This thesis adopts a novel approach to propelling and controlling the dynamics of a vehicle by using autonomous corner modules (ACM). This configuration is characterised by vehicle controlled functions and distributed actuation and offers active and individual control of steering, camber, propulsion/braking and vertical load. Algorithms which control vehicles with ACMs from a state-space trajectory description are reviewed and further developed. This principle involves force allocation, where forces to each tyre are distributed within their limitations. One force allocation procedure proposed and used is based on a constrained, linear, least-square optimisation, where cost functions are used to favour solutions directed to specific attributes. The ACM configuration reduces tyre force constraints, due to lessen estrictions in wheel kinematics compared to conventional vehicles. Thus, the tyres can generate forces considerably differently, which in turn, enables a new motion pattern. This is used to control vehicle slip and vehicle yaw independently. The ACM shows one important potential; the extraordinary ability to ensure vehicle stability. This is feasible firstly due to closed-loop control of a large number of available actuators and secondly due to better use of adhesion potential. The ability to ensure vehicle stability was demonstrated by creating actuator faults. This thesis also offers an insight in ACM actuators and their interaction, as a result of the force allocation procedure. / QC 20101117

Situation awareness is a crucial capability of any autonomous system, including mining vehicles such as drill rigs and mine trucks. Typically situation awareness is interpreted as the capability of an autonomous system to interpret its surroundings and the intentions of other agents. The internal system awareness however, is often not receiving the same focus, even though the success of any given mission is completely dependent of the condition of the agents themselves. The internal system awareness in the form of vehicle health is the focus of this thesis. As the mining industry becomes increasingly automated, and vehicles become increasingly advanced, the need for condition monitoring and prognostics will continue to rise. This thesis explores data-driven methods that estimate the health of mining vehicles to accommodate those needs. We do so by utilizing available sensor signals, common on a large amount of mining vehicles, to make assessments of the current vehicle condition and tasks. The mining industry is characterized by small series of highly specialized vehicles, which affects the possibility to use more traditional prognostic solutions. The resulting health information can be used both to aid in tasks such as maintenance planning, but also as an important input to decision making for the planning system, i.e. how to run the vehicle for minimum wear and damage, while maintaining other mission objectives. The contributions include: a) A method to use operational data to estimate damage on the frame of a mine truck. This is done using system identification to find a model describing stresses in the structure with input from other sensors such as accelerometers, load sensors and pressure sensors. The estimated stress time signal is in turn used to calculate accumulated damage, and is shown to reveal interesting conclusions on driver behavior. b) A method to characterize the different driving tasks by using an accelerometer and a convolutional neural network. We show that the model is capable of classifying the vehicle task correctly in 96 % of the cases. And finally c), a system for underground road monitoring, where a quarter car model and a Kalman filter are used to generate an estimate of the road profile, while positioning the vehicle using inertial measurements and access point signal strength. / <p>Ytterligare forskningsfinansiär: Epiroc Rock Drills AB</p>

Vehicles with different capabilities for automated driving will gradually be deployed in road transportation systems over the coming decades. Mixed traffic conditions may change the characteristics of the traffic flow dynamics.  Microscopic traffic simulation is used for studying traffic flow dynamics in transportation systems. By simulating the interactions between individual vehicles, effects caused by changes in the road infrastructure, by road closures, or by the number and the types of vehicles can be investigated. Impacts on traffic performance can be analyzed in terms of travel times, travel time delays, queue formations, or vehicle throughput. To evaluate the impact of automated driving on traffic performance using microscopic traffic simulation, existing microscopic driving models need to be further developed to describe automated driving.  