Rapporten behandlar ett examensarbete inom Produktutveckling och Design vid Tekniska Högskolan på Jönköpings University 2020. Examensarbetet utfördes på uppdrag av Globe Group som avslutande del av utbildningen Maskinteknik. Arbetet har utförts av Alexandra Bachtay och Linnea Hellström. Arbetet bestod av att ta fram ett koncept på ett optimerat batteribälte hos produktsortimentet för Cramer. Globe Group har tre olika märken, där Cramers produkter är anpassad till professionella användare inom trädgårdsverktyg. Företaget utvecklar batteridrivna trädgårdsredskap. Därmed använder de sig av batteribälte i deras produktserie. I denna ser dem en del problem och därför har Globe Group utformat ett examensarbete med fokus på produktutveckling och konstruktion. Till en början söktes det efter en tydligare bild av användaren och produkten, därmed utfördes förstudier. Med hjälp av de som framkom under förstudien skapades två kravspecifikationer och funktionsanalyser för att kunna få ett bättre perspektiv på alla de olika delarna i produkten. Under skapandet av olika koncept delades det upp i tre områden, midjebälte, batterihållare samt infästning. När endast varsitt koncept kvarstod sammanställdes resultaten. Arbetet inriktas mot att skapa ett stabilare batteribälte med användarvänligheten i fokus. Resultatet av arbetet var ett nytt koncept på hur Cramer kan utforma sitt batteribälte för att tillgodose kundens behov. / The report deals with a bachelor's degree project in Product Development and Design at Jönköping University 2020. The thesis was carried out on behalf of Globe Group as the concluding part of the Mechanical Engineering program. The work was executed by Alexandra Bachtay and Linnea Hellström. The work consisted of developing a concept on an optimized battery belt in the product assortment for Cramer. Globe Group has three different brands, where Cramer's products are adapted to the professional gardener. The company develops garden tools driven by battery. Therefore they are having a battery belt in their product series. In this product they are seeing some problems and therefore Globe Group has designed this project focusing on product development and construction. Initially, a clearer picture of the user and the product was sought, thus feasibility studies were performed. With the help of those that emerged during the preliminary study, two requirements specifications and functional analyses were created in order to get a better perspective on all the different parts of the product. During the creation of different concepts, it was divided into three areas, waist belt, battery holder and attachment between the holder and belt. When only each area had one remaining concept, the results were later compiled into one final product. The work was focused on creating a more stable battery belt with user-friendliness in focus. The result of the work was a new concept on how Cramer can design its battery belt to meet customer needs.

I detta examensarbete simuleras ett värmehanteringssystem i Matlab Simulink för en elektrisk lastbil, det för att värmehantera fordonets klimat. Där en värmepump används för nedkylning av kupé och batteri samt en PTC (elektrisk värmare) för uppvärmning av detsamma. Värmepumpen fungerar genom att kompressorn förångar R-134a kylmedlet i systemet som sedan omvandlas till vätska vid nedkylning av kondensorn som utbyter energi med omgivande luften. Vätskan skickas vidare till en mottagare som filtrerar kylmedlet för att sedan överföras till en expansionsventil som kontrollerar trycket i systemet. Vätskan går sedan till evaporatorn för att kylas ned av ett utbyte med varmare omgivande luft från kupén, därefter börjar nedkylningsproessen om. PTC värmaren har en passiv uppvärmningsfunktionaliteten som tar emot ström genom ett motstånd och värmer komponenten med hjälp av en vattencykel. Batteriets räckvidd minskar vid fel temperaturer därav kan batteriets temperatur kontrolleras i drift. Det för att teoretiskt öka räckvidden på fordonet genom att ha batteriet vid en mer gynnsam temperatur. En förstudie genomförs där data samlas in för att sedan modellera och redovisa simulerade resultat som åstadkoms för olika scenarion med uppvärmning och nedkylning. Det visar sig att systemets batteri tar för lång tid vid nedkylning och uppvärmning på grund av dess stora massa. Detta då batteriet inte når måltemperaturen under simuleringens gång som körs i 1 timme och därav inte efter komforttiden som är 10 minuter. Vidare når kupéns delar önskad temperatur inom simuleringstiden förutom under kupéns nedkylning där taket kyls långsammare än önskat. Den enda delen av kupén som uppnår komforttiden är kupéns sidor vid uppvärmning. Vilket betyder att optimeringar på systemet bör tillämpas för att åstadkomma bättre och mer realistiska resultat. / In this thesis, a thermal management system is simulated in Matlab Simulink for an battery electric truck, in order to thermally manage the vehicle's climate. A heat pump is implemented to cool down the cabin and battery while a PTC (electric heater) is implemented to heat the systems respectively. The heat pump works by the compressor vaporizing the R-134a refrigerant in the system, which is then converted to liquid when cooled by the condenser, which exchanges energy with the surrounding air. The liquid is sent further to a receiver that filters the refrigerant and is then transferred to an expansion valve that controls the pressure in the system. The liquid then