Performance assessment of vehicular connectivity in hybrid electric vehicles for fuel and emissions reduction

Nowadays, the spreading of the air pollution crisis enhanced by greenhouse gases emission is leading to the worsening of global warming. Recently, several metropolitan cities introduced Zero-Emissions Zones where the use of the Internal Combustion Engine is forbidden to reduce localized pollutants emissions. This is particularly problematic for Plug-in Hybrid Electric Vehicles, which usually work in depleting mode. In order to address these issues, the present thesis presents a viable solution by exploiting vehicular connectivity to retrieve navigation data of the urban event along a selected route. The battery energy needed, in the form of a minimum State of Charge (SoC), is calculated by a Speed Profile Prediction algorithm and a Backward Vehicle Model. That value is then fed to both a Rule-Based Strategy, developed specifically for this application, and an Adaptive Equivalent Consumption Minimization Strategy (A-ECMS). The effectiveness of this approach has been tested with a Connected Hardware-in-the-Loop (C-HiL) on a driving cycle measured on-road, stimulating the predictions with multiple re-routings. However, even if hybrid electric vehicles have been recognized as a valid solution in response to increasingly tight regulations, the reduced engine load and the repeated engine starts and stops may reduce substantially the temperature of the exhaust after-treatment system (EATS), leading to relevant issues related to pollutant emission control. In this context, electrically heated catalysts (EHCs) represent a promising solution to ensure high pollutant conversion efficiency without affecting engine efficiency and performance. This work aims at studying the advantages provided by the introduction of a predictive EHC control function for a light-duty Diesel plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) equipped with a Euro 7-oriented EATS. Based on the knowledge of future driving scenarios provided by vehicular connectivity, engine first start can be predicted and therefore an EATS pre-heating phase can be planned.

Utilizzo di una rete protesica in polipropilene in supporto all'erniorrafia perineale tradizionale nel cane

Scopo del progetto di dottorato è stato quello di mettere a punto l’utilizzo di una tecnica alternativa, rispetto a quelle riportate in letteratura, per la risoluzione dell’ernia perineale nel cane. Tale tecnica si propone di risolvere il difetto mediante l’ausilio di una rete protesica in polipropilene in supporto all’erniorrafia perineale tradizionale, mediante sutura a punti staccati dei muscoli che costituiscono il diaframma pelvico. Questa procedura risulta meno invasiva per l’animale rispetto alla tecnica che in letteratura viene definita il gold standard, ovvero la trasposizione del muscolo otturatore interno (Shaughnessy and Monnet, 2015), ed altre tecniche traspositive, quali la trasposizione del muscolo semitendinoso (Morello et al., 2015) e del gluteo superficiale (Bellenger & Canfield, 2002), con tempi di recupero postoperatori più rapidi e una gestione più semplice da parte del proprietario, pur mantenendo eccellenti outcomes. La messa a punto di questa procedura nasce dalla necessità di trovare una tecnica semplice da eseguire, che determini una chiusura del diaframma pelvico tale da evitare la comparsa di recidive e minimizzare le complicazioni post-operatorie. L’intento del progetto è stato di combinare l’erniorrafia perineale tradizionale con l’utilizzo di reti protesiche così da ricostruire il diaframma pelvico con i muscoli deputati a svolgere tale compito e fornire, tramite la rete, un maggiore supporto alla rafia, evitando le trasposizioni muscolari che comporterebbero un intervento più demolitivo e un recupero più lento da parte del paziente. Sono stati inclusi nello studio 30 cani portatori di ernia perineale, per un totale di 50 ernie, trattati con l’intervento proposto dal progetto. Di ogni caso sono stati raccolti il segnalamento, l’anamnesi, le indagini diagnostiche e i successivi follow up post-operatori considerando le eventuali complicazioni o la comparsa di recidiva dell’ernia.

