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1  sur  20
Pure Power Control S.r.l.
         environmentally‐friendly solutions




 Polo Tecnologico di Navacchio ‐ Via Giuntini 63, 56023 Navacchio (PI) ‐ Italy
  email: info@purepowercontrol.com, web: www.purepowercontrol.com
Outline

•   Founders’ curriculum
•   Company establishment
•   Missions
•   Profile 
•   Competences
•   Partners
•   Contacts

                   Pure Power Control S.r.l.    2
Andrea Balluchi
• Education
   – Feb 1993 ‐ Degree in Electronic Engineering (Automation curriculum) with summa cum 
     laude at University of Pisa (stage at University of Sheffield)
   – Nov 1995 Visitor at the Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes, CNRS, 
     Toulouse
   – Jun‐Nov 1996 Visiting Scholar at the Department of Electrical Engineering and Computer 
     Science, University of California at Berkeley 
   – Dec 1996 ‐ PhD in Automatic and Industrial Robotic at Department of Electrical Systems 
     and Automation, University of Pisa


• Awards
   – 16° IFAC World Congress 2005 (Prague) ‐ Best application paper: “Actual engaged gear 
     identification: a hybrid observer approach”  IFAC: International Federation of Automatic 
      Control



                                      Pure Power Control S.r.l.                                  3
Andrea Balluchi
 • Professional experiences
          • 2007 –Oct 2008: Systems and Control Senior Engineer in Dana (Arco, I)
              – Design of industrial powertrains and control systems
          • 1997 – 2006: Research scientist in PARADES (Roma, I)
PARADES       – Platform‐based design methodology
              – Modeling and hybrid control in automotive applications
              – Collaborations with Magneti Marelli, Ferrari GeS, United Technology
          • 2001 – 2002: Consultant for Magneti Marelli (Bologna, I)
              – Development of cruise control algorithms and engine charge estimators
          • 2003 – present: Adjoined Prof. of Vehicle Control at University of Pisa
              – Automotive engine and powertrain control, hybrid powertrains, vehicle dyn.s




                                     Pure Power Control S.r.l.                                4
Emanuele Mazzi
• Education
   – Oct 2002 ‐ Degree in Computer Science Engineering with summa cum laude at the 
     University of Pisa
   – May 2005 ‐ Master Degree in Automation Engineering with summa cum laude, 
     Automotive curriculum at the University of Pisa, 
   – Oct 2007 ‐ Jul 2008 Visiting Scholar at the Department of Electrical Engineering and 
     Computer Science, University of California at Berkeley
   – Dec 2008 ‐ PhD. in Automatic, Robotics and Bioengineering at the Department of 
     Electrical Systems and Automation at the University of Pisa
        • International Curriculum Option of Doctoral Studies in Hybrid Control for Complex, 
          Distributed and Heterogeneous Embedded Systems




                                     Pure Power Control S.r.l.                                  5
Emanuele Mazzi
 • Professional experiences
          • 2005: Consultant at Magneti Marelli Powertrain, (Bologna, I)
              – Development of common rail fuel injection system control

          • 2006 ‐ 2008: Consultant at PARADES (Roma, I)
PARADES
              – Collaboration with Ferrari GeS (Maranello, I)
              – Collaboration with United Technologies (Hartford, USA)
              – Collaboration with Magneti Marelli Powertrain (Bologna, I)




                                     Pure Power Control S.r.l.               6
Founders’ selected projects
•   Engine control
     –   Internal combustion engine modeling
     –   Fuel cut‐off control 
                                                                                                     PARADES
     –   Modeling and control of common‐rail fuel injection system
     –   Modeling and control of EGR/VGT system
     –   Idle‐speed control
•   Powertrain control
     –   Modeling of mechanical and fluid power components
     –   Actual engaged gear identification
     –   Human factors in robotized gearbox design
•   Vehicle dynamics  control
     –   Cruise control 
     –   Modeling and control of antilock braking system 
     –   Steering control for bounded–curvature vehicles
     –   Longitudinal dynamics control of F1 car
•   Methodologies and design tools
     –   Development flow for co‐design of electrical/mechanical control systems
     –   Hybrid (discrete/continuous behaviours) system formalisms, analysis and design techniques
     –   Composition, abstraction, reduction, simulation and validation of hybrid models
     –   Tools for formal verification of performance requirements for controlled hybrid systems

