I denna rapport har verkningsgraden och förluster för elbilars växellådor analyserats. Med hjälp av en programvara för beräkning och analys av växellådor (Romax) skapades en verkningsgradsmatris för en elbils växellåda. I analysen användes standardkörcykeln WLTP (World harmonized light vehicle test procedure) som delades in i tre körcykler: stadskörning, blandad körning och motorvägskörning. Verkningsgradmatrisen beskriver växellådans verkningsgrad i förhållande till varvtal och moment. Därefter mappades varje sekunds varvtal och moment för respektive körcykel mot den framtagna matrisen för att erhålla en verkningsgrad för respektive tidpunkt. Slutligen summerades energiförbrukningen både för ideal körning, dvs inga förluster i växellådan, och simulerad körning med inräknade förluster i växellådan. Utgående från erhållen data togs en verkningsgrad för hela körcyklarna fram där summeringen av den ideala körningen divideras med summeringen för den simulerade körningen. Resultatet för stadskörning med ideal växellåda var att den krävde 0.307 kWh på en sträcka som var 3.09 km vilket resulterade i en snittförbrukning på 0.992 kWh/mil till skillnad från körningen med simulerad växellåda som krävde 0.318 kWh på samma sträcka, som i sin tur resulterade i snittförbrukningen 1.03 kWh/mil samt en verkningsgrad på 0.965 och förluster på 0.011 kWh/mil. För blandad körning blev energiförbrukningen för ideala fallet 1.39 kWh på en 11.9 km långsträcka, vilket resulterade i en snittförbrukning på 1.17 kWh/mil. För körningen med simulerad växellåda blev den beräknade energiförbrukningen på 1.45 kWh vilket blir en snittförbrukning på 1.22 kWh/mil därav en verkningsgrad på 0.957 och förluster på 0.0526 kWh/mil. För motorvägskörningen blev energiförbrukning 1.45 kWh på en 8.25 km lång sträcka, vilket resulterade i 1.76 kWh/mil i snittförbrukning för det ideala fallet. Med simulerad växellåda blev energiförbrukningen 1.50 kWh och snittförbrukningen 1.82 kWh/mil samt en verkningsgrad på 0.967. Med detta erhålls förluster på 0.0604 kWh/mil. Avslutningsvis visar resultatet från arbetet att verkningsgraden hos växellådan var som högst för körning på motorväg, följt av stadskörning och blandad körning. För alla körfall var verkningsgraden hög och låg mellan 95-97 %. / The project goal was to analyse the efficiency and energy losses for electric car gearboxes. This was done through creating an efficiency matrix for a simulated gearbox in Romax. The efficiency matrix plots the efficiency against revolutions per minute and torque. For further analysis the standardised driving cycle WLTP (World harmonized light vehicle test procedure) was divided into three separate driving cycles: city-, mixed- and highway driving. The time interval for these three driving cycles were one second and had their respective RPM and torque mapped onto the efficiency matrix obtaining that moment’s efficiency according to our analysis. Furthermore, the energy consumption for both ideal and simulated driving, meaning whether the gearbox has losses or not according to our efficiency matrix, were summed up. This enabled calculating the efficiency of the gearbox for any of the diving cycles, including the complete cycle, through dividing the ideal and simulated energy consumption. Firstly, the result for city driving was that the ideal driving required 0.307 kWh for a 3.09 kmstretch resulting in an average consumption of 0.992 kWh/10 km. The simulated driving required1.03 kWh for the same stretch resulting in an average energy consumption of 1.18 kWh/10 km,hence an efficiency of 0.965 and an energy loss of 0.0112 kWh/10 km. Secondly, the result from mixed driving was that ideal driving required 1.39 kWh for a 8.25 km stretch resulting in an average consumption of 1.17 kWh/10 km. For the simulated driving the required energy was 1.45 kWh resulting in an average energy consumption of 1.22 kWh/10 km, hence an efficiency of 0.957 and an energy loss of 0.0526 kWh/10 km. Lastly, the result from highway driving was that ideal driving requirement of 1.45 kWh for a 8.25 km stretch, resulting in an average energy consumption of 1.82 kWh/10 km. Meanwhile, the simulated energy requirement was 1.50 kWh resulting in an efficiency of 0.967 and energy loss of0.0604 kWh/10 km. A conclusion that could be drawn from the project was that the gearbox efficiency was highest for highway driving followed by city driving and mixed driving in that order. Furthermore, the efficiency for all types of driving were high with values between 95-97%.

