Sporten rullskidåkning har vuxit från att tidigare bara ha varit ett sommarkomplement för längdskidåkning till att idag vara en helt egen disciplin med både världscupstävlingar och världsmästerskap. Trots detta finns idag ingen standard för att mäta och klassificera rullmotståndet i rullskidhjul. Rullskidhjulen tillverkas i fyra olika klasser, 1-4, där ettor rullar lättast och fyror rullar trögast. Det finns i nulägetingen standardiserad metod för att bestämma klassen på ett rullskidhjul och hjul inom samma klass kan skilja sig åt mellan olika tillverkare. Detta leder till orättvisa tävlingsförhållanden där mer än utövarens fysiska förmåga bidrar till prestationen. Syftet med projektet är att ta fram en prototyp för rullmotståndsmätning på rullskidhjul. Önskvärt är att projektet ska ge en grund för att skapa rättvisa på marknaden, dels genom att bidra med en prototyp som kan ge en rättvis och kontinuerlig mätning av rullmotstånd samt genom att väcka intresse och idéer hos befintliga aktörer på marknaden. Författarna av denna rapport har tillämpat systematisk konceptframtagning för att skapa prototypen. Arbetsgången har gynnats av det strukturerade arbetssättet men har även krävt kreativt tänkande för att ge alla möjliga medel en chans att bidra till en optimal lösning. Resultatet blev en prototyp som till hög tillfredsställelsegrad kunde mäta och visa tydliga skillnader på olika sorters rullskidhjul. De utförda mätningarna visar en tydlig skillnad i rullmotstånd mellan de olika klasserna av rullskidhjul samt likheter mellan hjul inom samma klass. Även en tendens till att hjul inom samma klass har något olika rullmotstånd kan urskiljas. Resultatet visar också att rullmotståndet är starkt beroende av hjulets temperatur, där en högre temperatur leder till mindre rullmotstånd, men även beror på faktorer som pålagd last och hastighet.

We consider first the single-track bicycle model and state relations between the tires’ lateral forces and the turning radius. From the tire model, a relation between the lateral forces and slip angles is obtained. The extra rolling resistance forces from cornering are by linear approximation obtained as a function of the slip angles. The bicycle model is validated against the Magic-formula tire model from Adams. The bicycle model is then applied on an optimization problem, where the optimal velocity for a track for some given test cases is determined such that the energy loss is as small as possible. Results are presented for how much fuel it is possible to save by driving with optimal velocity compared to fix average velocity. The optimization problem is applied to a specific laden truck. / Vi betraktar först den enspåriga cykelmodellen och ställer upp samband mellan däckens sidokrafter och kurvradien. Genom däcksmodellen fås ett samband för hur sidokrafterna beror av slipvinklarna. De extra rullmotståndskrafterna för kurvor fås via linjär approximation som funktion av slipvinklarna. Cykelmodellen valideras mot en däcksmodell från Adams. Cykelmodellen tillämpas sedan på ett optimeringsproblem där den optimala hastigheten längs en bana för några givna testfall bestäms så att energiförlusten blir så liten som möjligt. Resultat presenteras för hur mycket bränsle det är möjligt att spara genom att köra med optimal hastighet jämfört med fix medelhastighet. Optimeringsproblemet tillämpas på en specifik lastad lastbil.

