Yearly Archives: 2018
Tuesday, December 4, 2018

Bättre kurvtagning ger energieffektivare fordon

Genom att minska motståndet när ett fordon svänger, sparar man energi. Det är bra både för miljön och för den som betalar. Energibesparingen blir möjlig genom att kontrollera varje hjul individuellt, i form av styrning, drivning, bromsning, hjulupphängningsinställning och hjulvinklar.

Vid KTH arbetar docent Jenny Jerrelind och hennes kollegor inom området Vehicle Dynamics med att hitta lösningar som minskar motståndet som uppstår när ett fordon svänger.

– Vi fokuserar på däckens funktion och deras potential till att bidra till mer energieffektiva fordon. Under färd med ett fordon skapar däcken ett motstånd som måste övervinnas. Detta motstånd består dels av rullmotståndet som framförallt beror på förluster när däck deformeras och dels av kurvmotståndet som uppstår vid kurvtagning då däckskrafterna skapar kraftkomposanter som verkar motsatt fordonets färdriktning. Vår forskning går ut på att studera olika sätt att reducera kurvmotståndet, berättar Jenny Jerrelind.

Forskargruppen i Fordonsdynamik på KTH har studerat ett framtida fordonskoncept i form av en hjulhörnsmodell, där man har en elmotor integrerad med en aktiv hjulupphängning. Det ger möjligheten att för varje hjul individuellt reglera styrning, drivning, bromsning, hjulupphängningsinställningar och hjulvinklar.

– Genom att till exempel luta däcken utåt eller inåt relativt karossen så skapas en så kallad cambervinkel. Cambervinkeln ger en extra sidkraft i den riktning man lutar däcket.

RCV Asta Zero

KTHs forskningsfordon RCV, Research Concept Vehicle är byggt vid det egna labbet ITRL, Integrated Transport Research Lab. Fordonet är utrustat med hjulhörnsfunktionalitet har gjort det möjligt för forskarna att prova strategierna på ett verkligt fordon. Tester har genomförts bland annat vid provanläggningen AstaZero utanför Borås.

Den stora utmaningen för forskarna är att skapa tillförlitliga och verifierade däckmodeller:

– Att optimera däckens funktion för energieffektivitet kan skapa motstridiga krav när det gäller till exempel säkerhet, komfort och prestanda. Man bör också försöka ta med däckslitage i modellerna för att se hur däcken påverkas av att man har elmotorer och när man har cambervinklar på däcken.

Jenny JerrelindDe simuleringar och tester som forskarna har utfört, visar att energiförlusterna mycket riktigt kan minskas genom att för varje hjul individuellt reglera cambervinkel, drivning och styrning. Att reglera däckens funktion under färd för bättre energieffektivitet är bra utifrån flera aspekter.

– Möjligheten att individuellt reglera styrning, drivning, bromsning och hjulupphängningsinställningar för att minska energiförbrukningen är både bra för konsumenterna likväl som för miljön, menar Jenny Jerrelind.

Nu återstår att forska vidare och genomföra fler skarpa tester:

– Det finns behov att bland annat forska om däckslitage och se hur man kan implementera däckslitage i simuleringsmodellerna. Det behövs också fler fysiska test med testfordon för att utvärdera de olika reglerstrategierna.

 

/ Daniel Karlsson, foto: Jenny Jerrelind


Thursday, November 8, 2018

Optimeringsdesign bidrar till effektiva godstransporter

Toheed Ghandriz, doktorand vid Chalmers tekniska högskola, arbetar med att hitta den optimala fördelningen av framdrivning över axlar i långa lastbilskombinationer. I uppgiften ingår också att utforma en sådan framdrivning, inklusive konceptuell styrdesign. Resultatet: mer kostnads- och energieffektiva transporter.

Toheed beskriver mer om metoderna:

– Tanken är att fraktfordon kan utformas mer kostnadseffektivt och energieffektivt med tanke på operationella områden och användningsfall inom transporter. För detta ändamål används optimeringsbaserade metoder för att leverera anpassade fordon med de skräddarsydda framdrivningskomponenter som passar bäst för givna transportuppdrag och driftsmiljö.

– Optimeringsbaserad design av fordonskomponenter har visat sig vara effektivare med tanke på samtidig optimering av transportuppdragsinfrastruktur, inklusive laddstationer, rutter och fordonsflottans sammansättning och storlek, speciellt vid elektrifierad framdrivning.

Vilka är de största utmaningarna inom detta område?