Cascade Drives has developed an electromechanical linear actuator with a patented feature which allows for load sharing between multiple pinions interacting on the same rack. This arrangement has proven resilient for shock loads, and allows for compact gearbox designs with very high load rating. For the further development of the actuators, access to proper simulation models for various gearbox behaviours is important. One such behaviour is that of the gearbox efficiency. In 2020, a Simulink model for predicting the gearbox efficiency was produced. The aim of this thesis has been to verify the 2020-model using Romax, and also to continue the development of the Simulink model so that it can also handle gearbox acceleration and backdrive. The results from the Romax modelling were while not identical to the 2020 Simulink model results, close enough that the Simulink model could be considered verified through that method. The results from the new dynamic Simulink model were in the same order of magnitude as those of the other two models. To achieve an absolute accuracy for the models, efficiency testing on physical actuators should be executed. / Cascade Drives utvecklar en ny typ av elektromekaniska linjära ställdon. Ställdonen är elektromekaniska och följer konceptet med en kuggstång och pinjonger som drivs av en elektrisk motor. I själva växellådan finns patenterad teknik som tillåter att lasten från kuggstången fördelas jämnt mellan flera pinjonger utan att systemet överbestäms. Detta möjliggör kompakta växellådor till ställdonen som kan ta höga laster och dessutom fungerar utmärkt för chocklaster. I och med att det är helt ny teknik erfordras beräkningsmodeller så att växellådans beteende kan förutspås redan innan prototyper tillverkas. En beräkningsmodell för ställdonets statiska verkningsgrad utvecklades 2020 i Simulink. Detta arbete syftar till att genom Romax verifiera funktionaliteten av modellen från 2020. Dessutom utvecklades modellen vidare för att hantera de dynamiska lastfallen när ställdonet accelererar och drivs från last. Modelleringen Resultaten från modelleringen i Romax och de från den statiska Simulinkmodellen från 2020 var snarlika med en skillnad på ungefär ± 1 %. Graferna över växellådans verkningsgradsbeteende över varierande last och hastighet skiljde sig tillräckligt lite för att bedömningen skulle vara att den statiska modellen kan betraktas som verifierad av Romax. Även den nya dynamiska Simulinkmodellen genererade resultat som liknade de från de statiska Simulinkoch Romax modellerna. För att få en absolut precision på samtliga beräkningsmodeller rekommenderas att genomföra verkningsgradstester på fysiska prototyper för framtiden.

A Power Transfer Unit (PTU) of an All-Wheel Drive System is a hypoid gear transmission unit that distributes the power from the vehicle transmission to all wheels of the vehicle. This thesis aims at increasing the fidelity of the analytical power loss calculation methods through test data correlation and develop a 1D simulation model that can be used to evaluate the drag losses in the PTU at early design stages.  Firstly, the analytical methods to predict the frictional losses and oil churning losses due to the hypoid gearset, rolling bearings and seals immersed in oil are studied. Several drag loss tests with different combinations of internal components, bearing preloads and with/without the presence of oil were previously conducted on the PTU at different speeds and temperatures at zero torque. The power losses are computed in ROMAX Energy and Excel using different analytical methods available in the literature for each component in the PTU. Then the results from the drag loss tests are segregated component-wise for data correlation with the losses evaluated previously. Based on the data correlation, modification factors are introduced for all analytical methods to match the segregated test results.  The demand in the automotive industry to reduce time to market is high. Hence, system-level simulation was chosen as a solution to assess the system efficiency at early concept design stage, saving a lot of time and aid the detailed design. 1D simulation technique is used to study the total power loss of the PTU to optimize its design. The thesis is aimed at developing a 1D system model of the PTU in a commercial tool called LMS AMESim, to evaluate the total power loss of the unit. Inbuilt component models from the software library are used to build a sketch of a simplified lumped mass model of the physical system. The model is simulated in a time domain temporal analysis. The total power loss results simulated using AMESim are compared to the efficiency tests results conducted at different torque levels and ROMAX results.  Comparisons between the simulations and test data shows that the system model is accurate and can be used in predicting the power losses in the PTU in the early design stages. This model can also be used to study the influential factors through sensitivity analysis of different parameters which can be done as an extension to the current scope of this work. / En kraftöverföringsenhet (PTU) i ett fyrhjulsdriftsystem är en hypoidväxellådsöverföringsenhet som fördelar kraften från växellådan till alla hjul i fordonet. Det rapporterade arbetet syftar till att öka konfidensen i de analytiska beräkningsmetoderna för effektförlust genom testdatakorrelation och genom att utveckla en 1D-simuleringsmodell som kan användas för att utvärdera dragförlusterna i PTUn i tidiga designfaser.  För det första studeras analysmetoderna för att förutsäga friktionsförluster och plaskförluster på grund av hypoidväxeln, rullager och tätningar nedsänkta i olja. Flera ”Drag Loss”-tester med olika kombinationer av interna komponenter, lagerförspänningar och med / utan närvaro av olja utfördes tidigare på PTU vid olika hastigheter och temperaturer utan pålagt moment. Effektförlusterna beräknas i ROMAX Energy med olika analysmetoder tillgängliga i litteraturen för varje komponent i PTU. Sedan separeras resultaten från dragförlusttesterna komponentmässigt för datakorrelation med de tidigare utvärderade förlusterna. Baserat på datakorrelationen införs modifieringsfaktorer för alla analysmetoder för att matcha de segregerade testresultaten.  Efterfrågan inom fordonsindustrin att minska tiden till marknaden är hög. Därför väljs simulering på systemnivå som en lösning för att bedöma systemeffektiviteten i ett tidigt konceptdesignfas, vilket sparar mycket tid och underlättar den detaljerade designen. 1D-simuleringsteknik används för att studera PTUns totala effektförlust för att optimera dess design. Arbetet syftar till att utveckla en 1D-systemmodell av PTU i ett kommersiellt verktyg som heter LMS AMESim, för att utvärdera enhetens totala effektförlust. Inbyggda komponentmodeller från programvarubiblioteket används för att skapa en skiss av en förenklad modell av det fysiska systemet. De totala effektförlusterna beräknade med AMESim jämförs med effektivitetstestresultaten vid olika vridmomentnivåer och ROMAX-resultat.  Från korrelationen med testresultaten observeras att systemmodellen är korrekt och kan användas för att förutsäga effektförlusterna i PTU i de tidiga designstadierna. Denna modell kan också användas för att studera de viktigaste faktorerna genom känslighetsanalys av olika parametrar, vilket kan göras som en förlängning av detta arbete.