The aim of the thesis is to derive a mathematical model of the engine and driveline in a passenger car, capable of describing the wheel speed disturbances related to the engine and driveline. The thesis is conducted in order to improve the disturbance cancelation algorithm in the indirect tire pressure monitoring system, TPI developed by NIRA Dynamics AB. The model consists of two parts, the model of the engine and the model of the driveline. The engine model uses an analytical cylinder pressure model capable of describing petrol and diesel engines. The model is a function of the crank angle, manifold pressure, manifold temperature and spark timing. The output is the pressure in the cylinder. This pressure is then used to calculate the torque generated on the crankshaft when the pressure acts on the piston. This torque is then applied in the driveline model. Both a two wheel and a four wheel driveline model are presented and they consist of a series of masses and dampers connected to each other with stiff springs. The result is a 14 and 19 degrees of freedom system of differential equations respectively. The model is then validated using measurements collected at LiU during two experiments. Measurements where conducted of the cylinder pressure of a four cylinder petrol engine and on the wheel speed of two different cars when driven in a test rig. The validation against this data is satisfactory and the simulations and measurements show good correlation. The model is then finally used to examine wheels speed disturbance phenomenon discovered in the huge database of test drives available at NIRA Dynamics AB. The effects of the drivelines natural frequencies are investigated and so is the difference between the disturbances on the wheel speed for a petrol and diesel engine. The main reasons for the different disturbance levels on the front and rear wheels in a four wheel drive are also discussed.

This thesis focuses on the critical development of friction and blended braking capabilities for an electric driveline model intended for multiscale road-cargo simulations. In the rapidly evolving landscape of transportation, electric driveline technology has emerged as a key player in achieving sustainability and efficiency goals. This study addresses the pivotal aspect of braking performance within this context, aiming to optimize energy utilization and enhance road safety. Using a systems engineering approach, MATLAB, and Simulink, the work in this thesis focused on the construction of a comprehensive model of a Volvo FH truck with friction/blended braking and an Anti-lock Braking System (ABS). The model underwent rigorous validation against the New European Driving Cycle (NEDC) and subsequent simulation under NEDC, US06, WLTC3 driving cycles. The primary objective was to assess the impact of activating or deactivating the blended control system on the State of Charge (SOC) and energy consumption. Through iterative refinement, the model's energy consumption per kilometer closely approximated actual FH truck test values. Activating the blended control system consistently led to reduced energy consumption across all driving cycles, underscoring its potential to enhance sustainable and safe transportation solutions. Importantly, the ABS system functioned effectively throughout the simulations, ensuring vehicle safety, while the model maintained a consistent output speed aligned with the input speed. This abstract summarizes the research's focus, methodology, and key findings, highlighting the successful development and validation of a Volvo FH truck model with friction/blended braking and ABS systems. The results underscore the blended control system's capacity to improve energy efficiency, contributing to the pursuit of sustainable and efficient transportation solutions in the evolving landscape of electric driveline technology. / Detta examensarbete fokuserar på utvecklingen av en elektrisk drivlinemodell som inkluderar mixning av konventionell friktionsbromssystem och den elektriska drivlinans moment under regenerering. Modellen är avsedd för multiskaliga väg-och godstransportsimuleringar. I den snabbt föränderliga transportsektorn är elektrisk drivlineteknologi en viktig del för att uppnå hållbarhets- och effektivitetsmål. Detta arbete behandlar den avgörande aspekten av bromsprestanda i detta sammanhang och har som mål att optimera energianvändningen och kontrollera vägsäkerheten. Genom att använda s.k. systems engineering-metodik, MATLAB och Simulink, utvecklades en dynamisk modell av en Volvo FH-lastbil med friktions-/mixad bromsning och system för låsningsfria bromsar (ABS). Modellen genomgick en rigorös validering mot New European Driving Cycle (NEDC) och efterföljande simuleringar enligt NEDC, US06 och WLTC3-körcykler. Det primära målet var att bedöma effekten av att aktivera eller inaktivera det mixade kontrollsystemet på laddningsnivå (SOC) och energiförbrukning. Genom iterativ förbättring approximerade modellen energiförbrukningen per kilometer nära de faktiska provvärdena för FH-lastbilar. Aktivering av det blandade kontrollsystemet ledde konsekvent till minskad energiförbrukning för alla körcykler och underströk dess potential att förbättra hållbara och säkra transportsystem. Det är viktigt att notera att ABS-systemet fungerade effektivt genom alla simuleringar och säkerställde fordonssäkerheten, samtidigt som modellen beräknade en hastighet i linje med körcykelns specificerade hastigheten. Denna sammanfattning sammanfattar forskningens fokus, metodik och huvudsakliga resultat och lyfter fram den framgångsrika utvecklingen och valideringen av en Volvo FH-lastbilsmodell med friktions-/mixad bromsning och ABS-system. Resultaten understryker det blandade kontrollsystemets förmåga att förbättra energieffektiviteten och bidra till strävan efter hållbara och effektiva transportsystem i den snabbt föränderliga världen av elektrisk drivlineteknologi.

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.