– Det är att utvärdera kostnadsfunktionen tillräckligt. Noggranna modeller av fordonsdynamiken och transportmiljön behövs. Den största utmaningen ligger i att parametrisera dessa modeller för att återspegla de verkliga problemen och användningsfallen.

Vilka är resultaten hittills?

– I min licentiatavhandling uppmärksammades att genom att implementera integrerad transport-optimering av fordonshårdvaran, kan de totala ägandekostnaderna minskas upp till 35%, när det handlar om eldrivna tunga fordon.

Vad kan bli effekterna av dessa applikationer?

– Optimeringsbaserad design bidrar till smidig marknadsanpassning, lönsamma företag – speciellt vid elektrifiering och automation, och även grönare transporter, förutsatt att en korrekt beskrivning av användningsfall och systemgränser är tillgängliga genom tydlig kommunikation mellan de olika intressenterna.

Vilka är de mer långsiktiga fördelarna?

– Det kommer att ge mer kostnads- och energieffektiva godstransporter, och så småningom gröna transporter.

Var ser du behoven för fortsatt forskning?

– Den framtida forskningen inkluderar att studera möjligheten och införandet av taktiska och operativa nivåer av beslutsfattandet i den integrerade transport-optimeringen av fordonshårdvaran. Taktiska och operativa beslut refererar till åtgärder som vidtagits under ett dynamiskt köruppdrag med tidsperioden räknat i minuter, respektive sekunder. Dessa åtgärder medverkar både till energiförbrukningen och manövreringen av fordonet.

Läs licentiatavhandlingen här


/ Daniel Karlsson


Wednesday, October 24, 2018

Helhetssyn ökar kunskapen om hybridfordon och utsläpp

Olov Holmér är doktorand vid Institutionen för systemteknik på Linköpings universitet och forskar kring hybridfordon tillsammans med bland andra professor Lars Eriksson.

Vad är det unika i er forskning?

– I vår forskning tittar vi på samspelet mellan elektrisk drift, förbränningsmotordrift och de termiskt tröga och långsamma systemen i form av efterbehandlingssystem med delkomponenter såsom partikelfilter och katalysatorer. Vanligtvis behandlas de olika systemen ganska separat, men vi studerar hela systemet som en helhet med målet att designa styrsystem med mer integration mellan systemen.

Vilka är utmaningarna inom området?

– Det är att bygga rätt modeller som fångar de viktigaste egenskaperna, så att systemstudier kan utföras. En stor del av alla tillgängliga modeller har designats för konventionella fordon och det är inte säkert att dessa fångar de fenomen som uppstår i ett hybridfordon där till exempel motorn stängs av under en längre tid. För vetenskapen och universitetsforskningen är det svåraste att få mätdata som isolerar och fångar de fenomen som skall modelleras.

Vad har ni gjort hittills?

– Vi har tagit fram simuleringsmodeller för olika fordonskomponenter och integrerat dem till nya kompletta hybridfordonsmodeller.

Vad kommer detta att resultatera i?

– Det blir en analys av hur mycket man kan tjäna i bränsleförbrukning och reducera NOx utsläpp om man skulle hybridisera en tung lastbil som går på svensk motorväg. Vi har även börjat titta på nya styrstrategier för att värma upp efterbehandlingssystemet så snabbt som möjligt.

Vilken nytta i ett större sammanhang kan detta få?

– Vi lär oss mer om hybridfordon och utsläpp så att vi kan utveckla bättre fordon som utnyttjar elektromobilitetspotentialen och reducerar utsläppen.

Var finns behoven av fortsatt forskning?

– Det behövs en fortsättning för att säkerställa kvaliteten på existerande modeller samt utveckla nya modeller som beskriver nya fenomen som vi vill studera. En viktig del i detta är att identifiera de viktigaste effekterna i de termiska systemen.

 

/Daniel Karlsson


Wednesday, October 17, 2018

Samhällsorienterad forskning om elbilar: Ökat fokus på användning är önskvärd

I september disputerade Joram Langbroek på KTH med en avhandling fokuserad på resebeteenden och dess koppling till försäljningen av elektrifierade fordon. Sju artiklar ingick i avhandlingen, som sammanfattas här.

Det finns fyra huvudstrategier för att uppnå ett mer hållbart persontransportsystem: 1.Minska resebehovet (t ex webbhandel) 2. Minska reseavstånden (t ex förtätade städer) 3. Trafikomställning (t ex från bil till cykel och gång) 4. Tekniska innovationer (t ex elektrifiering). Elektrifieringen av fordonsflottan är därmed endast en del av en större transformation och kan därför inte betraktas som ett universalmedel för nuvarande transport-och samhällsutmaningar, försäljningen av elbilar har dessutom varit mindre än förväntad.