The aim of this thesis is to investigate how to further develop microscopic traffic simulation models for automated driving. In this investigation, the aspects to consider in simulation experiments including automated driving are identified. These aspects are the vehicle system, the role of authorities, the role of the users, of the infrastructure, of connectivity features, and of the sensor-based perception of the vehicles. A microscopic traffic simulation experiment showing the possible effects on a motorway in terms of vehicle throughput and travel delays is presented.  A conceptual model that describes how driving automation systems deal with the perception tasks is proposed. Future research directions will focus on implementing this model for perception in traffic simulation platforms and on the modeling of lateral tactical maneuvers. iii

When designing a building, sound is one of the problems to take into account. Vibrating machines, such as ventilation fans, water pumps and compressors, generate structure-borne sound. The structure-borne sound travels up the structure of the building and generates sound in adjacent rooms. To be able to predict the sound radiated in the adjacent rooms when designing a building, a semi-analytical model has been developed. Using the incident vibrations from the floor plate where the vibrating machine is standing, the transmission loss in the junction between the floor plates and the wall plate is calculated. This can bed one in every junction in the building, creating a system of multiple junctions. The sound radiation to the adjacent rooms is later approximated using the velocity of the plates.The model is verified with measurements in two case studies. This shows that the model has good potential in predicting the normal acceleration amplitudes in the relevant plates. The two case studies have different geometric properties and different sources. The comparison between the model and the measurement gives similar results. The model analyses the output of the bending waves since this is the wave type that radiates sound, but longitudinal waves are present in the model. With only two case studies it is too early to say that the model works for all systems, but it could be used as a fist approach. The model, right now, is restricted to isotropic, homogeneous material without losses. A parametric study shows that the transmission loss is dependent on the ratio between the thicknesses of the floor plate and the wall plate. The ratio should be as large as possible to get a high transmission loss, but depends on how the junction is structured. / När en byggnad designas är ljud ett av problemen som behöver tas hänsyn till. Vibrereande maskiner, så som ventilationsfläktar, vattenpumpar och kompressorer genererar strukturburet ljud. Det strukturburna ljudet färdas upp genom strukturen i byggnaden och generarear ljud i närliggande rum. För att kunna förutspåljudavstrålningen i de närliggande rummen när en byggnad designas, har en semianalytisk model tagits fram. Genom att använda infalland vibrationer från golvplattan där den vibrerande maskinen står, kan transmissionsförlusterna i förbindelsen mellan golvplatttorna och väggplattorna beräknas. Detta kan göras för samtliga förbindelser i byggnaden och skapar då en system för flera förbindelser. Ljudalstringen till de närliggande rummen kan sedan beräknas genom att använda hasitgheten av de vibrerandeplattorna.Modellen verifieras med hjälp av mätningar i två fallstudier. Dessa visar att modellen har god potential för att förutspå de normala accelerations amplituderna i de relevanta plattorna som studeras. Båda studierna har olika geometriska egensakper samt olika vibrations källor. Jämförelse mellan modellen och mätningen visar liknade resultat. Modellen analyserar de utgående böjvågorna eftersom det är dessa som kommer alstra ljud. Däremot är longitudinalvågor närvarande i modellen. Med endast två fallstudierär det för tidigt att säga om modellen fungerar för alla typer av system, men den kananvändas som ett första synsätt när problematiken uppstår. För närvarande är modellenbegränsad till isotropisk och homogenisk material utan förluster. En parametrisk studie visar att transmissionsförlusten är beroende av förhållandet mellan tjockleken av golvplattan och väggplattan. Förhålladet mellan dem ska vara så stort som möjligt för att få en hög transmissionsförlust, men den är också beroende på hur själva förbidelsen ser ut.