goes to the evaporator to be cooled by an exchange with warmer ambient air from the vehicle cabin, after which the cooling process begins again. The PTC heater has a passive heating functionality that receives current through a resistor and heats the component using a coolant loop. The battery's range is reduced at incorrect temperatures, therefore the battery's temperature can be checked during operation. This is to theoretically increase the range of the vehicle by having the battery at a more favorable temperature. A pre-study is carried out where data is collected to then model, and present simulated results that were achieved for different scenarios with heating and cooling. It turns out that the system's battery takes too long to cool down and warm up due to its large mass. This is because the battery does not reach the target temperature during the course of the simulation, which is run for 1 hour, and therefore not after the comfort time which is 10 minutes. Furthermore, the parts of the cabin reach the desired temperature within the simulation time, except during the cooling down of the cabin, where the roof cools more slowly than desired. The only part of the cabin that achieves the comfort time is the sides of the cabin when heated. Which means that optimizations to the system should be applied in order to achieve better and more realistic results.

As the transport industry shifts towards Battery Electric Vehicles (BEVs) the need for accurate route planning rises. BEVs have reduced range compared to traditional fuel based vehicles, and the range can vary greatly depending on ambient conditions and vehicle load. Existing research focuses more on the theoretical algorithms, and often have none or very simple vehicle models, leaning towards consumer cars instead of heavy duty trucks. Vehicle Route Planning (VRP) is a wide research area, and this thesis focuses on the Shortest Path subproblem. Contraction Hierarchies (CHs) is a commonly used family of algorithms for finding shortest paths in road networks, and is prevalent in the research frontier. CHs however comes with certain drawbacks, such as having to perform a costly preprocessing phase whenever metrics change, and not being able to share map data between multiple vehicles in a fleet. This thesis extends CHs to support a mixed fleet, with fast metric updates and support for more detailed cost optimization goals. This is done by implementing Customizable Contraction Hierarchies (CCHs), but with custom data structures and customization phase. This implementation allows map data to be shared between vehicles in a fleet, and keeps each vehicle's edge weights separate. The edge weights can be updated quickly, as the customization phase scales linearly with the size of the map. The implementation also supports edge weights that do not adhere to triangle inequality, which the previous research did not. Experiments are executed on a map of Stockholm and a synthetic map, to test the algorithm's performance, verify correctness, and stress the importance of accurate metrics for optimization goals. The CCH performed as expected, if not better, and its correctness is upheld. The implementation is fit to be integrated into a route planner, but further research should be conducted to see how it meshes with other parts of VRP, such as time windows, turn costs, and charging stations. / När transportindustrin övergår till batterielektriska fordon ökar behovet av rigorös ruttplanering. Batterielektriska fordon har minskad räckvidd jämfört med traditionella bränslebaserade fordon, och räckvidden kan variera stort beroende på omgivningsförhållanden och fordonets belastning. Existerande forskning fokuserar mer på de teoretiska algoritmerna och har ofta inga eller mycket enkla fordonsmodeller, som liknar mer konsumentbilar istället för tunga lastbilar. Ruttplanering är ett brett forskningsområde, och denna avhandling fokuserar på underproblemet att hitta kortaste vägen. Kontraktionshierarkier är en välanvänd familj av algoritmer för att hitta kortaste vägen i ett vägnät, och är prevalent i forskningsfronten. Kontraktionshierarkier har dock vissa nackdelar, som att de behöver utföra en kostsam förbehandlingsfas när parametrar ändras, och att kartdatan inte kan delas mellan flera fordon i en flotta. Den här avhandlingen utökar Kontraktionshierarkier för att stödja en blandad fordonsflotta, med snabba uppdateringar av parametrar och stöd för mer detaljerade optimeringsmål. Detta görs genom att implementera Anpassningsbara Kontraktionsierarkier, men med anpassade datastrukturer och anpassningsfas. Denna implementering tillåter att kartdata delas mellan fordonen i en flotta, och håller varje fordons kantvikter separat. Kantvikterna kan uppdateras snabbt, eftersom anpassningsfasen skalas linjärt med storleken på kartan. Implementationen stöder också kantvikter som inte följer triangelojämlikheten, vilket den tidigare forskningen inte gjorde. Experiment utförs på en karta över Stockholm och en syntetisk karta, för att testa algoritmens prestanda, verifiera korrekthet, och betona vikten av detaljerade parametrar i optimeringsmål. Anpassningsbara Kontraktionshierarkier presterade som förväntat, om inte bättre, och dess korrekthet uppehölls. Implementeringen är lämplig för att integreras i en ruttplanerare, men ytterligare forskning bör genomföras för att se hur den passar ihop med andra delar av ruttplaneringsproblemet, så som tidsfönster, svängkostnader och laddstationer.

