The student project Elba at KTH started in 2011 and is a project where a battery driven prototype car is developed. The vehicle competes in Eco Shell Marathon in Rotterdam, Holland. In this competition the vehicle that travels a certain distance including several starts and stops with the lowest energy consumption wins. To minimize the consumption is therefore very important, which requires knowledge of the vehicles energy losses. A vehicle's energy losses depends on several factors and can be divided into the powertrain efficiency and the driving resistance. The driving resistance can then be divided in to rolling and air resistance, if smaller losses like vibrations are ignored. This report seeks to develop, describe, and evaluate a couple of methods to measure these two parameters on behalf of KTH Transport Labs. The methods chosen are based on a literature study of earlier developed methods and a dialog with the clients. The measuring methods have been adapted to a low budget and simple measuring conditions such as a garage or a tarmac road. The methods are based on either pulling and free rolling, or only free rolling. The traveled distance, speed, acceleration and driving force are logged during the measurements. The measurements have been done at two different locations, in a garage at Stockholmsmässan in Älvjö and on a parking lot by Teknikringen 8 at KTH. To measure the different parameters an encoder, accelerometer and force transducer has been used. To computing the driving resistance a graphical user interface was developed in Matlab. The developed measuring methods compute both the rolling and air resistance coefficients which creates great demands on the environment for the measurement. This could make it hard to find a satisfying test track. The unreasonable results from the coast-down, were Elba were rolling freely, at Teknikringen 8 shows the difficulties when the measurement is unprotected from the wind. With small resistance, as in an energy efficient vehicle like Elba, the measurement is more sensitive to disturbances. This causes the need of preprocessing data before the calculations are done. The final finding is that a combination of the described methods is preferable. A measurement to calculate the rolling resistance coefficient is made by pulling the car. Then a coast-down is made according to any of the two suggested methods. This allows the cast down to be done on a different road surface than the one that the rolling resistance coefficient is calculated for. This means that the air resistance for instance could be measured indoors where there is no wind. The purpose of this project was to develop a method to measure rolling and air resistance for Elba or similar vehicles. Due to technical issues and poor measuring conditions no reliable values of the resistance have been resolved with the developed and chosen methods. If the measurements would be repeated with better equipment and better conditions, a good result would be possible to get. / Studentprojektet Elba på KTH startade 2011 och är ett projekt där en batteridriven prototypbil avsedd att tävla i Eco Shell Marathon i Rotterdam, Holland tas fram. I denna tävling vinner det fordon som på utsatt tid kör en viss sträcka inkluderande flera starter och stopp med en så låg energiförbrukning som möjligt. Att minimera energikonsumtionen är alltså mycket viktigt vilket ställer krav på kunskap om fordonets förluster. Ett fordons energiförluster beror av flera faktorer såsom drivlinans verkningsgrad och färdmotståndet. Om mindre förluster så som vibrationer försummas kan färdmotståndet i sin tur delas upp i rull- och luftmotstånd. Denna rapport syftar till att ta fram, beskriva och utvärdera några metoder för att mäta dessa två parametrar på uppdrag av KTH Transport Labs. Metoderna som har valts att studeras är baserade på en litteraturstudie av tidigare framtagna metoder och samtal med beställaren. Valen utgår från en låg budget och enkla testmiljöer så som garage eller asfaltsväg. Metoderna består av att antingen dra och frirulla, eller enbart frirulla fordonet. Tillryggalagd sträcka, hastighet, acceleration och drivande kraft loggas under mätningen. Mätningar har genomförts vid två olika platser, i ett garage vid Stockholmsmässan i Älvsjö och på en parkering vid Teknikringen 8 på KTH. För att mäta de olika storheterna har en pulsgivare, accelerometer och kraftgivare använts. För behandling av data och beräkning av färdmotstånden har ett grafiskt användargränssnitt tagits fram i Matlab. De framtagna mätmetoderna beräknar både rull- och luftmotståndskoefficienten vilket ställer stora krav på mätmiljön. Detta kan göra det svårt att hitta en tillfredställande testbana. De orimliga resultaten från utrullningen, där Elba frirullas, vid Teknikringen 8 visar på svårigheterna då mätningen görs utan skydd från vinden. Med små färdmotstånd, som hos ett energisnålt fordon som Elba, blir beräkningarna känsligare för störningar. Detta medför att viss förbehandling av data krävs innan beräkningarna kan genomföras. Slutsatsen är att en kombination av de beskrivna metoderna är att föredra. Ett dragtest görs separat för att bestämma rullmotståndskoefficienten. Sedan appliceras någon av de två metoderna för att beräkna luftmotståndskoefficienten. Detta gör att utrullningen inte behöver ske på det underlag som rullmotståndskoefficienten söks för. Det innebär att luftmotståndet är möjligt att mätas inomhus där det är vindstilla. Syftet med detta arbete var att ta fram en metod för beräkning av rull- och luftmotstånd hos Elba eller andra liknande fordon. På grund av tekniska problem och bristfälliga mätmiljöer har inga tillförlitliga värden för motstånden tagits fram med de utvecklade och valda metoderna. Om mätningarna skulle återupprepas med bättre utrustning och med bättre förhållanden skulle dock trovärdiga resultat kunna uppnås.