                                            Pure Power Control S.r.l.                                          7
Company establishment
•   13 Oct 2008: Constitution
     – Registered office opened in Viareggio

•   21 Jan 2009: Start of business
     – Main office set up at Polo Tecnologico (Navacchio, Pisa, I)
         • 65 SMEs, 550 employers 




                                     Pure Power Control S.r.l.       8
Missions
• Propulsion systems
   – Environmentally‐friendly solutions
   – Energetic optimization of vehicles


• Systems and control
   – Advanced methodologies in system design 
   – Design and production of electronic control systems




                              Pure Power Control S.r.l.    9
Mission: propulsion systems
                                                                   optimal engine management downsizing

•   To develop advanced environmentally‐friendly                               high
                                                                            efficiency
    propulsion systems for land vehicles and marine                                                       50kW

    applications
     –   Fuel efficient, low CO2 emissions                                                                37kW

     –   Low/zero air pollutant emissions                                    regenerative braking
     –   Extended functionalities and performances
     –   Enhanced safety, reliability and availability
•   To conceive solutions for energetic optimization of                 renewable energy integration
    vehicles
     –   Optimal energy management strategies
     –   Combustion engine downsizing 
     –   Regenerative braking                                       no‐fuel idling       power sys. integration

     –   Renewable energy integration
     –   Propulsion system and in‐vehicle power system 
         integration
                                      Pure Power Control S.r.l.                                                   10
Mission: systems and control
•   To  apply advanced methodologies and tools in 
    system design
     – System concept elaboration
     – Architecture exploration and design choices 
       evaluation
     – System optimization
     – Fast prototyping and demonstration 

•   To design and produce electronic control systems
     – Requirement formalization and system 
       specifications
     – Development of control, diagnosis and 
       communication functionalities
     – Development of HW/SW implementation
     – System validation and testing: MIL, SIL, HIL, fast‐
       prototyping, field testing

                                     Pure Power Control S.r.l.    11
Profile
•   Pure Power Control is 
     – an E/E partner of OEMs and conventional powertrain suppliers for the 
       development of hybrid electric propulsion systems
         • system‐level design of hybrid electric powertrains 
         • development and production of powertrain control systems
         • integration of electric propulsion components
     – a  provider of engineering services
         • concept evaluation and development
         • architectural exploration and system optimization
         • modeling and simulation, control system design and implementation
     – a supplier of electronic control systems
         • open to co‐design with OEM for best integration and optimization of control 
           functionalities



                                     Pure Power Control S.r.l.                            12
Competences
• Automotive and vehicle propulsion systems
• Yacht and marine propulsion systems
• Model‐based design
• Control design
• Validation and testing




                       Pure Power Control S.r.l.    13
Competences: automotive and 
            vehicle propulsion systems
•   Internal combustion engines
     –   Zero‐dimensional and quasi‐dimensional engine modeling
     –   Modeling of engine subsystems (fuel injection systems, turbo‐charging 
         systems, exhaust‐gas treatment systems, etc.) 
     –   Engine control (MPI, DI, VGT, EGR, ET, VVT, etc.)
•   Powertrain systems
     –   Modeling of shaft torsional vibration, gear‐sets, dry and wet clutches, 
         torque converters, synchronizers, hydrostatic machines
     –   Manual transmission, AMT, CVT, power‐split/power‐shuttle/power‐shift
     –   Hybrid powertrains, zero‐emission propulsion systems
•   Vehicle dynamics
     –   Modeling of tires, chassis , suspensions, steering and braking systems
     –   Driver modeling
     –   Vehicle dynamics control (lateral, longitudinal and vertical)
•   Electric propulsion
     –   Modeling and control of electric machines, electrochemical batteries 
         and supercapacitors, vehicle management system, BMS
•   Development and production testbench design
     –   Testbench specification, architectural and functional design
     –   Control system and HMI development