Energy dissipation, fuel consumption, real-estate property prices and health issues are some of the aspects related to the tyre/pavement interaction and its functional properties of rolling resistance and noise. The first two aspects are affected by the tyre/road interaction as energy is dissipated mostly by hysteretic losses as the tyre is subjected to dynamic deformations when contacting the pavement surface. The other effect of this contact system that is analysed in this thesis is noise. Excessive noise exposure leads to a decrease in real-estate property values and even health issues such as increased blood pressure, sleep disturbance, cognitive impairment in children, among others. To mitigate such issues, a good understanding of the underlying causes is crucial and therefore a holistic approach was used to analyse the contact interaction in a more comprehensive way, encompassing the pavement, tyre, environmental and contact media (contaminations). Both noise and rolling resistance were analysed after subjecting the contact system to controlled interventions in one variable while maintaining the other variables constant and then comparing to a reference condition. In the first part of the investigative work, different tyres were tested while maintaining the pavement, environment and contact media constant, allowing an evaluation of the impact of winter tyres on noise and rolling resistance. In the second part, an intervention in the pavement was applied while maintaining the other variables constant. allowing an evaluation of the impact of surface grinding on noise and rolling resistance. The first part quantified how noisier studded tyres are in comparison to non-studded tyres, yet no substantial difference in rolling resistance was found. The second part revealed the potential of the horizontal grinding to reduce noise and rolling resistance, having a limitation, on the duration of such effects, especially for Swedish roads where studded tyres are used. / Energiförluster, bränsleförbrukning, fastighetspriser och hälsoproblem är några av de effekter som följer av däckens interaktion med vägytan och som relaterar till de funktionella egenskaperna för rullmotstånd och buller. De första två effekterna uppkommer av väg- och däckinteraktionen eftersom energi förbrukas mestadels genom hysteresförluster när däcken utsätts för dynamiska deformationer vid kontakt med vägytan. Den andra effekten av däck/vägkontakten som analyseras i avhandlingen är buller. Alltför hög bullerexponering intill boendemiljöer leder till minskning av fastighetspriser och även till hälsoproblem såsom ökat blodtryck, sömnstörning, kognitiv försämring hos barn, med mera. För att mildra sådana problem, är det avgörande att ha en god förståelse av de bakomliggande orsakerna, och därför används här ett helhetsgrepp för att genomföra en mer omfattande analys av interaktionen. Analysen inkluderar egenskaper hos vägytan, däcken, omgivande miljö samt kontaktmedier (förorenande skikt).. Både buller och rullmotstånd har analyserats efter att på ett kontrollerat sätt ha varierat en viss variabel medan de andra variablerna hållits konstanta, och sedan jämföra resultaten med referensförhållandet. I den första delen av denna undersökning provades flera olika däck medan vägytan, miljö- och kontaktmedier hölls konstanta. Detta möjliggjorde en utvärdering av effekterna av olika vinterdäck på rullmotstånd och buller. I den andra delen beskrivs effekter av en förändring av vägytan, utförd genom att slipa bort topparna i vägtexturen, medan de andra variablerna hålls konstanta.. Den första delen kvantifierar bullerökningen vid användning av dubbdäck i jämförelse med odubbade vinterdäck. Några betydande skillnader i rullmotstånd hittades däremot inte mellan de två däckgrupperna. Den andra delen av texten visar på potentialen av horisontell slipning för att minska buller och rullmotstånd, dock är varaktigheten begränsad; särskilt för svenska vägar där dubbdäck används. / <p>QC 20180212</p>

När en lastbil färdas på väg utsätts den för ett antal krafter. Däckens rullmotstånd utgör ungefär 36 till 60 % av färdmotståndet. Att kunna validera rullmotståndet vid egen testning är värdefullt för en fordonstillverkare som Scania. Däcktillverkare tillhandahåller en konstant rullmotståndskoefficient men det är oklart om den går att använda i beräkningar för Scanias testsetup.Provningen går ut på att undersöka om testuppställningen möjliggör uppmätning av däckens rullmotstånd på chassidynamometer med momentnav. För den experimentella delen av examensarbetet har en kvantitativ datainsamlingsmetod använts för vidare maskinell analys och manuellt utföra statistisk undersökning. Testdriven utveckling (TDD) har tillämpats för att utifrån testresultaten kunna arbeta iterativt.Vid testningen går rullmotståndskoefficienten upp, ner eller ligger stabilt. Detta beror på att Kistler (Kistler momentnav består av två fälgar som innehåller universalsensorer för att kunna mäta vridmoment) har elektrisk drift som korrelerar till spridning av uppmätt rullmotståndskoefficient. Kistler momentnav är inte repeterbart på grund av drift. Det är möjligt att kompensera för den elektriska driften i Kistler momentnav och beräkna rullmotståndskoefficienten baserat på sista analyspunkten från körningarna.Mätvärden från Kistler momentnav har spridning. Genom att beräkna medelvärde för