Stability issues in racing motorcycles: an in-depth analysis of the chatter vibration

Racing motorcycles are prone to an unstable oscillatory motion of the swingarm and rear wheel, commonly known as ‘chatter’. This vibration mode typically has a frequency of 17 Hz to 22 Hz and typically occurs during heavy braking manoeuvres. The appearance of chatter can cause reduced rider confidence, and therefore lead to longer lap times during races and the increased risk of crashing. This thesis looks to further the understanding of this mode. It includes the development of a simplified model to explore the effects roll angle and lateral dynamics have on the chatter mode using linear analysis. The mechanisms of instability and parameter sensitivities are also examined. The effects of the nonlinearities present in the minimal model equations of motion are examined, including the identification of limit cycles and their stability, inspecting individual nonlinear terms and their effects, and introducing tyre relaxation and determining the effect it has on the dynamics. Finally, an exploratory study of the mid-corner region of a typical racing manoeuvre is performed in hopes to better understand if any high frequency tyre induced instabilities like chatter can occur.

Power converters in WBG device technology for automotive applications and characterization setups for GaN power transistors

This PhD dissertation envisages the design of innovative power converters exploiting WBG devices to get state-of-the-art performance in products intended for industrial applications of automotive field. The collaborations with different specialized companies, provided the opportunity to access commercially-available state-of-the-art SiC and GaN technologies and the possibility to realize innovative converter prototypes. Concerning SiC technology, the complete design of a $350kW$ Battery Emulator instrument in collaboration with a company leader in the automotive testing sector, was carried out from scratch exploiting state-of-the-art SiC power-modules, planar magnetics and top-notch MCU technologies. Discrete high-voltage GaN switches were exploited in the Power Supplies design for automotive charger application to target improved performances compared to the market state-of-the-art. Specifically, two high-efficiency prototypes, an AC/DC converter and a DC/DC converter of $7.5kW$, have been realized for this purpose. To further investigate the characteristics of state-of-the-art GaN power devices two measurement set-ups have been designed. In particular, the trapping phenomenon causing the collapse of drain current during ON-state with a consequent degradation of ON-resistance has been analyzed.

Fluorogenic hyaluronan-based probe: characterization and use in advanced microscopy

Among all, the application of nanomaterials in biomedical research and most recently in the environmental one has opened the fields of nanomedicine and nanoremediation. Sensing methods based on fluorescence optical probe are generally requested for their selectivity, sensitivity. However, most imaging methods in literature rely on a fluorescent covalent labelling of the system. Therefore, the main aim of this project was to synthetise a biocompatible fluorogenic hyaluronan probe (HA) polymer functionalised with a rhomadine B (RB) moieties and study its behaviour as an optical probe with different materials with microscopy techniques. A derivatization of HA with RB (HA-RB) was successfully obtained providing a photophysical characterization showing a particular fluorescence mechanism of the probe. Firstly, we tested the interaction with different lab-grade micro and nanoplastics in water. Thanks to the peculiar photophysical behaviour of the probe nanoplastics can be detected with confocal microscopy and more interestingly their nature can be discriminated based on the fluorescence lifetime decay with FLIM microscopy. After, the interaction of a model plant derived metabolic enzyme GAPC1 undergoing oxidative-triggered aggregation was explored with the HA-RB. We highlighted the probe interaction with the protein even at early stage of the kinetic. Moreover, nanoparticle tracking analysis (NTA) experiment demonstrates that the probe is in fact able to interact with the small pre-aggregates in the early stage of the aggregation kinetic. Ultimately, we focused on the possibility to apply the probe in a super resolution microscopy technique, PALM, exploiting its aspecific interaction to characterize the surface topography of PTFE polydisperse microplastics. Optimal conditions were reached at high concentration of the probe (70 nM) where 0.5-5 nM is always advisable for this technique. Thanks to the polymeric nature and fluorescence mechanism of the probe, this technique was able to reveal features of PTFE surface under the diffraction limit (< 250 nm).