High fuel saving potentials, increased load carrying capacities and therefore competitive advantages force the heavy goods vehicle industry to enhance the efforts towards comprehensive lightweight designs. Facing this challenge, the material evaluation in terms of simulations and physical testing of composite materials is required for the design against fatigue failure due to road introduced vibrations. Eliminating fatigue testing issues in order to gain acceptable and reproducible results, a future-oriented systematic approach on conducting constant amplitude tension-tension fatigue testing on a unidirectional composite material is presented. Following the material characterisation of the carbon/epoxy material in terms of tensile and shear properties as well as fibre volume fraction, several combinations of tab configurations and specimen geometries have been tested with regard to their suitability for fatigue testing. Finally, the unidirectional material was successfully tested under tension-tension fatigue and first elaborated test data were assessed. In conclusion, the usage of straight aluminium tabs completely clamped inside the grips and bonded to the straight-sided specimen with 3M DP420 adhesive, using ventilation during the test is the recommended test procedure. / Lastbilsindustrin tvingas öka ansträngningarna för omfattande viktbesparingar med lättviktskonstruktioner då dessa har konkurrenskraftiga fördelar med potential att minska bränsleförbrukningen samt öka den lastbärande kapaciteten. Genom att ta sig an denna utmaning kommer materialkarakterisering, provning och simulering av kompositmaterial vara av stor betydelse för att kunna konstruera produkter utsatta för cykliska laster från väginducerade vibrationer. Vid utmattningsprovning är det viktigt att kunna generera acceptabla och reproducerbara resultat. I denna rapport presenteras hur man kan undvika och eliminera problem vid utmattningsprovning, samt ett systematiskt tillvägagångsätt vid genomförande av utmattningsprovning med konstant amplitud för belastningen drag-drag på ett kompositmaterial med enkelriktad fiberorientering. Ett kolfiber/epoximaterial är karakteriserat och flertal kombinationer av tab-konfiguration och provstavsgeometri har testats, med avseende på lämplighet för utmattningsprovning. Slutligen har kolfiber/epoximaterialet provats med framgång under cyklisk drag-drag belastning i fiberriktningen. Slutsatsen för utmattningsprovning är att använda sig av raka aluminium tabbar helt fastklämda inuti greppen. Tabbarna limmas fast på provstaven med 3M DP420 lim. Ventilation är också rekommenderat under provning för att undvika en ökning av temperatur i provstaven.

This report presents a master’s thesis edition involving the Maribot Petrel project, which concerns the development of a long range aquatic UAV capable of vertical takeoff from water in order to hop between different locations and to perform measurements in archipelago conditions. A concept evaluation phase was performed where multiple aquatic UAV ideas were investigated. This phase led to the conclusion that a flying wing with nose-tilting engine was the best concept to further invest in. Further, two prototypes of different sizes were then constructed and tested with positive results. The concept proved to be a promising platform for further development of the project. / Denna rapport sammanfattar ett examensarbete som utförts under projektet Maribot Petrel. Projektet omfattar utvecklingen av en obemannad, vatten anpassadoch långdistans drönare kapabel till vertikal start från vattnet med uppgiftatt hoppa mellan olika positioner och utföra mätningar i skärgårdsmiljö. Initialt utfördes en utvärdering av olika drönarkoncept som kunde användas. Detta resulterade i att idén om en flygande vinge med roterbar motor i nosen ansågs vara bäst lämpad att fortsatt investera i. Efter detta byggdes två prototyperi olika storlekar som sedan testades med positiva resultat. Detta koncept visade sig vara en lovande plattform för fortsatt utveckling av projektet.