rullmotståndskoefficienten fås bättre noggrannhet. Medelvärde indikerar att rullmotståndskoefficienten har inget eller litet hastighetsberoende.Det går att använda Kistler momentnav och chassidynamometer 2 som testuppställning för att mäta upp av däckens rullmotståndkoefficient. Det är möjligt för Scania att fortsätta använda denna testuppställning för att bland annat undersöka fler däck. / When a long haul truck travels on a road it’s subjected to a number of forces. The tires rolling resistance is approximately 36 to 60% off the total travel resistance. Being able validate the rolling resistance during own testing is valuable to vehicle manufacturers like Scania. The tire manufacturers provide a constant rolling resistance coefficient but it’s unclear if it can be used in calculations for Scanias test setup.The purpose of the testing is to investigate if the test setup enables measuring the tires rolling resistance on a chassis dynamometer with torque wheels. For the experimental part of the degree project, a quantitative data collection methodology has been used for further machine analyzation and manually performing statistical analysis. Test driven development (TDD) has been applied to work iterative based on the test results.During testing the value of the rolling resistance coefficient went up, down or was stable. This is dependent on the electrical drift Kistler have (Kistler torque wheel consists of two rims that contain universal sensors to measure torque), that correlated with the distribution of the measured rolling resistance coefficient. It’s possible to compensate for the electrical drift in Kistler torque wheel and calculate the rolling resistance coefficient based on the last analyzation point from the tests.The measurements from Kistler torque wheel are distributed. By calculating the average of the rolling resistance coefficients a higher degree of accuracy is obtained. The average indicates that the rolling resistance coefficient have no or a small speed dependency.It’s possible to use Kistler torque wheel and chassis dynamometer 2 as a test setup to measure the rolling resistance of the tires. It’s possible for Scania to continue using this test setup to investigate more tires.

An operating vehicle requires energy to oppose the subjected driving resistances. This energy is supplied via the fuel combustion in the engine. Decreasing the opposing driving resistances for an operating vehicle increases its fuel efficiency: an effect which is highly valued in today’s industry, both from an environmental and economical point of view. Therefore a lot of progress has been made during recent years in the area of fuel efficient vehicles, even though some driving resistances still rises perplexity. These resistances are the air drag Fd generated by the viscous air opposing the vehicles propulsion and the rolling resistance Frr generated mainly by the hysteresis caused by the deformation cycle of the viscoelastic pneumatic tires. The energy losses associated with the air drag and rolling resistance account for the majority of the driving resistances facing an operating vehicle, and depends on numerous stochastic and ambient parameters, some of which are highly correlated both within and between the two resistances. To increase the understanding of the driving mechanics behind the energy losses associated with the complexity that is rolling resistance, a set of complete vehicle tests has been carried out. These tests were carried out on the test track Malmby Fairground, using a Scania CV AB developed R440 truck equipped with various sensors connected in one measurement system. Under certain conditions, these parameters can allow for an investigation of the rolling resistance, and a separation of the rolling resistance and air drag via explicit subtraction of the air drag from the measured traction force. This method is possible since the aerodynamic property AHDVCd(β) to some extent can be generated from wind tunnel tests and CFD simulations. Two measurement series that enable the above formulated method of separation were designed and carried out, using two separate measurement methods. One which enables the investigation of the transient nature of rolling resistance as it strives for stationarity, where the vehicle is operated under constant velocities i.e. no acceleration, and one using the well established method of coastdown, where no driving torque is applied. The drive cycles spanned a range of velocities, which allowed for dynamic and stationary analyses of both the tire temperature- and the velocity dependence of rolling resistance. When analysing the results of the transient analysis, a strong dependence upon tire temperature for given constant low velocity i.e. v ≤ 60 kmh−1 was clearly visible. The indicated dependency showed that the rolling resistance decreased as the tire temperature increased over time at a given velocity, and vice versa, towards a stationary temperature and thereby rolling resistance. The tire temperature evolution from one constant velocity to another, took place well within 50 min to a somewhat stationary value. However, even though the tire temperature had reached stationarity, rolling resistance did not; there seemed to be a delay between stationary tire temperature, and rolling resistance. The results did not indicate any clear trends for v ≥ 60 kmh−1, where the