Ett hybridelektriskt drivlinekoncept till BAE Systems bandvagn BvS10 har tagits fram. Konceptet ärbaserat på tidigare studier utförda kring samma hybridelektriska konceptplattform. Det framtagna drivlinekonceptet modellerades i Simulink/Simscape. Detta utifrån en tidigare konstruerad och validerad simuleringsmodell av den befintliga drivlinan till BvS10. Denna drivlina är, till skillnad från den i detta projekt modellerade drivlinan, av traditionellt mekaniskt slag. Den befintliga drivlinan har låtits simulerats och jämföras med den framtagna hybridelektriska drivlinesimuleringen, vilket har gjorts i tre olika testfall. Testfallen rubriceras enligt följande, acceleration och topphastighet, dragkraft, och körning i brant uppförsbacke. Syftet med studien är att presentera den initiala prestandaskillnaden som en hybridelektrifiering av drivlinan skulle innebära. Det framtagna hybridkonceptet består av en generator kopplad direkt på förbränningsmotorns axel. Generator är sedan kopplad till två elmotorer placerad i vardera av bandvagnens fram- och bakvagn. Elmotorerna är, via en fyrväxlad växellåda, placerad ovanpå differential. Mellan generator och elmotorerna kopplas en superkondensator in via en spänningsomvandlare. Superkondensatorn förväntas kunna leverera en effektboost vid körning med högt motstånd för att öka mobilitet i krävande terräng samt fordonets acceleration. Resultatet visar att superkondensatorn har möjlighet att öka fordonets acceleration i cirka sju sekunder innan den laddats ur. Superkondensatorns bidrag till prestandaökning av drivlinan är även tydlig vid körning i brant uppförsbacke, där den hjälper fordonet accelerera samt nå en högre topphastighet. Även utan superkondensatorn presterar den hybridelektriska drivlinan bättre i uppförsbacken på grund av elmotorernas, relativt befintliga drivlinans förbränningsmotors, höga vridmoment. Dragkraften ökar betydligt med den modellerade fyrväxlade växellådans lågväxel, men är även högre än befintliga drivlinans dragkraft utan lågväxel kopplad. Studiens framtagna hybridkoncept utnyttjar inte något batteri. Detta tillsammans med att den hybridelektriska drivlinan visar sig ha högre förluster än den befintliga drivlinan, resulterar i en lägre tillgänglig effekt att använda till fordonets framdrivning. I resultaten från studien syns detta tydligast då topphastigheten är lägre för den hybridelektriska drivlinan. Föreslagen elmotor har möjlighet att producera hög effekt men begränsas på grund av de ökade förlusterna. Även växellådans lågväxel kan ej utnyttjas till full potential på grund av denna brist på energitillgång. För att motverka denna energibegränsning som elmotorn står inför krävs ett batteri som levererar effekten motsvarande de förluster som tillkommer med en hybridelektrifiering. Den högsta växel nås vid en låg hastighet, för växellådan rekommenderas därmed en justering av utväxlingsförhållanden och en vidareundersökning av möjligheten att reducera antal växlar. / A hybrid electric driveline concept for the BAE Systems BvS10 tracked vehicle has been developed. The concept is based on previous studies conducted on the same hybrid electric platform. The resulting powertrain concept was modeled in Simulink/Simscape, using a previously constructed and validated simulation model of the existing powertrain for the BvS10. This existing powertrain, unlike the one modeled in this project, is of a traditional mechanical nature. The existing drivetrain has been simulated and compared to the developed hybrid electric drivetrain simulation in three different test cases. These test cases are categorized as follows, acceleration and top speed, pulling force, and steep uphill driving. The purpose of the study is to present an initial performance difference that hybrid electrification of the powertrain would entail. The developed hybrid concept consists of a generator directly placed in connection to the combustion engine’s shaft. The generator then forwards the power to two electric motors, each positioned in the front and rear body of the tracked vehicle. The electric motors are placed on top of the differential with a four speed gearbox inbetween. As a secoundary energy source, a supercapacitor is connected to the DC bus through a voltage converter. The supercapacitor is introduced to provide a power boost during high resistance driving, enhancing mobility in demanding terrain aswell as the vehicle’s acceleration. The results indicate that the supercapacitor has the capability to enhance the vehicle’s acceleration for approximately seven seconds before it discharges. The supercapacitor’s contribution to powertrains performance is also evident during uphill driving, where it assists the vehicle in accelerating and reaching a higher top speed. Even without the supercapacitor, the hybrid electric powertrain performs better uphill due to the high torque of the electric motors compared to the combustion engine in the existing powertrain. The pulling force significantly increases with the modeled four speed gearbox’s low gear, but it is also higher than the existing powertrain ́s pulling force without engaging low gear. The study’s proposed hybrid concept does not utilize a battery. This together with the fact that the hybrid electric powertrain exhibits higher losses than the existing powertrain, results in a reduced power available for vehicle propulsion. In the study results, this is most evident in the reduced top speed of the hybrid electric powertrain. The suggested electric motor has the potential to produce high power but is limited due to the increased losses. Additionally, the low gear of the transmission cannot be fully utilized due to the same energy constraint. To mitigate this limitation faced by the electric motor, a battery is required that delivers power equivalent to the losses incurred by the hybridization. The highest gear is reached at a low speed, which provides very little range for each gear to operate. For this reason, an adjustment of the proposed gear ratios is recommended, along with further investigation into the possibility of reducing the number of gears.