Development of multicomponent models for the prediction of lubricant oil-fuel dilution in internal combustion engines

The current environmental crisis is forcing the automotive industry to face tough challenges for the Internal Combustion Engines development in order to reduce the emissions of pollutants and Greenhouse gases. In this context, in the last decades, the main technological solutions adopted by the manufacturers have been the direct injection and the engine downsizing, which led to the rising of new concerns related to the fuel-cylinder walls physical interaction. The fuel spray possibly impacts the cylinder liner wall, which is wetted by the lubricant oil thus causing the derating of the lubricant properties, increasing the oil consumption, and contaminating the lubricant oil in the crankcase. Also, concerning hydrogen fuelled internal combustion engines, it is likely that the high near-wall temperature, which is typical of the hydrogen flame, results in the evaporation of a portion of the lubricant oil, increasing its consumption. With regards on the innovative combustion systems and their control strategies, optical accessible engines are fundamental tools for experimental investigations on such combustion systems. Though, due to the optical measurement line, optical engines suffer from a high level of blow-by, which must be accounted for. In light of the above, this thesis work aims to develop numerical methodologies with the aim to build useful tools for supporting the design of modern engines. In particular, a one-dimensional modelling of the lubricant oil-fuel dilution and oil evaporation has been performed and coupled with an optimization algorithm to achieve a lubricant oil surrogate. Then, a quasi-dimensional blow-by model has been developed and validated against experimental data. Such model, has been coupled with CFD 3D simulations and directly implemented in CFD 3D. Finally, CFD 3D simulations coupled with the VOF method have been performed in order to validate a methodology for studying the impact of a liquid droplet on a solid surface.

In-car sound linear simulation

In recent years, vehicle acoustics have gained significant importance in new car development: increasingly advanced infotainment systems for spatial audio and sound enhancement algorithms have become the norm in modern vehicles. In the past, car manufacturers had to build numerous prototypes to study the sound behaviour inside the car cabin or the effect of new algorithms under development. Nowadays, advanced simulation techniques can reduce development costs and time. In this work, after selecting the reference test vehicle, a modern luxury sedan equipped with a high-end sound system, two independent tools were developed: a simulation tool created in the Comsol Multiphysics environment and an auralization tool developed in the Cycling ‘74 MAX environment. The simulation tool can calculate the impulse response and acoustic spectrum at a specific position inside the cockpit. Its input data are the vehicle’s geometry, acoustic absorption parameters of materials, the acoustic characteristics and position of loudspeakers, and the type and position of virtual microphones (or microphone arrays). The simulation tool can also provide binaural impulse responses thanks to Head Related Transfer Functions (HRTFs) and an innovative algorithm able to compute the HRTF at any distance and angle from the head. Impulse responses from simulations or acoustic measurements inside the car cabin are processed and fed into the auralization tool, enabling real-time interaction by applying filters, changing the channels gain or displaying the acoustic spectrum. Since the acoustic simulation of a vehicle involves multiple topics, the focus of this work has not only been the development of two tools but also the study and application of new techniques for acoustic characterization of the materials that compose the cockpit and the loudspeaker simulation. Specifically, three different methods have been applied for material characterization through the use of a pressure-velocity probe, a Laser Doppler Vibrometer (LDV), and a microphone array.

Insegnare l'italiano L2 per fini di studio: una proposta di letture graduate per gli studenti cinesi

Dati i problemi di comprensione linguistica riscontrati dagli studenti cinesi nel contesto accademico e la crescente necessità della didattica dell’italiano L2 per fini di studio, il presente lavoro ha come obiettivo finale la creazione di letture graduate, proposte come materiali didattici comprensibili e mirati agli studenti cinesi di italiano L2, in modo da agevolare il loro approccio ai testi impegnativi richiesti per gli studi artistico-professionali. In particolare, nei primi due capitoli si discute il ruolo significativo della distanza linguistica tra italiano e cinese nell’acquisizione della L2 da parte degli studenti cinesi e nello sviluppo della loro abilità di lettura in L2. In seguito, per capire come debba essere un input ideale per l’acquisizione linguistica a fini di studio, vengono esaminati vari approcci glottodidattici basati sull’input, e si osservano i tratti delle varietà di italiano presenti nel contesto accademico. Il lavoro procede poi con un’analisi delle specifiche caratteristiche linguistiche riscontrate in manuali universitari di storia dell’arte, utilizzando sia un approccio quantitativo che qualitativo, con l’obiettivo di avere un “panorama” delle complessità linguistiche che uno studente L2 deve affrontare nello studio. Successivamente, verrà presentata una sperimentazione di riscrittura con due gruppi, i quali sono stati sottoposti rispettivamente al testo originale e a quello riscritto secondo i criteri formulati dallo studio teorico sul confronto tipologico. I risultati ottenuti confermano sia le interferenze del cinese nella lettura in italiano, sia l’efficacia degli approcci linguistici individuati nel facilitare la comprensibilità del testo per gli studenti cinesi di livello A2-B1. Di conseguenze, viene proposto un percorso di letture graduate per gli studenti cinesi di belle arti; oltre a essere comprensibili, le letture mirano anche all’acquisizione delle varietà di italiano necessarie per lo studio accademico-professionale. L’ultima parte del lavoro è dedicata alle riflessioni teoriche e didattiche sviluppate nel corso della ricerca.