The automotive industry is undergoing a rapid transformation, driven by global environmental regulations. To adapt, companies are not only focusing on the sustainability of their end products but also on optimizing their R&D processes. Traditionally, efforts to reduce the emissions have centered on the end product and production processes, but achieving true sustainability requires attention to the entirety of the R&D cycle, particularly the testing activities, which often significantly contribute to R&D's environmental impact. The purpose of this study is to systematically assess the environmental impact of product development testing activities in an automotive company. Additionally, the study aims to propose actions to reduce the emissions from the testing activities. To achieve the purpose of the study, a qualitative research approach including a case study at Scania, a manufacturer of heavy trucks and buses, was employed and involved 26 interviews with key experts in the field. The study reveals that within Scania, engine testing followed by vehicle testing contribute the most to the emissions in terms of CO2 and NOX. In contrast, component testing shows a relatively minor impact, largely due to the use of electricity-powered machinery that utilizes fossil free electricity. The paper outlines three steps to reduce the environmental impact of the product development testing activities. These actions include implementation of simulation-driven product development, Lean practices, and accelerating the rollout of Battery Electric Vehicles (BEVs). Increasing the quality of simulations can reduce physical tests, thus minimizing the emissions. Additionally, the study identifies four types of waste related to Lean within the testing processes, proposing specific actions for their elimination. Lastly, expediting the deployment of BEVs could replace conventional vehicles with electric ones, reducing the emissions from both engine and vehicle testing. However, the environmental implications of battery production for BEVs also need careful consideration to ensure overall sustainability. / Fordonsindustrin genomgår en hastig omvandling drivet av globala miljöregleringar. För att anpassa sig fokuserar företag inte bara på hållbarheten hos sina slutprodukter utan även på att optimera sina R&D processer. Traditionellt har ansträngningar för att minimera miljöpåverkan fokuserat på slutprodukten och produktionsprocesserna, men för att uppnå miljömässig hållbarhet krävs förbättringar på hela R&D kedjan, särskilt inom testverksamheten, vilket ofta har en stor miljöpåverkan på R&D. Syftet med denna studie är att systematiskt bedöma miljöpåverkan av testverksamheten på R&D i ett fordonsföretag. Dessutom syftar studien till att föreslå åtgärder för att minska miljöpåverkan från testverksamhetens aktiviteter. För att uppnå studiens syfte användes en kvalitativ forskningsmetod och en fallstudie på Scania, en tillverkare av tunga lastbilar och bussar, som involverade 26 intervjuer med experter inom området. Studien visar att Scanias motortestning följt av deras fordonsprovning har störst miljöpåverkan i form av CO2- och NOX utsläpp. Samtidigt visar komponenttestning en relativt liten påverkan, främst på grund av elektricitetsdriven maskinutrustning som använder fossilfri el. Rapporten beskriver tre steg för att minska på testverksamhetens miljöavtryck. Dessa åtgärder inkluderar att i högre grad utnyttja simuleringsdriven produktutveckling, Lean-praxis samt att påskynda utrullningen av batteridrivna fordon (BEVs). Genom att öka kvaliteten på simuleringar kan antalet fysiska tester minska och därmed reducera miljöpåverkan. Dessutom identifierar studien fyra typer av slöserier inom testverksamheten kopplat till Lean och föreslår specifika åtgärder för deras eliminering. Slutligen påvisar studien att en påskyndad utrullning av BEVs kommer att leda till ersättningen av fossildrivna fordon med elektriska, och därigenom minska utsläppen från både motortestning och fordonsprovning. Dock krävs en noggrann analys av de miljömässiga konsekvenserna av batteriproduktionen för BEVs för att säkerställa övergripande hållbarhet.