This thesis evaluates a proprietary interface developed by Scania that connects a third party developed autonomy solution to the electrical system of a Scania truck. The autonomy solution is developed for a mining application. While evaluating the interface the focus of the thesis narrows down to how to make the interface scalable and future proof. The content of this thesis is mainly based upon interviews and internal Scania documentation. In summary, the two main conclusions that could be drawn from this evaluation study are, that the interface needs to support a larger amount of requests from an external control to support that the interface is applicable in many areas. Secondly the idea of a modular electrical system must be carried on to autonomous applications as well and interface logic must be separated from core functionality of the electrical system.

What are the differences between two wheel steering and four wheel steering? The aim of this project is to compare these two in terms of advantages gained from four wheel steering. A simulation is conducted on ADAMS Cars platform based on the RCV (Research Concept Vehicle) model, developed at KTH in Stockholm.

Today's high oil prices and more stringent environmental requirements have led to that manufacturers of mobile construction equipment try to make their products more energy efficient. With this in mind a project about hybridization of hydraulic systems has been formed. The purpose of this project was to analyze the savings that can be achieved by hybridization of hydraulic systems. A reach stacker truck (Kalmar DRD450-80S4XS) were simulated in some load cases with conventional hydraulic systems and with three types of hybridized hydraulic systems. Different parts of the hydraulic systems were also analyzed separately. The analysis has shown that significant energy savings can be achieved by hybridizing hydraulic systems. The analysis showed that between 9-30% energy savings could be achieved by hybridizing the truck's various subsystems. / Med dagens höga oljepriser och samhällets allt strängare miljökrav, stävar tillverkare av mobila entreprenadmaskiner efter att energieffektivisera sina produkter. Med detta i tanke formades ett projekt om att regenerera hydraulisk energi på entreprenadmaskiner. Syftet med detta projekt var att analysera vilka besparingar som kan åstakommas genom att hydraulsystemet på entrprenadmaskiner hybridiseras. En reachstacker truck (Kalmar DRD450-80S4XS) simulerades i några lastfall med konventionellt hydraulsystem samt med tre typer av hybridiserade hydraulsystem. Olika delar av de hydrauliska systemen analyserades även var för sig. Analysen har visat att stora energibesparingar kan åstakommas genom att hybridisera hydraulsystem. Den genomförda analysen visade på att mellan 9-30% energibesparing kunde uppnås genom att hybridisera truckens olika delsystem.

The combustion engines in today’s vehicles are getting more and more advanced and there are increasing demands on that the engines should operate during optimal conditions. Examples of internal combustion engine parameters which may be carefully controlled are the rate between fuel and air, that this gas mixture is homogenous enough and that it is ignited at the correct moment. Moreover, the requirements of these parameters vary depending on, among other, engine speed and load. To meet these requirements in all occurring operation conditions, it is required that many subsystems work together. An important subsystem is the engine management system. This project is about electronic engine management, basically it implies that the engine is controlled by a microcontroller. To manage this, the microcontroller is connected to different sensors and actuators. The project is separated into two parts. The first part is based on theoretical studies of internal combustion engines, obtained results from this area is later used as background material for studies of electrical engine management. The focus lies on the overall function and the technologies which are used of the different components. In the second part a comparison of the basic versions of the electronic engine management systems Motronic and Trionic, developed by Bosch and Saab respectively, is made. This comparison is mainly based on differences between the components used in the different systems. It was found that there are significant differences in how the ignition systems work out. The two main differences are how high-voltage pulses are produced and how a special art of misfiring, knocking, is detected. / Förbränningsmotorerna i dagens bilar blir mer och mer avancerade och det ställs allt högre krav på att motorerna får arbeta under ideala förhållanden. Exempel på förbränningsmotortekniska parametrar som måste kontrolleras noggrant är förhållandet mellan bränsle och luft, att denna gasblandning hålls tillräckligt homogensamt att den antänds vid rätt tillfälle. Kraven på dessa parametrar är dessutom beroende av bland annat varvtal och belastning. För att uppfylla dessa krav vid alla olika driftsförhållanden krävs det att flera delsystem samverkar. Ett mycket viktigt delsystem är motorstyrningen. Det här arbetet behandlar elektronisk motorstyrning som i grunden bygger på att en mikrodator med hjälp av information från givare, kontrollerar motorn via olika ställdon. Arbetet är uppdelat i två delar. Den första delen grundar sig på teoristudier av förbränningsmotorteknik, erhållna resultat från det området används sedan som bakgrund för studier av den elektroniska motorstyrningens funktion och vilka komponenter som ingår i ett sådant system. Den andra delen består av en jämförelse av grundversionerna av styrsystemen Motronic och Trionic som är utvecklade av Bosch respektive Saab. Jämförelsen baseras framförallt på skillnader mellan de komponenter som används i respektive styrsystem. Slutsatsen är att det framförallt föreligger väsentliga skillnader i de olika systemens tändsystem och hur knackningar, en särskild typ av oönskat förbränningsförlopp,detekteras.

