As the development of vehicles moves towards shorter development time, new ways of verifying the vehicle performance is needed in order to begin the verification process at an earlier stage. A great extent of this development regards active safety, which is a collection name for systems that help both avoid accidents and minimize the effects of a collision, e.g brake assist and steering control systems. Development of these active safety functions requires extensive testing and verification in order to guarantee the performance of the functions in different situations. One way of testing these functions is to include them in a Hardware in the Loop simulation, where the involved hardware from the real vehicle are included in the simulation loop. This master thesis investigates the possibility to test lateral active safety functions in a hardware in the loop simulation environment consisting of multiple subsystems working on different frequencies. The subsystems are all dependent of the output from other subsystems, forming an algebraic loop between them. Simulation using multiple hardware and subsystems working on different frequencies introduces latency in the simulation. The effect of the latency is investigated and proposed solutions are presented. In order to enable testing of lateral active safety functions, a steering model which enables the servo motor to steer the vehicle is integrated in the simulation environment and validated.

Nowadays, PEM fuel cell systems for passenger cars are always realized as hybrid systems. If the architecture of a hybrid system is given, then the dimensioning of the fuel cell and battery subsystems is crucial in terms of costs, dynamics, and driving behavior in general. In order to analyze these dependencies correctly, the ZBT fuel cell model was integrated into a fuel cell system and a full vehicle simulation. The subject of the investigation is the interaction of different drive cycles, which in part are very different, with differently dimensioned sub models for the fuel cell system and the battery. The ZBT fuel cell model is integrated into the simulation environment AVL CRUISE™ M for the fuel cell system and the vehicle. An analysis is presented that compares the different drive cycles and system dimensions and provides specific recommendations for different use cases.

In early design phase for new hybrid electric vehicle (HEV) powertrains, simulation isused for the estimation of vehicle fuel consumption. For hybrid electric powertrains,fuel consumption is highly related to powertrain efficiency. While powertrainefficiency of hybrid electric powertrain is not a linear product of efficiencies ofcomponents, it has to be analysed as a sequence of energy conversions includingcomponent losses and energy interaction among components.This thesis is aimed at studying the energy losses and flows and present them in theform of Sankey diagram, later, an adaptive energy management system is developedbased on current rule-based control strategy. The first part involves developing energycalculation block in GT-SUITE corresponding to the vehicle model, calculating allthe energy losses and flows and presenting them in Sankey diagram. The secondpart involves optimizing energy management system control parameters according todifferent representative driving cycles. The third part involves developing adaptiveenergy management system by deploying optimal control parameter based on drivingpattern recognition with the help of SVM (support vector machine).In conclusion, a sturctured way to generate the Sankey diagram has been successfullygenerated and it turns out to be an effective tool to study HEV powertrain efficiencyand fuel economy. In addition, the combination of driving pattern recognition andoptimized control parameters also show a significant potential improvement in fuelconsumption. / Under den tidiga utvecklingsfasen av nya elektrifieradedrivlinor for hybridapplikationer (HEV) används simulering för uppskattning avfordonets bränsleförbrukning. För dess drivlinor är bränsleförbrukningen i hög gradkopplad till drivlinans verkningsgrad. Även om drivlinans verkningsgrad inte ären linjär prokukt av komponenternas verkningsgrad behöve rden analyseras somen sekvens av energiomvandlingar, inklusive förluster och energipåverkan mellankomponenter.Detta examensarbete syftar till att undersöka energiförluster och flöden samtpresentera dessa i form av sankey diagram. Senare utvecklas ett anpassningsbartenergihanteringssystem baserat på nuvarande regelbaserad kontrollstrategi. Deninledande delen involverar utvecklandet av energianalys i GT-SUITE som motsvararfordonsmodellen, beräkningar av totala energiförluster och flöden samt presentationav dessa i ett sankey diagram. Den andra delen innefattar optimering avenergihanteringssystems kontrollparametrar enligt olika representativa körcykler.Den tredje delen involverar utveckling av anpassningsbara energihanteringssystemgenom användning av optimala kontrollparameterar baserad på detektering avkörbeteende med hjälp av SVM ( stödvektormaskin).Slutligen, ett strukturerat sätt att generera sankey diagrammet har med framgånggenererats och visat sig vara ett effektivt verktyg för studier av HEV drivlinorseffektivitet och bränsleekonomi. Dessutom visar kombinationen av detektering avkörbeteende och optimerade kontrollparametrar på en markant potentiell förbättringi bränsleförbrukning.