Predizione degli outcome del rivolgimento per manovre esterne nelle gravidanze con presentazione podalica del feto con l'utilizzo dell'angolo di progressione della parte presentata

Introduzione: La presentazione podalica complica il 3-4% delle gravidanze singole a termine. Sebbene il parto vaginale sia possibile, gli studi in letteratura hanno riportato un aumento del rischio di mortalità e morbilità fetale. Di conseguenza nel mondo il numero di tagli cesarei eseguiti per presentazione podalica è alto. Il rivolgimento per manovre esterne (RME) è una procedura ostetrica sicura che permette il passaggio del feto dalla presentazione podalica a quella cefalica, riducendo il numero dei tagli cesarei. L’angolo di progressione della parte presentata (AoP) è un parametro ecografico descritto in letteratura per la valutazione della progressione della parte presentata attraverso il canale del parto ed è stato recentemente studiato nelle gravidanze con presentazione podalica del feto. Obiettivi: L’obiettivo primario è valutare la correlazione tra l’AoP e il successo del RME. L’obiettivo secondario è verificare se esiste correlazione tra parametri anamnestici ed ecografici e la riuscita del RME. Materiali e metodi: È stato condotto uno studio osservazione prospettico monocentrico, sono state reclutate previo consenso informato 54 pazienti afferenti presso l’Ospedale Maggiore di Bologna con gravidanza singola dopo le 36 settimane e feto in presentazione podalica tra gennaio 2020 e giugno 2023. Risultati: La percentuale di RME riusciti è stata del 48,2%, il 53,7% delle donne ha partorito mediante taglio cesareo. Non abbiamo trovato una correlazione tra AoP e successo del rivolgimento. Tra le altre variabili analizzate l’unica correlata al successo del RME è la quantità di liquido amniotico Conclusioni: Non abbiamo trovato una correlazione tra AOP e successo del RME. Come descritto in letteratura l’unico parametro ecografico che è risultato associato al successo del RME è la quantità di liquido amniotico. Dato il disegno dello studio e la scarsa numerosità del campione sono necessari ulteriori studi per confermare i risultati.

Models for the assessment of resilience in water distribution networks

The following thesis work focuses on the use and implementation of advanced models for measuring the resilience of water distribution networks. In particular, the functions implemented in GRA Tool, a software developed by the University of Exeter (UK), and the functions of the Toolkit of Epanet 2.2 were investigated. The study of the resilience and failure, obtained through GRA Tool and the development of the methodology based on the combined use of EPANET 2.2 and MATLAB software, was tested in a first phase, on a small-sized literature water distribution network, so that the variability of the results could be perceived more clearly and with greater immediacy, and then, on a more complex network, that of Modena. In the specific, it has been decided to go to recreate a mode of failure deferred in time, one proposed by the software GRA Tool, that is failure to the pipes, to make a comparison between the two methodologies. The analysis of hydraulic efficiency was conducted using a synthetic and global network performance index, i.e., Resilience index, introduced by Todini in the years 2000-2016. In fact, this index, being one of the parameters with which to evaluate the overall state of "hydraulic well-being" of a network, has the advantage of being able to act as a criterion for selecting any improvements to be made on the network itself. Furthermore, during these analyzes, was shown the analytical development undergone over time by the formula of the Resilience Index. The final intent of this thesis work was to understand by what means to improve the resilience of the system in question, as the introduction of the scenario linked to the rupture of the pipelines was designed to be able to identify the most problematic branches, i.e., those that in the event of a failure it would entail greater damage to the network, including lowering the Resilience Index.