Some of the most significant comfort disturbances in heavy vehicles can often be related to the wheels. In those cases, the vibration of the vehicle is excited by for example force variations within the tire, ovality of the tire or imbalance in the wheel. The disturbances are dependent on vehicle speed and are often perceived as most unpleasant at cruising speed on a motorway, at around 90 km/h. Truck manufacturers want to increase the robustness against this type of disturbance, since this results in an improved operator comfort. But it also makes it possible to lower the requirements on the suppliers of tires and rims, and thereby there is a financial gain for both customer and manufacturer. The aim with this project is to increase the understanding of wheel induced vibrations. In order to achieve this a literature survey has been performed on the subject. Furthermore, the phenomenon has been studied analytically by using a quarter car model which includes a brush tire model. The model is scripted in MATLAB. Simulations have been performed to analyse the effect on the chassis when forces excited by mass imbalance and radial run out are introduced. When looking at the second harmonic radial run out imperfection the unsprung mass, i.e the wheel, starts to bounce during the settling time. Also when comparing two different weights of a mass imbalance the power increase of the vibration in the sprung mass is much larger than the power increase of the unsprung mass at the specific frequency. This implies that the excitation frequency, the wheel rotation frequency in this case, is a harmonic repetition of the sprung mass undamped natural frequency. To avoid this phenomenon the undamped natural frequency of the sprung mass must change either by adding a damper or by changing the weight or the spring stiffness. The simulation is run with a damper although without it the power increase would be much larger.