                                                Pure Power Control S.r.l.           14
Competences: 
    yacht and marine propulsion systems
•   Yacht modeling
     –   Hull hydrostatics and stability
           •   geometry, wetted surface, displacement, center of buoyancy, 
               water plane area, curve of static stability, rolling, influence of 
               waves on the righting moment, stability statistics
     –   Hull hydrodynamics
           •   forces and moments on sailing yacht
           •   resistance components: viscous, frictional, viscous pressure, 
               roughness, wave, heel, influence of hull shape on wave resistance
     –   Propeller steady‐state and dynamic modeling
•   Propulsion system
     –   Hybrid‐electric powertrain
           •   propeller requirements                                                                     3500
                                                                                                                                                          Efficiency [ ]


                                                                                                                                                                                                     4
                                                                                                                                                                                                  0.

           •   hybrid‐electric powertrain system architecture                                             3000




                                                                                                                                                                                    1
                                                                                                                                                                                 0.4
                                                                                                                                                                          0.42




                                                                                                                                                                                          0. 39




                                                                                                                                                                                                                 0.3
                                                                                                                                                              0.4




                                                                                                                                                                                                                    9
                                                                                                                                                           0.42
                                                                                                          2500                                                             0.41

           •   energy management system, battery management system and                                                                                                                                    0.38




                                                                                     engine torque [Nm]
                                                                                                                                                0.43




                                                                                                                                                                                    0.4
                                                                                                          2000




                                                                                                                                                                    0.4
               human machine interface




                                                                                                                                     0.4
                                                                                                                                   0.4




                                                                                                                                                               41
                                                                                                                                        1
                                                                                                                                                                                  0.39




                                                                                                                                0.39


                                                                                                                                            0.
                                                                                                                                                                                   0.38




                                                                                                                                                            0.
                                                                                                                                             42
                                                                                                          1500                                                                   0.36




                                                                                                                        0.38
                                                                                                                                                                                 0.3 0.39
                                                                                                                                                                                    6
                                                                                                                                                              4                                    0.38
                                                                                                                                                           0.
     –   On board hybrid power generation                                                                 1000
                                                                                                                        0.38
                                                                                                                                                           9
                                                                                                                                                       0.3.38
                                                                                                                                                         0
                                                                                                                                                                           0.34
                                                                                                                                                                                                          0.3
                                                                                                                                                                                                             6
                                                                                                                                                                                                                 0.3
                                                                                                                                                                                                                    4

                                                                                                                                                       0.36
                                                                                                          500          0.36                                                                                      0.32
                                                                                                                                            0.34                           0.32

                                                                                                            0
                                                                                                                 600           800       1000      1200    1400    1600                 1800             2000    2200
                                                                                                                                                     engine speed [rpm]




                                                     Pure Power Control S.r.l.                                                                                                                               15
Competences: 
                               model‐based design
•   Development of electronic control systems
     –   V‐model methodology: design and integration/testing flow 
     –   Requirement management and traceability
     –   Derivative design
     –   Integration of multi‐domain component implementations

•   Model‐based design
     –   Controllers
           •   Algorithms designed using block diagram based modeling tools
           •   Correctness of the algorithms validated against plant models
           •   HW/SW implementation based on the validated models
     –   Systems
           •   System concepts analyzed using block diagram based modeling tools
           •   Most promising solutions identified on the basis of analytical results
                                                                                              ALG 1
•   Advantages                                                                                        ALG 2
           •   Time‐saving and cost‐effective
                   –    Short development time of system, algorithms and implementation
                   –    Models can be easily reused and shared reducing risk of mistakes
           •   Design choices explored and evaluated quickly and reliably
                   –    Analysis, simulation and verification
           •   Optimized and fully tested system
                   –    System architectures and control algorithms validated in simulation
                   –    Automatic generation of test signals for product validation



                                                                Pure Power Control S.r.l.                     16
Competences: control design
•   Modeling
     –   Model development, analysis and simulation
•   Field experimentation
     –   Test design and execution, experimental data processing and analysis
•   Control system design
     –   Design of the overall control system architecture and functional 
         requirement specification
           •   Supervisors, nested loop control, multi‐rate control, estimators, diagnosis and 
               recovery, etc.