Steering of prepreg tows in an automated fibre placement (AFP) process allows geodesic layup trajectory over a doubly-curved surface, as well as the potential to improve the efficiency of composite structures by tailoring their stiffness. However, defects (such as out-of-plane buckling and tow pull off) are commonly generated when the steering radius exceeds a critical limit, which impact the mechanical properties of the finished product. The in- and out-of-plane material properties of the prepreg tows have been shown to significantly influence the quality of the layup. In this thesis, in-plane shear behaviour of uncured IMA-M21 unidirectional (UD) prepreg was characterised using an off-axis tensile test to derive material parameters for process models to predict steering limits and defects. Test parameters, such as shear strain rates and temperatures, that were investigated were consistent to the actual AFP process. The results demonstrates the expected strain-rate and temperature dependencies related to the resins viscoelastic behaviour. Subsequently, a novel micro-mechanical finite element (FE) simulation of a 3-dimensional UD prepreg unit cell in pure shear was conducted to gain qualitative insights into the complex rheological behaviour at play. It effectively demonstrates how fibre friction, resin viscosity and shear strain rates influence the load transfer between fibres and melt, as well as the movement of fibres during the shearing process. These were reflected in the shear stress-strain curves generated in the simulation and elastic micro-buckling observed in the fibre elements. The results pave a way for future development of a robust material model for predicting the critical process parameters to achieve quality layups from AFP steering process. / Automated Fibre Placement (AFP) är en automatiserad metod för tillverkning av högpresterande fiberkompositkomponenter inom främst flygindustrin. AFP gör det möjligt att styra fiberupplägget genom att följa den geodetiska vägen ¨over dubbelkrökta ytor. Detta ger effektiva kompositstrukturer där fibrerna tillåts ligga i precis de rätta, skräddarsydda riktningarna för bästa möjliga mekaniska prestanda. Det finns dock begränsningar, speciellt när det gäller kritiska styrradier där defekter som fiberbuckling och fiber-släpp lätt uppstår. Dessa defekter påverkar den färdiga produktens mekaniska egenskaper. Skjuvegenskaperna i planet hos de ohärdade prepregens fiberbuntar och buckling ut ur planet har visat sig ha stor inverkan på kvalitén hos fiberuppläggen. I denna avhandling undersöks skjuvegenskaperna hos ohärdad IMA-M21 enkelriktad (UD) prepreg med hjälp av ett icke-axiellt dragprov. Syftet ¨ar att ta fram materialdata för simulering av fiberuppläggets begränsningar, för att kunna bestämma hur AFPn bör styras. Modellerna ska ¨aven prediktera de defekter som uppstår. Testparametrar så som skjuvhastigheter och temperaturer undersöks för att efterlikna den verkliga AFP-processen. Resultaten fångar det förväntade skjuvhastighet- och temperaturberoende som ges av matrisens viskoelastiska egenskaper. Baserat på dessa modeller tas en nya mikromekanisk modell fram som implementerad i Finita Element (FE) ger kvalitativ inblick i den komplexa reologin som inverkar. Modellen påvisar tydligt hur fiberfriktion, matrisens viskositet- och skjuvhastighet påverkar kraftföreningen mellan fiber och matris, så väl som förflyttningen av fibrer under skjuvprocessen. Resultaten banar väg för framtida utveckling av robusta materialmodeller för att kunna prediktera kritiska parametrar för att åstadkomma högkvalitativa

The International Maritime Organization, IMO, aims to at a larger extent build their work in relation to and around risk management. It is therefore here investigated how IMO standards comply with industry risk management processes. The IMO risk perspective used in this study is the Formal Safety Assessment, FSA. The FSA was created to evaluate and compare new regulations in regards to cost and administrative or legislative burden and is a risk management methodology, which goal is to improve maritime safety. The FSA uses risk analysis and cost benefit assessment, and covers both technical and operational issues. By comparing the IMO risk perspective with industry risk management processes, and analysing the practical use of the FSA by applying it to three maritime accidents the goal with this report is to find similarities and differences of the two perspectives and present possible carryovers from industry risk approaches to the IMO risk perspective. It was found that the IMO risk perspective, here represented by the FSA, does overall comply with industry risk management processes. The main difference is that general industry risk management processes focuses on all phases of the development and use of a vessel, from