Des technologies avancées sont très demandées dans l'industrie automobile pour respecter les réglementations de consommation de carburant de plus en plus rigoureuses. La co-optimisation du dimensionnement et du contrôle des groupes motopropulseurs avec une efficacité de calcul améliorée est étudiée dans cette thèse.Les composants des groupes motopropulseurs, tels que le moteur, la batterie et le moteur électrique, sont modélisés analytiquement au niveau descriptif et prédictif afin de permettre une optimisation du contrôle rapide et une optimisation du dimensionnement scalable. La consommation d'énergie minimale des véhicules hybrides-électriques est évaluée par des nouvelles méthodes optimales. Ces méthodes – y compris Selective Hamiltonian Minimization et GRaphical-Analysis-Based energy Consumption Optimization – permettent d'évaluer une consommation minimale d'énergie avec une efficacité de calcul améliorée. De plus, la méthode de Fully-Analytic energy Consumption Evaluation (FACE) approxime la consommation d'énergie minimale sous forme analytique en fonction des caractéristiques de la mission et des paramètres de conception des composants du groupe motopropulseur. Plusieurs cas d’études sont présentées en détail par rapport aux approches de co-optimisation à bi-niveaux et à uni-niveau, ce qui montre une réduction efficace du temps de calcul requis par le processus global de co-optimisation. / Advanced technologies are highly demanded in automotive industry to meet the more and more stringent regulations of fuel consumption. Cooptimization of design and control for vehicle propulsion systems with an enhanced computational efficiency is investigated in this thesis.Powertrain components, such as internal combustion engines, batteries, and electric motor/generators, are analytically modeled at descriptive and predictive level correspondingly for the development of fastrunning control optimization and for the scalability of design optimization. The minimal fuel consumption of a hybrid-electric vehicle is evaluated through novel optimization methods. These methods – including the Selective Hamiltonian Minimization, and the GRaphical-Analysis-Based energy Consumption Optimization – are able to evaluate the minimal energy consumption with the enhanced computational efficiency. In addition, the Fully-Analytic energy Consumption Evaluation method approximates the minimal energy consumption in closed form as a function of the mission characteristics and the design parameters of powertrain components.A few case studies are presented in details via the bi-level and uni-level co-optimization approaches, showing an effective improvement in the computational efficiency for the overall co-optimization process.

Space industry has been booming in the recent times, investments have not justbeen made on satellites and launch vehicles but also on space sustainability. Spaceindustry has its users in national agencies, private commercial agencies, academia andexperimental organisations. Smallsats and cubesats are one of the most interestingdomains in space industry today. This has led to pure research and astonishinginnovations in this domain to enable lower costs, lower mass, increased orbital period,better accessibility and global impact. Development of sustainable products requiresthe system to qualify a certain standard set up in the industry. This standard ensuresthat the system safely completes its mission up in space. The problem described byGomSpace Sweden concerns one of their ongoing products, a cold gas propulsionunit which is suitable for a typical 6U cubesat called ESA6DOF. In large, the productconsists of a structure, two propellant tanks, one plenum tank, piping, electronics andsix thrusters. Qualification of this propulsion system module involves the system toundergo a random vibration test according to ECSS standards. This thesis work shallbe focused on setting up the structure needed to perform random vibration simulationsin COMSOL. This step is done to primarily iterate the design to make it robust enoughto sustain loads during flight and also to avoid any physical damages during testingcampaign. Followed by performing the actual random vibration test at a facility usingthe assembled ESA6DOF propulsion module. Finally, this ends with validating thesimulation results with that of testing. / Rymdindustrin har blomstrat den senaste tiden. Investeringar har inte bara gjortspå satelliter och bärraketer utan också på hållbarhet i rymden. Rymdindustrinhar sina användare i nationella organisationer, privata kommersiella organisationer,universitetsvärlden och forsknings organisationer. Smallsats och cubesats är tvåav de mest intressanta domänerna inom rymdindustrin idag. Detta har letttill grundforskning och häpnadsväckande innovationer inom detta område för attmöjliggöra lägre kostnader, lägre massa, ökad omloppstid, bättre tillgänglighetoch global påverkan. Utveckling av hållbara produkter kräver att systemet möteren viss standard uppsatt i branschen. Denna standard säkerställer att systemetsäkert slutför sitt uppdrag uppe i rymden. Problemet som beskrivs av GomSpaceSweden gäller en av deras pågående produkter, en kallgasdrivenhet lämplig för entypisk 6U cubesat kallad ESA6DOF. I stort består produkten av en struktur, tvådrivmedelstankar, en plenumtank, rörledningar, elektronik och sex finjusterarraketer.Kvalificeringen av denna framdrivningssystemmodul innebär att systemet genomgåren slumpmässig vibration enligt ECSS-standarder. Detta examensarbete harfokuserat på att sätta upp den struktur som behövs för att utföra slumpmässigavibrationssimuleringar i COMSOL. Detta steg gjordes för att i första hand itereradesignen för att göra den robust nog att tåla belastningar under flygning och ävenför att undvika fysiska skador under testkampanjen. Efter detta utfördes det faktiskaslumpmässiga vibrationstestet på en anläggning med den sammansatta ESA6DOF-framdrivningsmodulen. Avslutningsvis utfördes validering av simuleringsresultatenmot testresultaten.