•   Advanced control algorithm design
     –   Hybrid system formalism for modeling and control
           •   Representation of interacting continuous and discrete behaviors in system 
               modeling and control algorithms (e.g. discrete‐time, event‐based/continuous 
               time actions, logics and continuous control)
     –   Optimal control
     –   Robust control
     –   Nonlinear control
     –   Model‐based diagnosis and recovery algorithms
     –   Optimal vibration damping control



                                                      Pure Power Control S.r.l.                   17
Competences: 
                    validation and testing
•   Control algorithm and software validation and testing




                                     Pure Power Control S.r.l.    18
Partners


Off-highway Products Group




                             Interdepartmental Research Center “E. Piaggio”




                                          Pure Power Control S.r.l.           19
Contacts

Pure Power Control S.r.l.
 Polo Tecnologico di Navacchio ‐ Via Giuntini 63, 56023 Navacchio (PI) – Italy
 phone: +39 050 7519860, fax: +39 050 754707
 web: www.purepowercontrol.com



               Andrea Balluchi, Ph.D.
                   President
                   email: andrea@purepowercontrol.com
                   mobile: +39 327 5691133


               Emanuele Mazzi, Ph.D.
                   Vice President
                   email: emanuele@purepowercontrol.com
                   mobile: +39 327 5691007



