The thesis deals with computational modelling of heavy duty off-road vehicle driveline components. The thesis is divided to two main parts. The first part deals about modal analysis of selected driveline components. MBS computational study was performed based on modal analysis results. The second part of thesis deals with experimental verification of computational model. Pass-by noise and vibration measurement was performed. Measured signals were processed in frequency domain to find noise and vibration sources.

This report is for the Master of Science thesis project undertaken for KTH Royal Institute of Technology in collaboration with the Forestry Research Institute of Sweden (Skogforsk) for the Forestry Master Thesis School. The aim of this project was to theoretically explore the possibility of replacing the hydraulic driveline with an electric series driveline and to understand the differences between using one or the other so that it can be convincingly concluded if a Diesel-electric driveline in Forestry forwarders is a worthwhile endeavour or not. In this report, the current status of the XT28 driveline is explored as well as improvements in terms of energy storage, energy recovery and controls are suggested. These two concepts are quantified and compared against a theoretical Diesel-Electric driveline, with details about its different parts from Power source to Motors and Gearboxes discussed at length. These three concepts are compared against each other in terms of Physical characteristics like mass, Performance characteristics like efficiency, energy recovery, energy storage capacity, etc. and Practical characteristics like cost. According to the results of the multiple weighted Pugh matrix comparisons, the theorized Diesel-Electric Driveline holds an edge over even the improved/idealised version of the current XT28 driveline, despite being hampered by the cost. In conclusion, electrification of XT28 is definitely a possibility for the future, only major concern being the high cost associated with it. The efficiency improvements possible through use of hybrid electric driveline are significant, with mass difference between the two concepts much lower than initially expected. However, since most of the performance will depend heavily on control systems and practical losses, the only way to concretely prove the efficiency advantage is through detailed computer modelling or manufacturing prototype. / Denna avhandling är resultatet av ett examensarbete för en masterexamen i maskinkonstruktion vid KTH Kungliga Tekniska Högskolan. Examensarbetet har bedrivits på uppdrag av det svenska skogsbrukets forskningsinstitut Skogforsk. Syftet med detta projekt var att teoretiskt undersöka möjligheten att ersätta den hydrauliska drivlinan i fullskaleprototypen XT28 med en diesel-elektrisk och för att förstå fördelarna och nackdelarna med att använda den ena, samt att försöka värdera möjligheterna och nyttan med diesel-elektriska drivlinor i skogsmaskiner. I denna rapport undersöks status för nuvarande drivlina. Vidare, föreslås potentiella förbättringar när det gäller energilagring, energiåtervinning och reglering. Dessa egenskaper kvantifieras och jämförs med en teoretisk diesel-electrisk drivlina, med dess viktigaste komponenter från kraftkälla till motorer och växellådor. De tre egenskaperna jämförs med varandra med avseende på fysiska egenskaper som massa, samt prestandaegenskaper, som effektivitet, energiåtervinning, energilagringskapacitet etc., och även andra egenskaper som kostnad. Resultaten av de multipelviktade Pugh-matrisjämförelserna visar att den teoretiska dieselelektriska drivelinan är något bättre än en förbättrad / idealiserad version av den nuvarande drivlinan, trots den högre kostnaden. Sammanfattningsvis är elektrifiering av XT28 definitivt en framtida möjlighet, med den höga kostnaden som en hämmande faktor. Effektiviseringsförbättringar genom användning av hybrid-elektrisk drivlina är potentiellt signifikanta, med en betydligt mindre skillnad i totalvikt än vad som förväntades. Eftersom prestandan starkt beror på styrsystemet och de verkliga förlusterna är det enda sättet att konkret påvisa de förväntade effektivitetsfördelarna genom mera detaljerade modellsimuleringar och/eller tillverkning och prov med en fullskaleprototyp.