Modifica al capitolato anas per la salvaguardia degli impatti ambientali delle strade

L’economia e l’ambiente sono da sempre considerati come i due elementi di una relazione inevitabile quanto difficile: il mercato, con i meccanismi concorrenziali ad esso connaturati, è visto come nemico dell’ambiente in quanto per le imprese, gli interessi puramente economici e di profitto prevalgono sulla tutela ambientale; l’ambiente invece frena il progresso tecnologico, pone vincoli allo sfruttamento delle risorse ambientali e condiziona lo sviluppo economico, il quale vuole aiutare a migliorare il tenore di vita della collettività. Pertanto tale tesi ha lo scopo di proporre modifiche all’attuale capitolato prestazionale dell’ANAS, tenendo conto delle politiche di “green economy” che orientano ad una nuova economia fatta di alleanza tra soggetti sociali ed istituzionali, di innovazione in ricerca, processi di produzione più sostenibili e di identità territoriale, tale da saper creare occupazione, rafforzare la comunità locale e dialogare nei mercati globali. È chiaro che, per quanto tali proposte possano delineare nuovi scenari comunitari in materia di appalti, si ha che la rivoluzione culturale nella visione e gestione del territorio potrà continuare a migliorare il rapporto tra qualità della vita e dell’ambiente. Quindi voglia essere, questa tesi, uno sprono anche alle nuove generazioni, le quali dovranno essere educate a considerare la “risorsa” come un bene da tutelare, da conservare e da utilizzare con oculatezza e ad integrare il “principio di responsabilità” verso l’ambiente con quello della “libertà” di godere delle risorse dell’ambiente stesso.

Produzione di biogas dagli scarti della lavorazione dell’alga ulva lactuca coltivata in mare aperto

Il presente lavoro si pone tre obiettivi: studio dei possibili utilizzi del sottoprodotto algale di Ulva L., a valle di un processo di estrazione dell’azienda South Agro srl che produce biofertilizzanti da alghe; digestione anaerobica del sottoprodotto, presso i laboratori dell’Università di Bologna, per determinarne il BMP; analisi costi-benefici per tre scenari diversi per un impianto a biogas di piccola taglia. Il primo obiettivo, è stato conseguito tramite una panoramica bibliografica delle vie di biovalorizzazione della biomassa Ulva L. Emerge che Ulva L. presenta numerose potenzialità dall’ambito alimentare ai chemicals, dall’ambito energetico a quello dei fertilizzanti. In questo lavoro esploreremo la conversione per valorizzazione energetica. Per il secondo obiettivo, è stato effettuato lo studio del potenziale biochimico del metano del residuo dell’azienda: ha prodotto una quantità di metano inferiore alla quota minima emersa dalle ricerche, che incrociano valutazioni del BMP alle fattibilità economiche di transformazione per la produzione di biometano. Questo suggerisce una possibile digestione anaerobica con un feed costituito da diversi residui algali a disposizione della stessa azienda, dato che tratta tre macroalghe. Considerando un valore di BMP di 180 Nmq / t SV, corrispondente a un feed di 3,3 t/g proveniente da tre alghe diverse, emerge una potenzialità di biometano prodotto economicamente possibile per un impianto a biogas di piccola taglia. Per il terzo obiettivo, è stata effettuata un’analisi costi-benefici tramite MATLAB e fogli Excel, basate su ricerche di impianti a biogas di piccola taglia e applicazione degli incentivi vigenti dalle normative. Il tutto è servito per creare tre scenari diversi (100, 200 e 300 kWel) che avvierebbero diversi benefici a livello territoriale, oltre che per l’azienda in questione: efficientamento energetico, economici, ambientali, simbiosi industriale e anche di avviamento di processi d’economia circolare.