                                        Pure Power Control S.r.l.                20

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Pure Power Control

  • 1. Pure Power Control S.r.l. environmentally‐friendly solutions Polo Tecnologico di Navacchio ‐ Via Giuntini 63, 56023 Navacchio (PI) ‐ Italy email: info@purepowercontrol.com, web: www.purepowercontrol.com
  • 2. Outline • Founders’ curriculum • Company establishment • Missions • Profile  • Competences • Partners • Contacts Pure Power Control S.r.l.  2
  • 3. Andrea Balluchi • Education – Feb 1993 ‐ Degree in Electronic Engineering (Automation curriculum) with summa cum  laude at University of Pisa (stage at University of Sheffield) – Nov 1995 Visitor at the Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes, CNRS,  Toulouse – Jun‐Nov 1996 Visiting Scholar at the Department of Electrical Engineering and Computer  Science, University of California at Berkeley  – Dec 1996 ‐ PhD in Automatic and Industrial Robotic at Department of Electrical Systems  and Automation, University of Pisa • Awards – 16° IFAC World Congress 2005 (Prague) ‐ Best application paper: “Actual engaged gear  identification: a hybrid observer approach”  IFAC: International Federation of Automatic  Control Pure Power Control S.r.l.  3
  • 4. Andrea Balluchi • Professional experiences • 2007 –Oct 2008: Systems and Control Senior Engineer in Dana (Arco, I) – Design of industrial powertrains and control systems • 1997 – 2006: Research scientist in PARADES (Roma, I) PARADES – Platform‐based design methodology – Modeling and hybrid control in automotive applications – Collaborations with Magneti Marelli, Ferrari GeS, United Technology • 2001 – 2002: Consultant for Magneti Marelli (Bologna, I) – Development of cruise control algorithms and engine charge estimators • 2003 – present: Adjoined Prof. of Vehicle Control at University of Pisa – Automotive engine and powertrain control, hybrid powertrains, vehicle dyn.s Pure Power Control S.r.l.  4
  • 5. Emanuele Mazzi • Education – Oct 2002 ‐ Degree in Computer Science Engineering with summa cum laude at the  University of Pisa – May 2005 ‐ Master Degree in Automation Engineering with summa cum laude,  Automotive curriculum at the University of Pisa,  – Oct 2007 ‐ Jul 2008 Visiting Scholar at the Department of Electrical Engineering and  Computer Science, University of California at Berkeley – Dec 2008 ‐ PhD. in Automatic, Robotics and Bioengineering at the Department of  Electrical Systems and Automation at the University of Pisa • International Curriculum Option of Doctoral Studies in Hybrid Control for Complex,  Distributed and Heterogeneous Embedded Systems Pure Power Control S.r.l.  5
  • 6. Emanuele Mazzi • Professional experiences • 2005: Consultant at Magneti Marelli Powertrain, (Bologna, I) – Development of common rail fuel injection system control • 2006 ‐ 2008: Consultant at PARADES (Roma, I) PARADES – Collaboration with Ferrari GeS (Maranello, I) – Collaboration with United Technologies (Hartford, USA) – Collaboration with Magneti Marelli Powertrain (Bologna, I) Pure Power Control S.r.l.  6
  • 7. Founders’ selected projects • Engine control – Internal combustion engine modeling – Fuel cut‐off control  PARADES – Modeling and control of common‐rail fuel injection system – Modeling and control of EGR/VGT system – Idle‐speed control • Powertrain control – Modeling of mechanical and fluid power components – Actual engaged gear identification – Human factors in robotized gearbox design • Vehicle dynamics  control – Cruise control  – Modeling and control of antilock braking system  – Steering control for bounded–curvature vehicles – Longitudinal dynamics control of F1 car • Methodologies and design tools – Development flow for co‐design of electrical/mechanical control systems – Hybrid (discrete/continuous behaviours) system formalisms, analysis and design techniques – Composition, abstraction, reduction, simulation and validation of hybrid models – Tools for formal verification of performance requirements for controlled hybrid systems Pure Power Control S.r.l.  7
  • 8. Company establishment • 13 Oct 2008: Constitution – Registered office opened in Viareggio • 21 Jan 2009: Start of business – Main office set up at Polo Tecnologico (Navacchio, Pisa, I) • 65 SMEs, 550 employers  Pure Power Control S.r.l.  8
  • 9. Missions • Propulsion systems – Environmentally‐friendly solutions – Energetic optimization of vehicles • Systems and control – Advanced methodologies in system design  – Design and production of electronic control systems Pure Power Control S.r.l.  9
  • 10. Mission: propulsion systems optimal engine management downsizing • To develop advanced environmentally‐friendly  high efficiency propulsion systems for land vehicles and marine  50kW applications – Fuel efficient, low CO2 emissions 37kW – Low/zero air pollutant emissions regenerative braking – Extended functionalities and performances – Enhanced safety, reliability and availability • To conceive solutions for energetic optimization of  renewable energy integration vehicles – Optimal energy management strategies – Combustion engine downsizing  – Regenerative braking no‐fuel idling power sys. integration – Renewable energy integration – Propulsion system and in‐vehicle power system  integration Pure Power Control S.r.l.  10
  • 11. Mission: systems and control • To  apply advanced methodologies and tools in  system design – System concept elaboration – Architecture exploration and design choices  evaluation – System optimization – Fast prototyping and demonstration  • To design and produce electronic control systems – Requirement formalization and system  specifications – Development of control, diagnosis and  communication functionalities – Development of HW/SW implementation – System validation and testing: MIL, SIL, HIL, fast‐ prototyping, field testing Pure Power Control S.r.l.  11