results at v = 80 kmh−1 were chaotic. This suggests that some additional forces were uncompensated for, or that the compensation for air drag was somehow wrongly treated at higher velocities. Several factors ruled out any attempts at proposing a new rolling resistance model. These included: the chaotic results for v = 80 kmh−1, the delayed rolling resistance response upon tire temperature stabilization, and the lack of literature support for the observed tendency. The results from the coastdown series on the other hand, showed good agreement with a dynamical model suggested in literature. The stationary temperature behaviour for the considered velocity range at assumed constant condition is also supported in literature. Finally, an investigation of the aerodynamic property AHDVCd inspired by ongoing work in ACEA (European Automobile Manufacturers’ Association), was carried out assuming both zero and non-zero air drag at low velocities. The results indicated surprisingly good agreement with wind tunnel measurements, especially when neglecting air drag at low velocities: as suggested by ACEA. / För att övervinna de motstånd som ett fordon utsätts för under drift krävs energi, vilket levereras genom förbränningen av bränsle. Genom att minska de körmotstånd som ett fordon utsätts för under drift, kan man öka dess energieffektivitet. Denna potential är idag högt värderad i fordonsindustrin, både ur ett miljömässigt och ekonomiskt perspektiv. På senare år har stora framsteg gjorts inom området energieffektiva fordon, men fortfarande råder det förvirring kring de energiförluster som förknippas med luftmotstånd Fd och rullmotstånd Frr, där luftmotståndet skapas av den omkringliggande viskösa luften, medan rullmotståndet genereras av hysteresen som uppstår när fordonets viskoelastiska pneumatiska däck utsätts för deformation. De energiförluster som förknippas med luft- och rullmotstånd motsvarar den största delen av de motstånd som ett fordon påverkas av, och beror på en mängd stokastiska och yttre parametrar, varav vissa är starkt korrelerade både inom och mellan nämnda motstånd. För att förbättra förståelsen kring dessa energiförluster, med fokus på förståelsen av rullmotstånd, har ett antal helfordonstest genomförts. Dessa genomfördes på provbanan Malmby Fairground med en R440 lastbil från Scania CV AB, utrustad med en mängd sensorer sammankopplade i ett mätsystem. Det uppbyggda mätsystemet möjliggjorde samtida mätningar av bl.a. drivande moment, motorvarv, fordonshastighet, däcktemperatur, omkringliggande lufts hastighet och dess riktning. Under specifika förhållanden kunde dessa parametrar möjliggöra analys av rullmotstånd genom en explicit subtraktion av luftmotstånd från den uppmätta drivande kraften. Denna metod är möjlig tack vare en förhållandevis bra modell av ekipagets aerodynamiska egenskap AHDVCd(β), som generats från vindtunneltest och CFD simuleringar. Två körcykler som möjliggjorde ovan formulerade separation designades och genomfördes. Dessa använder två skilda mätmetoder, varav den ena möjliggör analys av rullmotståndets övergående förlopp från dynamiskt till stationärt genom att hålla konstant hastighet. Den andra studerade det dynamiska förloppet genom den väletablerade metoden utrullning, dvs. utan något drivande moment. Dessa körcyklar genomfördes, för ett antal hastigheter, vilket möjliggjorde analys av både hastighets- och däcktemperaturberoendet hos rullmotstånd, under dynamiska såväl som stationära förlopp. Analysen av rullmotståndets dynamik i strävan mot stationära förhållanden visade på ett starkt temperaturberoende vid låga hastigheter dvs. v ≤ 60 kmh−1. Beroendet visade på att rullmotståndet avtog med ökande däcktemperatur och vice versa, tills dess att en någorlunda stationär temperatur för given hastighet uppnåtts. Däcktemperaturen stabiliserades till ett nytt stationärt värde inom 50 min från att hastigheten ändrats. Resultaten tyder dock på att även om stationär däcktemperatur uppnåtts finns det en fördröjning i rullmotståndets tidsspann innan rullmotståndet stabiliserat sig. För högre hastigheter, dvs. v ≥ 60 kmh-1, var dock inga klara trender synliga, varken i hastighet eller temperatur och resultaten vid v = 80 kmh-1 var kaotiska. Detta antyder att man missat att kompensera för någon kraft vid höga hastigheter, alternativt att man på något sätt kompenserar fel för luftmotståndet vid högre hastigheter. Flera faktorer hindrade försök att föreslå någon ny rullmotståndsmodell. Dessa faktorer inkluderar det kaotiska resultatet vid v = 80 kmh-1, tidsfördröjningen mellan stationärt rullmotstånd och däcktemperatur samt att resultatet för antagna stationära värden inte finner stöd i litteraturen. Resultatet från utrullningsprovet överstämmer dock bra med tidigare föreslagen dynamisk modell, samt att resultaten av beteendet hos stationär temperatur för olika hastigheter även de överensstämmer med och finner stöd i litteraturen. Slutligen har en studie kring den aerodynamiska egenskapen AHDVCd, inspirerad av pågående arbete inom ACEA (European Automobile Manufacturers’ Association) utförts både med antagandet av ett noll- skilt och med ett försumbart luftmotstånd vid låga hastigheter. Resultatet visar på en överraskande god överensstämmelse med vindtunnelmätningar, framför allt under antagandet av försumbart luftmotstånd vid låga hastigheter i enlighet med förslagen metod från ACEA.