The purpose of this study is to compare the life-cycle cost and environmental impact of the existing fuel-based propulsion system, on public commuter ferries in Stockholm, with a battery based propulsion system. The study is divided into multiple layers. First, the operating characteristics of the route Line 80 within Stockholm’s waterborne public transportation (WPT) are collected, such as fuel consumption, propulsion power output, speed, voyage time and propulsion system configuration. Second, based on the energy demand of the route, important parameters related to the existing fuel-based propulsion system and the battery-based propulsion system are accounted for and modeled. Third, Life Cycle Assessment (LCA) and the cost assessment methods are applied to examine the effectiveness of the electrification of commuter ferries on a financial and environmental scale. With the help of the software GaBi 2020, GREET 2020, and other literature studies, the environmental impacts at the construction, use and end-of-life (EOL) phase are evaluated. There are in total 8 scenarios considered, 4 for the fuel-based and 4 for the battery-based propulsion system. The environmental performance of these 8 scenarios are discussed in terms of Globalwarmingpotential(GWP), Acidificationpotential(AP), Eutrophicationpotential(EP) and Photo-chemical ozone creation potential (POCP). Themostpollutingphaseistheusephase for all scenarios. Propulsion system powered by diesel (scenario 1) is considered as a reference for comparative analysis of 7 other scenarios. The best performing system is the one powered by batteries with the assumption of an electricity mix based on hydro, wind and nuclear power, which is scenario 7 and 8 with a net reduction of GWP by more than 98%, AP by 90%, EP by 96%, and the POCP by 96%. If we consider the current Swedish electricity mix (scenario 5 and 6), the decrease in GWP, AP, EP and POCP are 90%, 80%, 82% and 91% respectively. Alternative fuels also present promising results for GWP in comparison to diesel (with the origin of the feed-stock creating mostly negative impacts) but the contribution to other impact categories is significantly higher. With inputs from the industry and the environmental evaluation, the cost assessment compares the costs related to fuel-based and battery-based propulsion systems with different energy sources. For the battery-based system, 3 scenarios are modeled for two different types of Li-ion batteries. The vessels in the developed scenarios are charged more frequently than the existing electric vessel and the number of charging stations is varied. The costs that are included in the assessment are the initial capital cost, the cost for fuel/electricity, maintenance cost, end-of-life cost and emissions cost. When concerning all the cost categories, the battery-based system is more cost-efficient than a fuel-based system, if run on the Swedish electricity mix, due to the lower cost for electricity and emissions. The reduction of cost is more than 68% when comparing traditional diesel with battery-based systems, but the source of the electricity is very important. / Syftet med denna studie är att jämföra livscykelkostnaden och miljöpåverkan av de befintliga framdrivningssystemen på pendelbåtarna inom Stockholms kollektivtrafik, med batteridrivna system på motsvarande båtar. De befintliga framdrivningssystemen drivs av olika typer av diesel. Studien är uppdelad i flera steg. Först samlas driftsegenskaperna in, såsom bränsleförbrukning, framdrivningseffekt, hastighet, färdtidochframdrivningssystemetsuppbyggnad, etc, på linje 80, som är en del av Stockholms vattenburna kollektivtrafik. För det andra undersöks det befintliga framdrivningssystemet som drivs av diesel eller alternativa bränslen som RME eller HVO och fullt batteridrivna system utifrån energibehovet. För det tredje tillämpas metoderna för kostnadsanalys och livscykelanalys (LCA) för att undersöka hur elektrifieringen av pendelbåtar påverkar ekonomin och miljön. Med hjälp av programmet GaBi 2020, GREET 2020 och andra litteraturstudier utvärderas miljöpåverkan av faserna tillverkning, användning och avfallshantering. Det är totalt 8 scenarier som övervägs, 4 för bränslebaserade och 4 för batteri baserade framdrivningssystem. Hur bra dessa 8 scenarier presterar miljömässigt diskuteras i termer av växthuseffekt (GWP), försurning (AP), övergödning (EP) och marknära ozon (POCP). Den fasen med mest utsläpp, för alla scenarier, är användningsfasen. Framdrivningssystemet som drivs av diesel (scenario 1) används som referens att jämföra de övriga 7 scenarierna mot. Det system som presterar bästa är det som drivs av batterier, med antagandet att elmixen är baserad på vatten-, vind-och kärnkraft, detta motsvarar scenario 7 och 8 med en reduktion av GWP på mer än 98%, AP med 90%, EP med 96% och POCP med 96%. Om vi tittar på den aktuella svenska elmixen (scenario 5 och 6) så är minskningen av GWP, AP, EP och POCP 90%, 80%, 82% respektive 91%. Alternativa bränslen ger också lovande resultat för GWP jämfört med diesel (där råvarans ursprung skapar mest negativa effekter) men bidraget till andra påverkanskategorier är betydligt högre. Med input från företag och miljöutvärderingen kan kostnadsanalysen jämföra kostnaderna för bränslebaserade och batteri baserade framdrivningssystem med olika energikällor. Det batteri baserade systemet modelleras även på 3 utvecklade scenarier för 2 olika typer av batterier. Fartygen i de utvecklade scenarierna laddas oftare än det befintliga batteridrivna fartyget och antalet laddstationer varierar mellan scenarierna. De kostnader som inkluderas i analysen är de initiala kapitalkostnaderna, kostnaden för bränsle/el, underhållskostnader, avfallshanteringskostnader ochutsläppskostnader. Medallakostnaderinkluderadeiberäkningarna är batteri baserade system mer kostnadseffektiva än bränslebaserade system om de körs på svensk elmix, tack vare de lägre kostnaderna för el och utsläpp. Minskningen av den totala kostnaden är mer än 68% när man jämför traditionell diesel med batterisystem, men elens ursprung är mycket viktig.