  • 12. Profile • Pure Power Control is  – an E/E partner of OEMs and conventional powertrain suppliers for the  development of hybrid electric propulsion systems • system‐level design of hybrid electric powertrains  • development and production of powertrain control systems • integration of electric propulsion components – a  provider of engineering services • concept evaluation and development • architectural exploration and system optimization • modeling and simulation, control system design and implementation – a supplier of electronic control systems • open to co‐design with OEM for best integration and optimization of control  functionalities Pure Power Control S.r.l.  12
  • 13. Competences • Automotive and vehicle propulsion systems • Yacht and marine propulsion systems • Model‐based design • Control design • Validation and testing Pure Power Control S.r.l.  13
  • 14. Competences: automotive and  vehicle propulsion systems • Internal combustion engines – Zero‐dimensional and quasi‐dimensional engine modeling – Modeling of engine subsystems (fuel injection systems, turbo‐charging  systems, exhaust‐gas treatment systems, etc.)  – Engine control (MPI, DI, VGT, EGR, ET, VVT, etc.) • Powertrain systems – Modeling of shaft torsional vibration, gear‐sets, dry and wet clutches,  torque converters, synchronizers, hydrostatic machines – Manual transmission, AMT, CVT, power‐split/power‐shuttle/power‐shift – Hybrid powertrains, zero‐emission propulsion systems • Vehicle dynamics – Modeling of tires, chassis , suspensions, steering and braking systems – Driver modeling – Vehicle dynamics control (lateral, longitudinal and vertical) • Electric propulsion – Modeling and control of electric machines, electrochemical batteries  and supercapacitors, vehicle management system, BMS • Development and production testbench design – Testbench specification, architectural and functional design – Control system and HMI development Pure Power Control S.r.l.  14
  • 15. Competences:  yacht and marine propulsion systems • Yacht modeling – Hull hydrostatics and stability • geometry, wetted surface, displacement, center of buoyancy,  water plane area, curve of static stability, rolling, influence of  waves on the righting moment, stability statistics – Hull hydrodynamics • forces and moments on sailing yacht • resistance components: viscous, frictional, viscous pressure,  roughness, wave, heel, influence of hull shape on wave resistance – Propeller steady‐state and dynamic modeling • Propulsion system – Hybrid‐electric powertrain • propeller requirements 3500 Efficiency [ ] 4 0. • hybrid‐electric powertrain system architecture 3000 1 0.4 0.42 0. 39 0.3 0.4 9 0.42 2500 0.41 • energy management system, battery management system and  0.38 engine torque [Nm] 0.43 0.4 2000 0.4 human machine interface 0.4 0.4 41 1 0.39 0.39 0. 0.38 0. 42 1500 0.36 0.38 0.3 0.39 6 4 0.38 0. – On board hybrid power generation 1000 0.38 9 0.3.38 0 0.34 0.3 6 0.3 4 0.36 500 0.36 0.32 0.34 0.32 0 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 engine speed [rpm] Pure Power Control S.r.l.  15
  • 16. Competences:  model‐based design • Development of electronic control systems – V‐model methodology: design and integration/testing flow  – Requirement management and traceability – Derivative design – Integration of multi‐domain component implementations • Model‐based design – Controllers • Algorithms designed using block diagram based modeling tools • Correctness of the algorithms validated against plant models • HW/SW implementation based on the validated models – Systems • System concepts analyzed using block diagram based modeling tools • Most promising solutions identified on the basis of analytical results ALG 1 • Advantages ALG 2 • Time‐saving and cost‐effective – Short development time of system, algorithms and implementation – Models can be easily reused and shared reducing risk of mistakes • Design choices explored and evaluated quickly and reliably – Analysis, simulation and verification • Optimized and fully tested system – System architectures and control algorithms validated in simulation – Automatic generation of test signals for product validation Pure Power Control S.r.l.  16
  • 17. Competences: control design • Modeling – Model development, analysis and simulation • Field experimentation – Test design and execution, experimental data processing and analysis • Control system design – Design of the overall control system architecture and functional  requirement specification • Supervisors, nested loop control, multi‐rate control, estimators, diagnosis and  recovery, etc. • Advanced control algorithm design – Hybrid system formalism for modeling and control • Representation of interacting continuous and discrete behaviors in system  modeling and control algorithms (e.g. discrete‐time, event‐based/continuous  time actions, logics and continuous control) – Optimal control – Robust control – Nonlinear control – Model‐based diagnosis and recovery algorithms – Optimal vibration damping control Pure Power Control S.r.l.  17
  • 18. Competences:  validation and testing • Control algorithm and software validation and testing Pure Power Control S.r.l.  18
  • 19. Partners Off-highway Products Group Interdepartmental Research Center “E. Piaggio” Pure Power Control S.r.l.  19
  • 20. Contacts Pure Power Control S.r.l. Polo Tecnologico di Navacchio ‐ Via Giuntini 63, 56023 Navacchio (PI) – Italy phone: +39 050 7519860, fax: +39 050 754707 web: www.purepowercontrol.com Andrea Balluchi, Ph.D. President email: andrea@purepowercontrol.com mobile: +39 327 5691133 Emanuele Mazzi, Ph.D. Vice President email: emanuele@purepowercontrol.com mobile: +39 327 5691007 Pure Power Control S.r.l.  20