Avhandlingen presenterar resultatet av ett examensarbete i maskindesign på KTH. Uppgiften utfördes för ABB AB, Corporate Research.ABB vill undersöka en ny drivlinjekonstruktion för lågkostnadsautomatisering. ABB Robotiks har begränsat utbud av produkter rörande mobila plattformar. Det finns en stor marknadspotential för samarbetsrobotar på mobila plattformar bland kunder med både låg och hög grad av automation.I denna rapport diskuteras en möjlig designlösning av drivlinan för en mobil robotplattform. Generellt är utformningen av en robust drivlina för mobilplattform en komplex uppgift eftersom inte alla arbetsförhållanden är lika i en industriell installation. Till exempel kan vissa industriområden för logistik och andra för tung teknik etc. Idag finns det mycket fa designer av mobila industriplattformar konstruerade för ojämn yta, ytor med sprickor, stötar och liknande ojämna egenskaper. Befintliga industriella lösningar är utformade för jämna ytor inom gränserna for golvdesignen och överensstämmer också med lasterna på plattformens drivlina. En robust lösning föreslås i denna rapport. Detta baseras på en litteraturöversikt med konstruktionsarbete inkluderande lättillgängliga billiga komponenter samt modellutvärdering för att klara specifikationen av grova golv ojämnheter. Studien för att implementera en stötdämpare baserad drivlinjemodul har också inkluderats för att undersöka möjligheten att ha ett sådant drivsystem. Andra funktioner inkluderar också en inbyggd styrenhet som gör den mer kompakt genom att minska ledningar runt plattformen. Prestanda utfördes i en simuleringsmiljö för att se stötdämparens beteende. Den slutliga konstruktionen versionen byggdes som prototyp för vidare utvärdering i test. / This thesis presents the result of a master thesis in Machine Design at KTH. The task was performed for ABB AB, Corporate Research.ABB wants to investigate in a new driveline designs for low cost automation. ABB robotics doesn’t have any products concerning mobility application. There is a huge market potential for collaborative robots on mobile platforms with customers with both low and high budget of automation.This report discusses one possible design solutions of the driveline for a mobile robot platform. Generally, designing a robust driveline for mobile platform is a complex task since not all working conditions are alike in an industrial setup. For instance, some industrial area might for logistics, some might be for heavy engineering, etc. Moreover, there aren’t industrial platforms designed for uneven surface, surfaces having cracks, bumps and similar uneven features. The ones which can cope unevenness are for extreme off-road military conditions. Existing industrial solutions are designed for even surfaces within limits and the floor design is also in accordance to the platform driveline. A robust solution is proposed here after conducting a literature review with solid evidence and evaluation for the same to sustain rough floor designs with readily available inexpensive components. Study for implementing a shock absorber-based driveline module has also been included within to look at a possibility to have such a drive system. Other features also include an on-board controller which reduces the hassle of wiring around the complete platform. The performance was conducted on a simulation environment to see the behaviour of the shock absorber. The final design was prototyped for further evaluation.

No description available.

No description available.

Företaget BlackWing Sweden AB tillverkar ultralätta flygplan av kolfiberkomposit. Företaget vision är att tillverka ett flygplan som helt kan drivas av elektricitet med samma prestanda som flygplan drivet av fossila bränslen. För att kunna driva BlackWing flygplanet med hjälp av elektricitet behövs ett batteripaket, elektronikstyrning samt en elmotor. Därför har detta examensarbete ägnats åt att främst undersöka vilka elmotorer och battericeller som är mest lämpade för BlackWing flygplanet. Därefter togs resultatet fram genom beräkningar på battericeller och motorpaket med hjälp av insamlad information om motor-och batteriprestanda. För att få ett mer objektivt och systematiskt resultat här även en Pugh-matris används för att på ett enkelt sätt avgöra den mest lämpliga battericellen. Resultatet av detta arbete visade sig att i dagsläget är batteriet Envia, High Energi Pouch cell (ENV35011-CRC) och Siemens motor DYNADYN® 85 är mest lämpliga för BlackWing flygplanet. / BlackWing Sweden AB manufactures ultralight aircraft made from carbon fibre composite. The company's vision is to produce an aircraft that can be completely powered by electricity with the same performance as the aircraft powered by fossil fuels. To operate the BlackWing aircraft using electricity it will need a battery pack, electronic controls and an electric driveline. Therefore, this thesis has been devoted primarily to study which electric engine and battery cells that would be most suitable for the BlackWing aircraft. The result was produced by calculations of the battery cells and electric driveline by using collected information about driveline and battery performance. To get a more objective and systematic results, a Pugh matrix was used to easily determine the most suitable battery cell. The results of this work showed that in the current situation, the battery Envia High Energy Drone Cell Pouch (ENV35011-CRC) and Siemens engine DYNADYN® 85 are the most suitable for the BlackWing aircraft.

No description available.

No description available.