Energi är en resurs som måste användas effektiv för att undvika onödig negativ miljöpåverkan och utgifter. Återmatning från nedåtgående malmtåg till uppåtgående malmtåg leder till en effektivisering i energiutnyttjande. Beräkningen av den återmatade energin utgår ifrån tågets lägesenergi och förlusterna från räls, lutning, vind och kurvor. Totalt kan återmatning av energi ge en besparing på 20 % för enkelspår och 20 % respektive 21 % för dubbelspår. Dubbelspår kan ha mer trafik än enkelspår men förhållandet mellan konsumerad och återmatad energi är i princip den samma. Återmatning av energi minskar järnvägens negativa påverkan på miljön. Företagens utgifter minskas med denna besparing då mindre energi behövs köpas in utifrån. / Energy is a limited recourse and the use of energy has to be as effective as possible to avoid harmful effects on the environment and to cut spending. Reusing the energy the ore train uses to climb the mountains of northern Sweden through regenerative breaking leads to a more effective use of energy. Calculation of energy uses the trains’ stored energy and the losses during its journey along Malmbanan. This results in a total power save of 20 % for single track and between 20 % and 21 % for double track. Traffic on double track can increase but the relationship between regenerated and consumed energy will be the same. Regenerating energy on the railway reduces today’s negative impact on the environment and leads to savings in energy cost for the company.

Efforts to reduce greenhouse gas emissions from today’s increasing number of cars and trucks, are crucial in counteracting global warming. These efforts include the intent to reduce the effects of the resistive forces acting on the vehicle. Rolling resistance is one of these forces. A reduction in rolling resistance would aid in reducing greenhouse gas emissions, while also reducing the driving costs and increasing the driving range per charge for electric vehicles. This PhD research contributes to these efforts by the development of a rolling resistance measurement method on a flat track test equipment that avoids the curvature effects present in the standardised drum test. Another contribution is the development of a rolling resistance model that can describe the relationship between the tyre deformation and the forces acting on the tyre. The model is parametrised by results from the developed measurement method and is simple enough to be included in complete vehicle dynamicssimulations. In this thesis, the effects of different operational conditions, such as inflation pressure, tyre temperature, speed, load, road surface or tyre angles, are investigated and presented. The results from this investigation were used for the development of the measurement method for flat track test equipment. Tyre temperature is an important operating condition influencing rolling resistance and the proposed measurement method can be used to investigate rolling resistance at different tyre temperatures. The results obtained with the proposedmeasurement method, which are comparable to drum measurements performed under the same operating conditions, are used to parameterise the developed rolling resistance model. The model gives a good fit for the relationship between rolling resistance and tyre deformation. The measurement method and the model build a good platform for deeper investigations of rolling resistance and its connection to tyre temperature. / Arbete för att minska utsläppen av växthusgaser från det ökande antalet bilar och lastbilar är en viktig del i att motverka den globala uppvärmningen. Detta kan göras genom att reducera påverkan från de resistiva krafter som påverkar fordonet, med fokus på rullmotståndet. En minskning av fordonens rullmotstånd skulle medverka till att minska växthusgasutsläppen samt bidra till att reducera körkostnaderna och öka räckvidden per laddning för elbilar.Denna licentiatuppsats bidrar till detta genom att skapa en metod för rullmotståndsmätningar på plant underlag, för att kunna undvikakrökningseffekterna i den standardiserade trummätningen. Ett annatbidrag är en rullmotståndsmodell som beskriver växelverkan mellan däckdeformationer och däckkrafter. Modellen parametriseras med resultat från den framtagna mätmetoden och är tillräckligt enkel för att vara användbar i en komplett fordonsdynamiksimulering. I denna uppsats presenteras påverkan av olika driftsvillkor som däcktryck, däcktemperatur, hastighet, last, underlag och kurvatur. Dessa resultat nyttjades i utvecklandet av nämnda mätmetod för rullmotståndsmätningar på plant underlag. Däcktemperatur är ett viktigt driftsförhållande med stor påverkan på rullmotståndet och den föreslagna mätmetoden kan användas för att mäta rullmotstånd vid olika däcktemperaturer. Denna mätmetod användes sedan för att parametrisera indata till den utvecklade rullmotståndsmodellen. Det visade sig att modelldata avviker från uppmätt data för förhållandet mellan hjullast och däckdeformation på grund av modellgeometrin. Men modellen ger en god överenstämmelse för förhållandet mellan däckdeformation och rullmotstånd. Mätmetoden är, tillsammans med den föreslagna modellen, en bra bas för mer genomgående undersökningar av rullmotstånd och dess korrelation med däcktemperatur.