Machine learning per la previsione sui prezzi delle case

Negli ultimi anni, a causa della crescente tendenza verso i Big Data, l’apprendimento automatico è diventato un approccio di previsione fondamentale perché può prevedere i prezzi delle case in modo accurato in base agli attributi delle abitazioni. In questo elaborato, verranno messe in pratica alcune tecniche di machine learning con l’obiettivo di effettuare previsioni sui prezzi delle abitazioni. Ad esempio, si può pensare all’acquisto di una nuova casa, saranno tanti i fattori di cui si dovrà preoccuparsi, la posizione, i metri quadrati, l’inquinamento dell’aria, il numero di stanze, il numero dei bagni e così via. Tutti questi fattori possono influire in modo più o meno pesante sul prezzo di quell’abitazione. E’ proprio in casi come questi che può essere applicata l’intelligenza artificiale, nello specifico il machine learning, per riuscire a trovare un modello che approssimi nel miglior modo un prezzo, data una serie di caratteristiche. In questa tesi verrà dimostrato come è possibile utilizzare l’apprendimento automatico per effettuare delle stime il più preciso possibile dei prezzi delle case. La tesi è divisa in 5 capitoli, nel primo capitolo verranno introdotti i concetti di base su cui si basa l’elaborato e alcune spiegazioni dei singoli modelli. Nel secondo capitolo, invece, viene trattato l’ambiente di lavoro utilizzato, il linguaggio e le relative librerie utilizzate. Il terzo capitolo contiene un’analisi esplorativa sul dataset utilizzato e vengono effettuate delle operazioni per preparare i dati agli algoritmi che verranno applicati in seguito. Nel capitolo 4 vengono creati i diversi modelli ed effettuate le previsioni sui prezzi mentre nel capitolo 5 vengono analizzati i risultati ottenuti e riportate le conclusioni.

Dati meteorologici su Web: analisi delle API e sviluppo di un’applicazione mobile per il confronto

Lo scopo di questa tesi è analizzare le API disponibili sul Web che forniscono dati meteorologici e in particolare analizzare i servizi che esse offrono. La tesi include la descrizione di confronti già presenti sul Web ed è seguita dalla definizione di una griglia di valutazione con cui sono state analizzate le API meteo e le varie funzionalità che esse offrono. Infine il lavoro si completa con lo sviluppo di un’applicazione mobile realizzata in React Native, in cui è possibile leggere e confrontare in modo interattivo i dati attuali e storici forniti dalle API, inoltre permette di filtrare le API meteo in base alle caratteristiche che si cercano.

Analisi palinsestuale e pubblicitaria dei contenuti televisivi ritrovati nei volumi in VHS dell'archivio della videoteca del DAR

L'oggetto del mio studio sono i contenuti televisivi (pubblicità, programmi, promozioni televisive) che accompagnano i film archiviati nelle videocassette contenute nell'archivio della videoteca del Dipartimento delle Arti. Una prima fase del lavoro, di natura pratica, mi ha fisicamente portato in videoteca per studiare un campione di più di 2500 videocassette in poco più di un mese e raccogliere dati relativi a quali contenuti di natura televisiva vi si presentassero insieme al film archiviato. Ho visionato e censito, con la supervisione del dott. Gianmario Merizzi, circa 1800 cassette VHS, corrispondenti alla filmografia italiana e francese, raccolte e registrate in un periodo compreso tra gli anni '80 e i primi 2000. Dopo aver raccolto tutte le informazioni utili, ho eseguito un'analisi palinsestuale e pubblicitaria su un campione ridotto di 7 videocassette scelte secondo criteri ben precisi. L'analisi palinsestuale, con il supporto del correlatore, il prof. Luca Barra, ha rivelato i cambiamenti delle strategie di programmazione messe in atto dalle reti in risposta ai cambiamenti normativi, tecnologici e competitivi che hanno segnato la TV italiana negli anni '80 e '90; L'analisi pubblicitaria ha preso in esame i 25 messaggi pubblicitari contenuti nei 7 volumi approfonditi, descrivendone le dinamiche sia del messaggio pubblicitario stesso, sia di come questo si contestualizza all'interno della programmazione televisiva. Infine, ho dedicato un capitolo al valore archivistico dei contenuti della videoteca, raccogliendo le testimonianze del dott. Gianmario Merizzi e della dott.ssa Michela Giorgi, i quali mi hanno aiutato a ricostruire i momenti salienti della costituzione dell'archivio e a riflettere sul futuro incerto che questi servizi oggi affrontano, in un presente sempre più virtuale e ipermediato.