Today when new and harder demands on CO2 emissions are developed, vehicle manufacturers must work to develop new engine solutions to new kinds of fuels to replace fossil fuels. A fuel that could be applied is hydrogen. When hydrogen is combusted only water vapor occurs. Hydrogen is known to be explosive and flammable. These properties are both good and bad for combustion. The purpose of this study is to present the problems and solutions that concern hydrogen as a fuel both inside and outside the combustion engine. The most common method of production is steam reforming of natural gas but produces high CO2 emissions. There are eco-friendly methods using only water as a raw material, but at the present they are expensive and need to be developed. The biggest problem during combustion is abnormal combustion. The reason is that hydrogen is sensitive to knock, have high flame velocity, low required autoignition energy and wide range of flammability. To avoid abnormal combustion and NOx, engines can be run with a lean fuel injection strategy. This helps but the result is lower power and torque output than the stoichiometric combustion. Otto engine, both with port injection and direct injection, and diesel engine can run on hydrogen. It turned out that direct injected otto engine gives the best efficiency, power output and lowest NOx emissions. However, this requires high temperatures and pressures that may contribute to short life length of components. Today's applications are therefore using port injection. The diesel engine could have even better efficiency, but because of high risk of abnormal combustion the engine only runs at low engine loads. Modifications of the engines must be done, in particular new materials are needed because hydrogen embrittles steel. Hydrogen is stored either as a liquid or as a compressed gas. Liquid hydrogen stores more energy on board by volume relatively compressed hydrogen, but must be cooled to -253° C. When the vehicle is not active hydrogen gas is formed and leaks out. In order to build a safe vehicle sensors are required to detect leaks. The conclusion is that hydrogen is applicable as a fuel, but hydrogen alone would not solve the fuel problems. Today the production capacity of hydrogen is too low, more eco-friendly production methods must be developed and new infrastructure to transport and refuel hydrogen must be implemented. This could result in high costs for the society. / Då det hela tiden ställs större krav på låga CO2-emissioner måste fordonstillverkarna arbeta med att ta fram nya motorlösningar för nya bränslen. Ett bränsle som då skulle kunna appliceras är väte. Då väte förbränns uppstår vattenånga. Väte är känt för att vara explosivt och brandfarligt. Dessa egenskaper är både bra och dåliga vid förbränning. Syftet med denna studie är att klarlägga de problem och lösningar som finns runt väte som bränsle, både i och utanför förbränningsmotorn. Den vanligaste framställningsmetoden är ångreformering av naturgas och ger höga CO2-utsläpp. Det finns miljövänligare metoder med endast vatten som råvara, men de är i dagsläget dyra och behöver utvecklas. Det största problemet vid förbränning är onormal förbränning. Orsaken är att väte är känslig för knackning, har hög flamhastighet, låg erfordrad självantändningsenergi samt brett koncentrationsintervall för förbränning. För att undvika onormal förbränning och NOx kan motorerna köras med en mager luft-bränsleblandning. Detta bidrar dock till lägre effekt- och vridmomentuttag än vid stökiometrisk förbränning. Ottomotor, både med insprutning via insug och direktinsprutning och dieselmotor kan köras med väte. Det visade sig att med väte som bränsle är det direktinsprutad ottomotor som ger bäst verkningsgrad, effektuttag och lägst NOx-emissioner. Detta medför dock höga temperaturer och tryck som bidrar till att komponenter får kort livslängd. Dagens tillämpningar använder därför insprutning via insug. Dieselmotorn skulle kunna få hög verkningsgrad, men pga hög risk för onormal förbränning har motorn bara kunnat köras vid låga varvtal och motorlaster vid tester som har gjorts. Modifikationer av motorerna måste göras, framförallt nya materialval då väte försprödar bl. a. stål. Väte lagras antingen i flytande eller komprimerad gasform. Flytande ger mer energi ombord sett till volym, men måste kylas till -253° C. Då fordonet är inaktivt bildas vätgas och läcker ut. För att kunna bygga ett säkert fordon erfordras sensorer för att lokalisera läckage. Slutsatsen är att väte är applicerbart som bränsle, men väte skulle dock inte ensamt kunna lösa bränsleproblemen. Produktionskapaciteten av vätgas är i dagsläget liten, mer miljövänliga produktionsmetoder måste utvecklas och ny infrastruktur för att transpo-tera och tanka vätgas måste implementeras. Detta kan resultera i höga kostnader för samhället.

A GUI-assisted (Graphical User Interface) suspension component simulation tool has been developed in the computer package MATLAB. The purpose is to provide an example of a lightweight and expandable platform for educational use in the field of vehicle dynamics and suspension components. In this first version the program focused on passive rail vehicle components and their mechanical behaviour during harmonic displacement excitation. The simulation is however fairly general and may be used for describing suspension components in road vehicles and a range of other engineering applications after some modification. Thus the software and this report also emphasizes on the modular approach of the software and how it can be expanded and tailored by individual users. Calculations are based on linear and non-linear, one-dimensional models with a relation between force and motion. The simulation tool is mainly developed for educational purposes and is therefore, in its current state, subject to compromises between accuracy, model complexity and computational effort. / Ett simuleringspaket med grafiskt användargränssnitt har programmerats för MATLAB. Syftet är att exemplifiera hur en lätthanterlig och utbyggbar datorplattformar kan utvecklas och implementeras för utbildningsändamål inom fordonsdynamik samt införskaffa djupare kunskaper i komponent- och simuleringsteknik. Den version av programmet som beskrivs i denna rapport är också den första och tungvikten ligger på passiva fjädringskomponenter för spårfordon och hur dessa beter sig under harmonisk förskjutningsexcitering. Programmets struktur och utbyggbarhet är också en viktig del i detta utvecklingsarbete. Beräkning och simulering är baserad på endimensionella, linjära modeler byggda på relationen kraft – förskjutning. Simuleringspaketet är utvecklat i utbildningsyfte och därför också begränsat beträffande noggrannhet, modellkomplexitet och krav på beräkningskapacitet.