the concept phase to the operation phase but the FSA focuses mainly on the operative perspective of the design phase and the operation phase. The largest deficiency of the FSA is the non-existing demands on safety culture which is found to be a requirement when doing a successful risk management assessment. If IMO is considering the FSA as their main risk management method to be used, it is important that requirements on safety management is added. / Den internationella sjöfartsorganisationen, IMO, vill i större utsträckning utveckla sina standarder och rekommendationer med avseende på riskhantering. I denna rapport undersöks det hur dagens IMO-standarder stämmer överens med generella riskhanteringsmetoder. “The Formal Safety Assessment”, FSA, representerar i denna rapport IMOs perspektiv på riskhantering. FSAn skapades som ett verktyg för att utvärdera och jämföra nya regleringar och standarder ur ett kostnadsperspektiv samt administrativ och lagstiftande börda, och syftet med FSAn är att förbättra sjösäkerheten. FSAn är en riskanalysmetod och inkluderar både det tekniska och operativa perspektivet, samt kostnadskalkyler. I denna rapport jämförs IMOs riskperspektiv med generella riskhanteringsmetoder och den praktiska användningen av FSA analyseras genom att utreda hur man hade kunnat använda FSAn för att påverka utfallet av tre maritima olyckor. Målet med detta arbete är att hitta likheter och skillnader mellan de två perspektiven och undersöka om det finns lärdomar att dra från de båda perspektiven. Slutsatsen av detta arbete är att FSAn stämmer bra överens med generella riskhanteringsmetoder. Skillnaden som upptäcktes var att generella riskhanteringsmetoder inkluderar alla faser i utvecklingen och användandet av ett fartyg, från konceptfasen till den operativa fasen, men FSAn huvudsakligen fokuserar på det operativa perspektivet inom designfasen samt den operativa fasen. Det konstaterades också att en förutsättning för att en riskanalys ska vara effektiv och tillförlitlig är närvaron av en bra företagskultur och att den största bristen i FSAn är avsaknaden av uttryckliga krav på säkerhetskultur inom företaget som utvecklar eller använder båten, samt avsaknaden krav på en plan för hur företagen hanterar avvikelser. Utan en bra företagskultur, inklusive en säkerhetskultur, ökar risken för att avvika från designkrav och standardrutiner, vilket i sig ökar risken för olyckor.

In a competitive market such as the aerospace industry, the use of manufacturing process simulation is vital to decrease time and cost of tooling and process development. In the autoclave process, to obtain an uniform part with no void, it is crucial to understand the compaction phenomenon. Through the last decades, compaction simulation methodologies have been developed but only rather simple geometry and/or small parts have been studied. At Airbus Helicopters Deutschland, compaction simulation methodology needs to be able to predict outcomes of rather large and complex helicopter parts such as the final thickness, porosity, wrinkles, thickness deviation, etc. In the two existing Airbus Helicopters Deutschland simulation methodologies, the main problems are the complexity of the simulation process, high computational costs and substantial set-up for rather simple parts. The research presented in this Master thesis aims at providing improvements and optimisations of the two simulations. A comparison of the two methods is also performed in terms of applicability, accuracy, set-up time and computational cost to assess which method should be favoured depending on the problem. Samples previously built at Airbus or during this thesis are used for the simulations’ calibration and validation. For the first method based on the soil approach, parameters such as the autoclave cycle length, the shear stiffness of the fibres, pore pressure boundary condition, number of contacts, mesh size and radius discretisation are investigated. This method is capable of predicting’ accurately the final thickness and the thickness distribution behaviour for flat and curved parts. However, at lower consolidation pressures, the accuracy decreases. Furthermore, this simulation methodology requires high computational and set-up times. During the calibration of the method, CPU and setup times are reduced by using smaller model and coarser mesh while still achieving a correct result. For the second methodology based on membrane elements while neglecting flow effects, the contact modelling is calibrated: the contact stiffness is correctly altered to fit the thickness variation during the manufacturing process. Calibration is done for flat parts. However, wrinkles start to form in the curved part model where no such defect was observed in the samples. This issue needs to be investigated first to continue the simulation