A common architecture for electric vehicles is to have two electric machines one each on the front and rear axle. Despite the redundancy, this configuration ensures performance. Being energy efficient is equally important for electric vehicles to deliver a sufficiently high range. Hence, operating a single machine at low to medium torque requirement is desirable. A clutch can be implemented on the front axle and its engagement dynamically controlled to reduce the magnetic drag losses in the front machine. With clutch disengaged, the entire torque will be delivered by the rear machine causing it to heat up quickly. As electric machine and inverter losses are also temperature dependent, this work attempts to derive an optimal torque split strategy between the two machines considering thermal effects. An upper-temperature limit for both electric machine and inverter is imposed for component protection. Thermal models for the electric machine, inverter and coolant circuit are simplified using system identification and model order reduction approach. Dynamic optimal torque split is realized by minimizing the energy loss over the entire drive cycle. Dynamic programming is used to investigate the benefits of including thermal losses and to generate a benchmark solution for optimal torque split strategy. Further, two online controllers are developed, one based on non-linear model predictive control and the other being a static controller with added heuristic rules to prevent temperatures of critical components to exceed the limits. A high-fidelity plant model was developed using VSIM as master and GT-Suite thermal model as slave to compare the performance of these controllers. The results show that it is possible to obtain decent thermal performance of electric motor and inverter with one node lumped parameter thermal model and a five-node lumped parameter model for the coolant circuit. Including thermal dynamics in the controller can constraint the temperature within the limits and give an optimal torque split. The benefit of adding temperature-dependent thermal maps is found to be limited to certain operating regions. The static controller with torque split based on instantaneous power loss also performed well for the given configuration. The major contribution to energy saving was obtained by dynamic disengagement of clutch in the form of reduced magnetic drag losses. / En vanlig arkitektur för elfordon är att ha två elmaskiner en vardera på fram- och bakaxeln. Trots redundansen säkerställer denna konfiguration prestanda. Att vara energieffektiv är lika viktigt för att elfordon ska leverera en tillräckligt hög räckvidd. Det är därför önskvärt att driva en enda maskin med lågt till medelhögt vridmoment. En koppling kan implementeras på framaxeln och dess ingrepp kan styras dynamiskt för att minska de magnetiska motståndsförlusterna i den främre maskinen. Med kopplingen urkopplad kommer hela vridmomentet att levereras av den bakre maskinen vilket gör att den snabbt värms upp. Eftersom förluster av elektriska maskiner och växelriktare också är temperaturberoende, försöker detta arbete härleda en optimal vridmomentsdelningsstrategi mellan de två maskinerna med tanke på termiska effekter. En övre temperaturgräns för både elektrisk maskin och växelriktare är införd för komponentskydd. Termiska modeller för den elektriska maskinen, växelriktaren och kylvätskekretsen förenklas med hjälp av systemidentifiering och modellbeställningsreduktion. Dynamisk optimal vridmomentdelning realiseras genom att minimera energiförlusten under hela körcykeln. Dynamisk programmering används för att undersöka fördelarna med att inkludera termiska förluster och för att generera en benchmarklösning för optimal vridmomentsdelningsstrategi. Vidare utvecklas två online-styrenheter, en baserad på icke-linjär modell för prediktiv styrning och den andra är en statisk styrenhet med tillagda heuristiska regler för att förhindra att temperaturer på kritiska komponenter överskrider gränserna. En högfientlig anläggningsmodell utvecklades med VSIM som master och GT-Suite termisk modell som slav för att jämföra prestandan hos dessa styrenheter. Resultaten visar att det är möjligt att erhålla hyfsad termisk prestanda för elmotor och växelriktare med en termisk modell med en nodklumpad parameter och en femnodsmodell med klumpparametrar för kylvätskekretsen. Att inkludera termisk dynamik i regulatorn kan begränsa temperaturen inom gränserna och ge en optimal vridmomentfördelning. Fördelen med att lägga till temperaturberoende termiska kartor har visat sig vara begränsad till vissa driftsområden. Den statiska styrenheten med vridmomentdelning baserad på momentan effektförlust fungerade också bra för den givna konfigurationen. Det största bidraget till energibesparingen erhölls genom dynamisk urkoppling av kopplingen i form av minskade magnetiska motståndsförluster.