Joram Langbroek identifierar att nuvarande samhällsforskningen om elbilar lider av att vara för fokuserad på vad som motiverar eller inte motiverar elbilsköp. Han vill med sin avhandling lyfta upp värdet av att bättre förstå användningen av elbilar, som kan ha en signifikant påverkan på elbilsacceptansen och försäljningen. Den teoretiska bakgrunden återfinns i beteendeforskningen generellt, samt mer specifikt i hälsopsykologi, dvs hur människor gör livsstilsförändringar ämnade för att uppnå en bättre hälsa.

Övergripande syftet med avhandlingen har varit att bättre förstå förändringsprocessen mot elbilsacceptans och möjliga beteendemässiga konsekvenser av den förändringen. Avhandlingen baseras främst på data från elbilsägare och icke-elbilsägare i Stockholmsområdet, med undantag för artikel sju som baseras på data insamlad på Gotland.

Elbilsacceptans
Två av artiklarna är fokuserade på elbilsacceptans. Den första undersöker bilköpares elbilsacceptans som en process med multipla faser, bland annat från den transteoretiska modellen för beteendeförändring med följande sex faser: Ingen tanke på förändring, Överväger förändring, Beredd att göra något, Vidtar åtgärder, Befäster förändring och Avslutar förändringsarbetet. Resultatet visar en signifikant minskning i antalet använda transportsätt ju längre köpare har kommit i beslutsprocessen. Elbilsköpare kan därmed tolkas som att vara mer beroende av bilen som transportmedel. Den andra artikeln undersöker effekten av olika styrmedel. Både användnings- och köpstyrmedel har en positiv effekt på elbilsacceptans, dock allt mindre effekt ju längre köparen har kommit i beslutsprocessen. Användningsstyrmedel (tillgång till bussfiler, billigare parkering etc.) kan ge lägre kostnad för den offentlig sektorn jämfört med styrmedel som minskar inköpspriset. Dock riskerar dessa att öka attraktiviteten för att välja bilen framför andra transportmedel.

Elbilsanvändning
Fyra artiklar har ett användningsfokus där elbilsägare har kontrasterats med bränslebilsägare genom en enkätstudie. Ett intressant resultat är att elbilsägarna dels gör fler dagliga resor (3,13 kontra 2,67) samt använder bilen till en större del av deras totala distans (73% kontra 55%). Det är dock oklart om detta beror på att de som kör mer väljer elbil eller om de som köper elbil då börjar köra mer. I diskussionen har elbilens låga marginalkostnad varit i fokus; en ökad daglig körning är på marginalen billigt i en elbil. Ett annat tänkvärt resultat är att elbilar av dess ägare anses vara mer miljövänliga än lokaltrafiken (tunnelbanan, tåg och buss), dock ej cykel. Även hypotetiska prisscenarion för hemmaladdning har undersökts i denna del, med syfte att se om den beryktade tidiga kvällspeaken på elnätet kan undvikas för elbilsladdning. Resultatet visar att den genomsnittliga elbilsanvändaren redan vid relativt modest elprisökning förändrar sitt laddbeteende till senare på kvällen.

Hyrelbilar på Gotland
Sista delen av avhandlingen berör ”Elbilslandet Gotland” som var ett projekt med laddare och hyrelbilar. Här visar resultatet från Joram Langbroeks studie att elbilarna tenderandes att hyras av individer som redan innan hade kommit en bit i processen mot elbilsköp. Själva hyran av en elbil påverkade dock ej deras elbilsacceptans nämnvärt. I frågan om körsträckor och användande så pekar studien på att elbilarna körs mer intensivt och rör sig lika fritt över Gotland som bränslebilarna.

Löser inte alla transportproblem
Joram Langbroeks forskning ger en nyanserad bild av elbilars framtida påverkan på samhället, vilket också poängterades under disputationen; elbilar är inte ett universalmedel för nuvarande transport- och samhällsutmaningar. En viktigt poäng är att ett skifte från bränsledrift till eldrift inte löser alla persontransportsproblem, trängsel och utsläpp vid produktion och återvinning kvarstår. En nyckelfråga från avhandlingen är om de som köper elbil också ökar sitt beroende av bilen som transportmedel och de facto ökar totalt körda km, på grund av gott samvete och låga marginalkostnader. Resultaten pekar åt det hållet men ett entydigt svar får framtida forskning utvisa. Elbilsköparna i avhandlingen är till stor del pionjärer med högre utbildning och inkomst än medel vilket kan göra det svårt att dra slutsatser för den generella bilköparen.