When driving hard and cornering on a circuit good control of a car’s roll is desired, so the car reaches steady state quickly but yet in a controlled fashion. This control is mainly given by the combination of the cars springs, shock absorbers and anti-roll bars. The aim of this report is to investigate, analyze and measure a Porsche Boxster’s turn in behaviour and roll dynamics as well as with the aid of simulation results give suggestions for improvement of the previous mentioned combination. Two different simulations were made, one based on a simpler model that was based on an evolved version of the bicycle model in Matlab and one was more advanced model in the simulation software rFactor. Measurements of the real car was made using a GPS-based measurement system. The results of the simulations and the measurements were compared which showed acceptable correlation between the models and reality. The results were analyzed further, which showed that the car’s suspension system was underdamped. Therefore the first suggestions for improving the car’s roll dynamics are an increase of the car’s roll stiffness of 20 per cent as well as an increase of the hardness of the shock absorbers of 50 per cent. / Vid hårdare körning på tävlingsbana så önskas god kontroll över bilens krängning, så att bilen ”sätter sig”, det vill säga når jämviktsläget i kurvan snabbt men kontrollerat. Denna kontroll ges av kombinationen av bilens fjädrar, stötdämpare och krängningshämmare. Syftet med denna rapport är att undersöka, analysera och mäta upp en Porsche Boxsters instyrning och rolldynamik samt med hjälp av simuleringar kunna komma fram till initala steg till förbättring. Två olika simulationer utfördes av bilen, en enklare i Matlab baserad på cykelmodellen samt en något mer avancerad i simuleringsprogramvaran rFactor. Därefter gjordes en mätning av bilens rollbeteende med hjälp av ett GPS-baserat mätsystem. Resultaten från mätningen och simuleringarna jämfördes, vilka visade på godtagbar korrelation mellan modeller och verklighet. Analys utfördes av resultaten, vilka i första hand visade på att bilens hjulupphängning var något underdämpad samt att krängningen skulle kunna hållas mindre med styvare fjädring. En ökning av rollstyvhet på 20% och dämparhårdhet på 50% är därav ett första förslag för förbättring av bilens rolldynamik.

Heavy duty vehicles often have problems with traction during the winter periods. For vehicles that can lift tag axles it is possible to increase the normal force on the driven axle by lifting one or more tag axles, this will then increase the propulsive force of friction. This however increases wear on both road and vehicle. A possibility to reduce the wear while achieving nearly equivalent traction compared to lifted tag axles is to allow the vehicle to regulate the normal force by lowering the pressure in the air suspension associated with the tag axles or by the lifting of these axles. The vehicle would then by itself be able to set just the right amount of normal force on the drive wheels to avoid unnecessarily high normal forces while maintaining sufficient traction. The purpose of the report is to find out which parameters affect heavy duty vehicles when driving on slippery slopes and how traction can be improved. To shed some light on this, thorough information searches have been carried out, dynamic models and relations for heavy vehicles have been developed and a program for the simulation of heavy duty vehicles programmed in MATLAB. The results from the simulations show that there is a potential in automatic control of pressure on driven axles. To give good performance such a system would work well in combination with GPS and topographical data. In that way the vehicle can in advance regulate the pressure on driven axles to a level fitting the current incline. This system would also be a lot gentler on the road than if the driver lifts the tag axles. This is because the need for high axle pressure is most of the time at a low level. / Tunga fordon har ofta problem med framkomligheten under vinterperioderna. För fordon som kan lyfta löpaxlar går det att öka normalkraften på drivande hjul genom att lyfta en eller flera löpaxlar för att på så vis öka framdrivande friktionskraft. Detta sliter dock på både väg och fordon. En möjlighet att minska slitaget men samtidigt uppnå nästan likvärdig framkomlighet jämfört med lyfta löpaxlar är att låta fordonet själv reglera drivaxelns normalkraft genom att sänka tryck i luftbälgar tillhörande löpaxlar eller genom lyft av dessa. Fordonet skulle då själv kunna ställa in precis rätt normalkraft på drivaxeln för att undvika onödigt höga normalkrafter men samtidigt bibehålla en god framkomlighet. Syftet med rapporten är att ta reda på vilka parametrar som inverkar på tunga fordon vid körning i hala backar och hur det går att förbättra framkomligheten. För att ge svar på detta har en grundlig informationssökning genomförts, dynamiska modeller och samband för tunga fordon tagits fram samt ett program för simulering av tunga fordon programmerats i MATLAB. Resultaten från simuleringarna visar att det finns potential i att automatiskt reglera drivaxeltryck. Framförallt skulle ett sådant system fungera bra i kombination med GPS och topografidata så att fordonet i förhand kan reglera upp ett anpassat drivaxeltryck mot aktuell backe. Detta system skulle även vara mer skonsamt mot vägen jämfört med om chauffören väljer att lyfta löpaxlar. Detta är möjligt eftersom höga drivaxeltyck endast behöver användas under korta perioder.