En Power Transfer Unit (PTU) eller vinkelväxel i ett drivsystem för allhjulsdrift är enväxellåda med en hypoid-växel som drevsats. PTUn ar placerad mellan fordonets transmissionoch kardanaxel och används för att fördela momentet från drivsystemet mellanalla hjulen. De dynamiska egenskaperna hos vinkelväxeln är kopplade till de ljud ochvibrationer som uppfattas i bilen, speciellt tonalt ljud som växelvin. Källan till dennavibration kan relateras till transmissionsfelet i växeln. Transmissionsfelet beror pa faktorersom geometri, rotationshastighet och statiskt moment. Om faktorernas inverkankan identieras skapar det möjligheter att reducera felet genom designförändringar. 1D ellersystem-simulering ar en förenklad beskrivning av det dynamiska beteendet av systemet.Det är en flexibel metod som kan ge en uppskattning av systemets egenskaper iett tidigt skede och kan användas i såväl tids- som frekvensdomönen.Denna studie syftar till att bygga en 1-D system-modell av en PTU och studera dessdynamiska beteende. De typer av analyser och resultat som ar möjliga att få från en dynamisk1-D modell av en specic produkt har utvärderats. Befintliga komponenter frånmjukvarans bibliotek har används for att bygga en förenklad modell med lumpade massorav den fysiska systemet. Simuleringar har utförts både i tidsdomänen och frekvensdomänen.System-modellen är mycket användbar för modelling av hela system och av hur delarnaväxelverkar i ett tidigt skede av produktutvecklingen. Beräkningen av nivån på transmissionsfeletsgrundtonen stämmer väl med tillgängliga mätresultat. Rotationshastigheternasvariation då kopplingen kopplar i och ur vinkelväxeln illustrerar tydligt kopplingensinverkan på dynamiken i systemet. Det var dessutom möjligt att erhålla systemets torsionsegenfrekvenseroch modformer från den linjära frekvensanalysen. / A Power Transfer Unit (PTU) of an All-Wheel Drive system is a hypoid gearbox whichis a driveline component, used to distribute power from the powertrain to all the wheelsof a vehicle. The gearbox dynamics is closely related to the gearbox noise and vibration,especially tonal noise like gear whine. The source of this vibration is referred to as thetransmission error in the unit. Transmission error is attributed to various geometricaland operating conditions, which if mapped mathematically, allows the designer to reducethe error by varying the design parameters. The demand in the automotive industry toreduce time to market is high. A lot of time can be saved if system performance can beassessed at the concept stage, even before the detailed design. This is where system-levelsimulation plays a key role. 1-D or system simulation technique studies the dynamicbehaviour of the system in one dimension. This greatly simplies the model and allowsfor the exibility to get early estimates of the system behaviour with respect to time andfrequency. Here, such a system model is built for a hypoid gear based driveline system.This work aims to build a 1-D system model of the PTU and study the dynamic behaviourof the response. The evaluation helps in understanding the capabilities on 1-D systemmodel in simulating a specialised product dynamic characteristics. LMS AMESim wasthe commercial tool used in building the system model. Existing components from thesoftware library were used to build a sketch of a simplied, lumped mass model of thephysical system. The model was then simulated in both the time domain and frequencydomain through a temporal and linear analysis respectively.It is observed that the system model is very useful in early modelling of a system and itsinteractive eects. The fundamental harmonic of the transmission error is predicted wellin the system model. The clutch connect/disconnect behaviour can also be seen in therotary velocity response of the gear. The system eigenfrequencies and mode shapes wereobtained from the linear analysis.

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.