calibration. The method shows accurate results for each pressure cycle with lower computational cost and faster set-up than the first method. In addition, wrinkles can be visualized directly in the simulation and core material such as honeycomb and foam sandwich cores can be taken into account. This method looks quite promising but needs further investigation. / Aerospace industrin måste ständigt möta upp mot höga kvalitetskrav samtidigtsom den är utsätts för hård konkurrens från andra aktörer. Användningenav processimulering är viktig för ett företags konkurrenskraft genom att detger minskad uppstartstid tid, skapar robusta tillverkningsmetoder och minskarverktygskostnaderna. I autoklavprocessen, vilken används för tillverkning avavancerade strukturella kompositkomponenter, är det exempelvis av yttersta viktatt med hjälp av modeller förstå och prediktera materialkonsolideringen. Olikametoder har presenterats under de senaste decennierna för att kunna bestämma gradav konsolidering, men de har samtliga varit begränsade till ganska enkla geometrieroch/eller studier på små detaljer. Vid Airbus Helicopters Tyskland behöver sådanasimuleringar tex kunna förutsäga slutlig materialtjockled, porhalt, veckbildningoch tjockleksvariationer vid tillverkning av stora och komplexa geometrier. De tvåexisterande simuleringsmetodiker som används av företaget idag är för komplicerade,kostsamma (kräver mycket datorkraft) och omständliga att sätta igång även försimulering av ganska enkla delar. Forskningen som presenteras i denna avhandlingsyftar till att förbättra och optimera den existerande simuleringsmetodiken påföretaget. En jämförelse mellan de två metoderna är genomförd för att undersökavilken metod är att föredra för olika typer av problem. Vid jämförelsen studerasmetodernas applicerbarhet, noggrannhet, uppstartningstid och beräkningskostnad.Verkliga komponenter som fanns tillgängliga sedan tidigare eller som har tillverkatsvid Airbus Helicopters under tiden för uppsatsen har använts för kalibrering ochvalidering.Den första metoden är baserad på en soil approach och parametrar såsom autoklavens processcykel, fibermaterialets skjuvstyvhet, portryck, antalkontaktpunkter, storlek på beräkningsnätet och beräkningsradiernas diskretisation ärundersökta. Metoden gör det möjlig att prediktera slutlig komponenttjocklek samttjockleksvariationer för plana och krökta delar. Emellertid minskar noggrannheten vidsimuleringar av låga processtryck. Dessutom kräver metodiken långa uppstartstidersamt simuleringstider. Genom att kalibrera metoden för halverad modell eller grövreberäkningsnät kan dock både CPU-tid och uppstartstid reduceras.För den andra metoden, som är baserad på skalelement och bortser frånmatrisflödeseffekter, har arbetet i uppsatsen handlat om att kalibrera kontaktvillkoren.Kontaktstyvheten har anpassats för att passa de tjockleksvariationerna som uppstårunder tillverkning. Dessvärre uppstår veck i den härdade, dubbelkrökta komponentenvilket inte korrelerar med beräkningarna. Detta måste utvärderas vidare genomförbättrad beräkningskalibrering. Metoden visar upp resultat med god noggrannhetför samtliga simulerade tillverkningscykler, samtidigt som detta sker med kortareuppstartstid än den första metoden samt till lägre beräkningskostnad. Dessutommöjliggör metoden att veck kan visualiseras direkt i simuleringarna och att bådehoneycomb- och skumkärnor kan inkluderas och tas hänsyn till i beräkningarna.Metoden verkar mycket lovande men kräver vidare utredning.

Fatigue analysis of the printed circuit boards (PCBs) of an avionic instrument has been analyzed. The natural frequency and transmissibility has been estimated through analytical approach and finite element approach with Solid- Works and experimentally. Fatigue analysis damage has been obtained with three methods: Steinberg Stress approach, Steinberg Relative Displacement approach and Dirlik method. The analysis indicates that the solder that holds the CPU on the control unit is critical for the fatigue life. The results show that each method is far from the critical CDI value of 0:7 and therefore the design could be optimized. / En utmattningsanalys har utförts av ett kretskort (printed circuit board” PCB) i en avioniskt kronograf, kallad Stratotimer. Egenfrekvenser och överföring har uppskattats analytiskt, nummeriskt med finita element i SolidWorks samt experimentellt. Utmattningsrisk har predikterats med tre metoder: Steinbergs spänningskriterium, Steinbergs relativa förskjutningskriterium och Dirlikmetod. Analysen indikerar att den lödning som håller fast CPUn på kontrollenheten är kritisk för utmattningslivet. Resultaten från de ollika metoderna skiljer sig något men samtliga metoder indikerar en stor marginal till det kritiska design indexet (CDI) på 0,7. Därmed bör det finnas utrymme för optimering av Stratotimern.