Läs avhandlingen ”Understanding processes and travel behaviour changes connected to electric vehicle adoption”

Text: Jens Hagman, KTH


Thursday, October 4, 2018

Algoritmer ger snabbare och effektivare elbilsladdning

När elbilarna blir allt vanligare gäller det att undvika överbelastning i det lokala elnätet när många bilägare vill ladda samtidigt. Genom smart styrning av laddningen kan man också utnyttja elnätet mer effektivt. Med rätt algoritmer för laddningen vill forskarna se till att elnätet kan hållas i balans.

Joakim Munkhammar är docent och leder forskningen i Electric Transport Group, Uppsala universitet och är engagerad i Swedish Electromobility Centre. Han och forskarkollegorna arbetar med att hitta optimala modeller för smart laddning av elfordon.

”Smart” i detta fall innebär att laddningen styrs utifrån algoritmer, för att uppnå förändring av det annars förväntade laddmönstret. Fördelen är att smart elbilsladdning ska kunna minimera risken för överbelastning av det lokala elnätet, samtidigt som laddningsmodellen under tider av låg belastning ska kunna utnyttja mer kapacitet för laddningen, jämfört med standardladdning utan styrning.

– Konventionell okontrollerad elbilsladdning kan leda till problem med det lokala elnätet. Alternativt kan det vara sub-optimalt att inte använda kvarvarande effektmöjligheter i det lokala elnätet för elbilsladdning. Detta forskningsprojekt bygger på att ta fram modeller eller algoritmer för smart elbilsladdning som ska kunna få laddningen att undvika lokala problem i elnätet samtidigt som de också, vid andra tidpunkter, kan ladda elbilar snabbare än vid okontrollerad laddning, berättar Joakim Munkhammar.

Den stora utmaningen inom området är att skapa algoritmer som fungerar väl och är robusta – och som kopplar direkt till existerande teknologi inom industrin. Därför är forskningen är nära knuten till både energi- och fordonsbranschen, i form av Vattenfall RnD och CEVT.

– Tanken är att koppla detta närmare till industrin än vad som gjorts tidigare, och då anknyta till CEVT och Vattenfall RnD genom att skapa algoritmer som går att implementera i existerande teknologi. Vägen dit är att skapa modeller eller algoritmer för detta, validera dem mot data och göra försök till implementering i verkliga system.

Förhoppningen är att algoritmerna för smart laddning som forskarna utvecklar ska kunna användas direkt i bilindustrin. I just denna studie fokuseras på personbilar och hemmaladdning, men Joakim Munkhammar poängterar att algoritmerna också kan visa sig bli användbara för andra fordonstyper.

Så vad har forskarna kommit fram till hittills?

– Vi har i en studie, som presenteras på E-mobility Symposium i Stockholm i oktober, funnit att mängden problem med det lokala elnätet som förväntas uppstå vid hemmaladdning är minimal. Därmed är behovet av smart laddning för det i stort sätt obefintligt. Resultaten, som är preliminära, är beräknade utifrån elanvändning utan elvärme och är en jämförelse mellan elanvändning från hushåll med eller utan elbilsladdning och en given säkringsnivå. Beräkningar vad som händer med elnätet kommer göras senare. Speciellt intressant är det kanske på kvartersnivå eller stadsnivå.

– Vi fann även att elbilsladdningen skulle kunna göras snabbare för de allra flesta av årets dagar för i stort alla simulerade fall med olika installerad laddeffekt.
Resultaten kan alltså få betydelse för den enskilde elbilsägaren, men också i ett större perspektiv.

– Smart elbilsladdning går ut på att designa så att resurser används mera effektivt, i detta fall det lokala elnätet. På så sätt vinner alla parter på att implementera sådana algoritmer. För samhället i stort kan räckviddsångesten hos elbilsförare minska genom kortare laddtid, det kan också assistera med att hålla det lokala elnätet i balans, även med till exempel lokal solelproduktion, som annars kan skapa problem.

Var finns behoven av fortsatt forskning?

– Laddning på publika platser och arbetsplatsladdning är ett naturligt nästa steg att kolla på. Sedan behövs forskning kring elnätens påverkan av elbilsladdning och kombinationen av elbilsladdning och intermittenta källor till energi, så som vindkraft eller solel, är viktiga för att avgöra hur algoritmerna ska designas. Vidare är det en utmaning att skapa transporter för framtida smarta städer, där detta bara är första steget, avslutar Joakim Munkhammar.

/ Daniel Karlsson