veicoli e piccoli autocarri ad accensione comandata europei immatricolati dal 2001(2000 per i nuovi modelli), americani dal 1996 Tutti i veicoli e piccoli autocarri Diesel europei dal 2004 (2003 per i nuovi modelli) Tutti gli autocarri dotati di CAN Bus (~2004)

Monitorati con la strumentazione CTL Una prima applicazione: campagna monitoraggio d’uso reale per Honda in collaborazione col Ministero dell’ambiente 2 Honda Civic Hybrid Guidate da due autisti differenti monitorate da ottobre 2007 a marzo 2008 nel loro reale utilizzo 10000 km di acquisizioni Monitorati con la strumentazione CTL Che misurano le emissioni tramite modelli di calcolo alimentati dai dati CAN Calibrati e validati al banco a rulli

Esempio risultati della campagna Honda: confronto di emissioni di CO dei due guidatori sullo stesso arco stradale 20/09/2018

Seconda Applicazione: monitoraggio di flotte di 2 autocarri Parametri da monitorare Ore di guida Rifornimenti Analisi dei consumi fra veicoli Analisi dei consumi fra le tratte Pianificazione dei viaggi

Analisi del cronotachigrafo Ore di guida medie al giorno 6.18.32 Ore riposo medie al giorno 6.24.37 Numero di eccessi ore di guida (2 mesi) 2 Siti con soste lunghe Sito A (32) 3:05 h durata media (min 0:37 max 8:32) Sito B(3) 4:07 h durata media (min 2:13 max 5:46) Sito C 1 sosta sola da 3:00h Sito D 1 sosta sola da 2:30h Gestione Flotte - Pigliacelli 20/09/2018 Pagina 28

Confronto consumi veicolo con i rifornimenti effettuati

Confronto consumi Man e Iveco

Confronti dei consumi della presa di forza Lo scarico del veicolo mediante presa di forza ha durate e consumi diversi: 30 minuti, al consumo di 8 l/h per il MAN e 10,7 per l’Iveco 1 ora o 1,5 ore, al consumo di 9,5 l/h per il MAN e 13,5 per l’Iveco Dipende dalla densità di ciò che trasporta? Cemento in polvere (1300 kg/m3) Polvere di marmo (?) Sabbia (1500 kg/m3) Soda (2130 kg/m3)

Confronto tratta 1: traffico Via Tecchiena km 42, tempo 1h IVECO consuma 30 litri (casi 4) Via Casilina km 37, tempo 50 min IVECO consuma 24 litri MAN consuma 19 litri (casi IVECO 9, MAN 8)

Confronto tratta 2: autostrada A1 Cassino-A1 Ceprano km tot 84,5 km autostrada 27,6 Tempo di viaggio 1:25 h consumo 49,5 l pedaggio €3,80 costo totale €60,73 A1 Cassino-A1 Frosinone km tot 83 km autostrada 45,5 Tempo di viaggio 1:16 h consumo 46,5 l pedaggio €6,10 costo totale €59,58

Esempio di uso dei dati raccolti: Scelta del piazzale per ricovero notturno Ricovero a Veroli Giorno A Consumo 18.5 litri Consegna a Capoleprata Giorno B Consumo 14.1 litri Totale consumo 32.6 litri (€37.49) Spesa totale €37.49 Ricovero a Colleferro Giorno A Consumo 2.5 litri Consegna a Capoleprata Giorno B Consumo 18.3 litri Totale consumo 20.8 litri (€26.62) Autostrada €2.70 Spesa totale €29.32

Utilizzazione del veicolo Tempo in viaggio: 43.83% In sosta per carico/scarico e soste tecniche: 52.75% In altre soste: 3.42% Percorrenze A veicolo carico: 68% A veicolo scarico: 32% Consumi A veicolo carico: 79 % A veicolo scarico: 21%

Prospettive di applicazione di questo metodo Monitoraggi di flotta Per motivi di ricerca Per applicazioni commerciali Politiche di gestione degli accessi a zone a traffico limitato attraverso “crediti ambientali” esauriti i quali si perde il diritto di accesso Regulation through revelation – un ente certificatore attribuisce etichette “rivelatrici” dell’inquinamento prodotto dai veicoli che hanno consegnato i prodotti consentendo a chi compra di scegliere quelli “ecologici” Pricing condizionato alle emissioni Il pagamento della tassa di circolazione può essere indicizzato con le emissioni Ad incassare la tassa potrebbero essere i Comuni in cui le emissioni sono state prodotte

Futuri sviluppi del metodo Completamento del set di inquinanti Realizzazione di modelli e procedure di calibrazione per quegli inquinanti ancora non coperti Miglioramento dei modelli per includere quelle cause di generazione originariamente trascurate perché di ordine inferiore Validazione del metodo per un campione di veicoli Il metodo è validato per alcuni veicoli ma non per un campione statisticamente rappresentativo dell’universo Individuazione di calibrazioni di “tipo” se fosse possibile calibrare i modelli per un solo veicolo per marca e modello anziché per ogni singolo veicolo il numero delle calibrazioni necessarie diminuirebbe di diversi ordini di grandezza Individuazione delle dipendenze dei modelli dall’invecchiamento dei propulsori

Conclusioni L’elettronica di bordo del veicolo consente di conoscere dettagliatamente il funzionamento istantaneo del veicolo Un sistema di acquisizione connesso con il sistema diagnostico del veicolo può immagazzinare i dati di funzionamento e con questi calcolare, tramite opportuni modelli le emissioni istantanee del veicolo Misurare le emissioni istantanee dei veicoli consente di ideare nuove politiche più efficaci per far rispettare i limiti di emissione promuovere il mercato dei sistemi di trazione ecologici È opportuno che il docente al termine di ogni lezione proceda con un riepilogo degli argomenti trattati e si congedi utilizzando la formula “Grazie per l’attenzione”.

Grazie per l’attenzione! fernando.ortenzi@enea.it