Efforts to reduce greenhouse gas emissions from today’s increasing number of cars and trucks, are crucial in counteracting global warming. These efforts include the intent to reduce the effects of the resistive forces acting on the vehicle. Rolling resistance is one of these forces. A reduction in rolling resistance would aid in reducing greenhouse gas emissions, while also reducing the driving costs and increasing the driving range per charge for electric vehicles. This PhD research contributes to these efforts by the development of a rolling resistance measurement method on a flat track test equipment that avoids the curvature effects present in the standardised drum test. Another contribution is the development of a rolling resistance model that can describe the relationship between the tyre deformation and the forces acting on the tyre. The model is parametrised by results from the developed measurement method and is simple enough to be included in complete vehicle dynamicssimulations. In this thesis, the effects of different operational conditions, such as inflation pressure, tyre temperature, speed, load, road surface or tyre angles, are investigated and presented. The results from this investigation were used for the development of the measurement method for flat track test equipment. Tyre temperature is an important operating condition influencing rolling resistance and the proposed measurement method can be used to investigate rolling resistance at different tyre temperatures. The results obtained with the proposedmeasurement method, which are comparable to drum measurements performed under the same operating conditions, are used to parameterise the developed rolling resistance model. The model gives a good fit for the relationship between rolling resistance and tyre deformation. The measurement method and the model build a good platform for deeper investigations of rolling resistance and its connection to tyre temperature. / Arbete för att minska utsläppen av växthusgaser från det ökande antalet bilar och lastbilar är en viktig del i att motverka den globala uppvärmningen. Detta kan göras genom att reducera påverkan från de resistiva krafter som påverkar fordonet, med fokus på rullmotståndet. En minskning av fordonens rullmotstånd skulle medverka till att minska växthusgasutsläppen samt bidra till att reducera körkostnaderna och öka räckvidden per laddning för elbilar.Denna licentiatuppsats bidrar till detta genom att skapa en metod för rullmotståndsmätningar på plant underlag, för att kunna undvikakrökningseffekterna i den standardiserade trummätningen. Ett annatbidrag är en rullmotståndsmodell som beskriver växelverkan mellan däckdeformationer och däckkrafter. Modellen parametriseras med resultat från den framtagna mätmetoden och är tillräckligt enkel för att vara användbar i en komplett fordonsdynamiksimulering. I denna uppsats presenteras påverkan av olika driftsvillkor som däcktryck, däcktemperatur, hastighet, last, underlag och kurvatur. Dessa resultat nyttjades i utvecklandet av nämnda mätmetod för rullmotståndsmätningar på plant underlag. Däcktemperatur är ett viktigt driftsförhållande med stor påverkan på rullmotståndet och den föreslagna mätmetoden kan användas för att mäta rullmotstånd vid olika däcktemperaturer. Denna mätmetod användes sedan för att parametrisera indata till den utvecklade rullmotståndsmodellen. Det visade sig att modelldata avviker från uppmätt data för förhållandet mellan hjullast och däckdeformation på grund av modellgeometrin. Men modellen ger en god överenstämmelse för förhållandet mellan däckdeformation och rullmotstånd. Mätmetoden är, tillsammans med den föreslagna modellen, en bra bas för mer genomgående undersökningar av rullmotstånd och dess korrelation med däcktemperatur.