Currently, the road cargo system with low or zero CO2 emission is under rapid development. Heavy-duty trucks with electrified driveline systems will be the workhorse of future freight. But developing such a brand new and very complex system and adapting it to various application scenarios, such as long-haul freight, city distribution or construction loading, is still a big problem, because there is no previous experience to refer to. There is no standard development procedure or constraint framework for uncertainty either. Simulation on a massive scale with thousands of truck agents will be of great use for developing such a road-cargo system. System engineering will be the guiding methodology for this thesis project about developing a high-performance and multi-adaptive electrified driveline system. Referring to the classical V-shape development methodology, the complex concept will be divided into different levels of subsystems, from the large application scenarios to traffic simulation, driveline system simulation, electric motor and controller blocks development, and the system integration, performance verification and output of the results. The massive scale of traffic simulation will be implemented in AnyLogic, which does not contain any accurate agent model with vehicle dynamic motion during simulation. Thus, a precise vehicle agent model needs to be developed and embedded into AnyLogic’s simulation scenario, so as to make the simulation very close to reality, and to be able to evaluate vehicle concepts as well. The driveline system will be developed in Matlab/Simulink while the information communication between them will be realised in the form of computational calculation functions through the C language program. The development of the driveline model is also progressive. First, an equation-based full glider model was constructed. It simulates the scenario of a heavy-loaded truck driving on a steep slope (30% grade), decelerating from the initial 70 km/h to 0 km/h and then remaining stationary. The second model added the functionality of velocity input and output, enabling information exchange with AnyLogic. It will judge the real-time speed and the desired speed to decide whether to accelerate or decelerate and it uses the “Bang-Bang” control method of the electric motor. But this control mode results in a massive and frequent change in the electric motor output power, leading to extremely high energy consumption and in real life significantly shortened motor lifetime. So a powerful PI controller was introduced to the third Simulink model. The PI controller is embedded in the electric motor and it will replace the “Bang-Bang” control method. The “PID” control method provides a more stable power output so that the truck’s real-time speed can approach the target speed more smoothly. This control system can adapt to a variety of speed inputs and it can decide whether to output full power or partial power, depending on the speed difference. The third version of the Simulink model with PI controller has been verified as an acceptable model through various inputs of different speeds, and it will be converted into a C language program to be embedded in AnyLogic for massive traffic simulation. / Utveckling av godstrafiksystem på väg med låga eller noll CO2-utsläpp är under snabb utveckling. Tunga lastbilar med elektrifierade drivlinesystem kommer förmodligen att vara dominerande i framtiden för vägfrakt. Att utveckla ett helt nytt system med hög teknisk komplexitet och anpassning till olika tillämpningsscenarier, som fjärrtransport, distribution eller bygg och anläggning, är en stor utmaning på grund av kritiska begränsningar i exempelvis erfarenhet. Det finns heller ingen etablerad utvecklingsmetodik baserad på tidigare erfarenhet eller ramverk för att hantera osäkerheter. Simuleringar med tusentals lastbilsagenter kan vara till stor nytta och stöd för att utveckla lastbilssystem. Systemteknik kommer att vara den vägledande metodiken för detta examensarbete för att utveckla ett avancerat och multiadaptivt elektrifierat drivlinesystem. Med hjälp av den klassiska "V"-utvecklingsmetodiken kommer drivlinemodellen delas in i olika nivåer av delsystem utifrån de tidigare nämnda olika tillämpnings-scenarierna för trafiksimulering för att sedan utföra simulering av komplett drivlinesystem, utveckling av elmotor och reglersystem till systemintegration, prestandaverifiering och analys av resultat. Trafiksimulering är tänkt att implementeras i AnyLogic, som inte innehåller någon modell baserad på fordonsdynamik där drivlineegenskaper beaktas. Därför måste en specifk fordonsdynamikmodell utvecklas för fordonsagenten och bäddas in i AnyLogics simuleringsscenario för att göra simuleringen närmre verkligheten. Drivlinesystemet har utvecklats i Matlab/Simulink för att sedan realiseras i form av beräkningsfunktioner i C. Utvecklingen av drivlinemodellen görs iterativt. Först konstruerades en ekvationsbaserad full s.k. glidermodell. Den simulerar scenariot för en tung lastad lastbil som kör i en brant sluttning (30\% lutning), bromsar in från de ursprungliga 70 km/h till 0 km/h och förblir stillastående. I den andra modellen lades till gränssnitt för agentens begynnelsevärden och tillstånd vid tidsstegets slut, vilket möjliggjorde informationsutbyte med AnyLogic. Modellen analyserar realtidshastigheten och den önskade hastigheten för att sedan avgöra om agenten ska accelerera eller bromsa. Den använder "Bang-Bang"-reglermetoden för elmotorn. Men denna reglermetod resulterar i en frekvent och stor förändring av elmotorns uteffekt, vilket leder till hög energiförbrukning och i verkligheten avsevärt förkortad motorlivslängd. Därför introducerades en PI-regulator i den tredje Simulink-modellen. PI-regulatorn är inbäddad i elmotorn och ersätter "Bang-Bang"-reglermetoden. "PID"-regulatorn ger mer stabil effekt, så att lastbilens realtidshastighet mjukare kan närma sig målhastigheten. Detta reglersystem kan anpassas till en mängd olika begynnelsehastigheter och kan bestämma om full eller deleffekt ska matas ut beroende på skillnaden mellan realtidshastighet och målhastighet. Den tredje versionen av Simulink-modellen med PI-regulator har verifierats som en acceptabel modell genom olika begynnelsehastigheter och konverterats till ett C-program för att bäddas in i AnyLogic för trafiksimulering.

<p>The weight of a heavy duty vehicle plays an important role when dealing with different control systems. Examples of control units in a truck that need this parameter are the ones used to control the brakes, the engine and the gearbox. An accurate estimation of the weight leads not only to a more fuel efficient and safer transport, but also assures the driver that current law limits are not exceeded. The weight can be estimated with pretty good accuracy if the truck is equipped with air suspension. In trucks that lack this type of suspension other methods are used to estimate the weight. At present these methods are inaccurate. In this thesis a new method where the weight is to be estimated through frequency analysis of the truck's driveline is developed and evaluated.</p>