Several aspects make today’s transport system non-sustainable: • Production, transport and combustion of fossil fuels lead to global and local environmental problems. • Oil dependency in the transport sector may lead to economical and political instability. • Air pollution, noise, congestion and land-use may jeopardise public health and quality of life, especially in urban areas. In a sustainable urban transport system most trips are made with public transport because high convenience and comfort makes travelling with public transport attractive. In terms of emissions, including noise, the vehicles are environmentally sustainable, locally as well as globally. Vehicles are energy-efficient and the primary energy stems from renewable sources. Costs are reasonable for all involved, from passengers, bus operators and transport authorities to vehicle manufacturers. The system is thus commercially viable on its own merits. This thesis presents the results from three projects involving different concept buses, all with different powertrains. The first two projects included technical evaluations, including tests, of two different fuel cell buses. The third project focussed on development of a series hybrid-bus with internal combustion engine intended for production around 2010. The research on the fuel cell buses included evaluations of the energy efficiency improvement potential using energy mapping and vehicle simulations. Attitudes to hydrogen fuel cell buses among passengers, bus drivers and bus operators were investigated. Safety aspects of hydrogen as a vehicle fuel were analysed and the use of hydrogen compared to electrical energy storage were also investigated. One main conclusion is that a city bus should be considered as one energy system, because auxiliaries contribute largely to the energy use. Focussing only on the powertrain is not sufficient. The importance of mitigating losses far down an energy conversion chain is emphasised. The Scania hybrid fuel cell bus showed the long-term potential of fuel cells, advanced auxiliaries and hybrid-electric powertrains, but technologies applied in that bus are not yet viable in terms of cost or robustness over the service life of a bus. Results from the EU-project CUTE show that hydrogen fuelled fuel cell buses are viable for real-life operation. Successful operation and public acceptance show that focus on robustness and cost in vehicle design were key success factors, despite the resulting poor fuel economy. Hybrid-electric powertrains are feasible in stop-and-go city operation. Fuel consumption can be reduced, comfort improved, noise lowered and the main power source downsized and operated less dynamically. The potential for design improvements due to flexible component packaging is implemented in the Scania hybrid concept bus. This bus and the framework for its hybrid management system are discussed in this thesis. The development of buses for a more sustainable urban transport should be made in small steps to secure technical and economical realism, which both are needed to guarantee commercialisation and volume of production. This is needed for alternative products to have a significant influence. Hybrid buses with internal combustion engines running on renewable fuel is tomorrow’s technology, which paves the way for plug-in hybrid, battery electric and fuel cell hybrid vehicles the day after tomorrow. / QC 20100722

Durch den zunehmenden Einsatz fahrdynamischer Regelsysteme und der Fahrzeugauslegung im Grenzbereich gewinnt die Modellierung des Reifenübertragungsverhaltens bei transienten und extremen Fahrmanövern signifikant an Bedeutung. Die im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelten Messverfahren zur Analyse und Charakterisierung des transienten Reifenseitenkraftverhaltens zeigen, dass die bisher gewählten Verzögerungsansätze erster Ordnung, beschrieben durch die Einlauflänge, keine ausreichende Abbildungsgenauigkeit liefern. Folglich wird ein neuer Verzögerungsansatz zweiter Ordnung eingeführt und durch den Parameter Einlaufdämpfung zweckmäßig beschrieben. Weiterhin wird nachgewiesen, dass die allgemein gebräuchliche Schätzung der Einlauflänge aus Schräglaufsteifigkeit und Lateralsteifigkeit vor allem bei hohen Radlasten deutlich zu geringe Werte liefert. Zur Abdeckung eines möglichst breiten Anwendungsbereichs werden die Parametereinflüsse Radlast, Fülldruck, Sturz, Vorspur und Geschwindigkeit messtechnisch ermittelt und im neuen Modellansatz berücksichtigt. Auch für die quasistatische Schräglaufsteifigkeit wird ein neues Bestimmungsverfahren mit entsprechenden Einflussanalysen vorgestellt. Bei extremen Fahrmanövern spielt die Fahrzeugstabilität, welche hochsensitiv auf das Reifenverhalten unter Extrembelastungen reagiert, eine entscheidende Rolle. Auch für diesen Anwendungsfall werden neue Mess‐ und Parametrisierungsverfahren eingeführt. Im Gegensatz zu anderen Arbeiten wird auf den gesamten Entstehungsprozess von Reifenmodelldatensätzen eingegangen. Dieser besteht im Wesentlichen aus Reifenmessung, Signalverarbeitung, Auswahl charakteristischer Kennlinien, methodischer Reifenmodellauswahl, automatischer Parameteridentifikation und qualitativem sowie quantitativem Nachweis der Abbildungsgüte des entstandenen Datensatzes. In diesem Prozess werden Schwachstellen aufgezeigt und durch neue Methoden beseitigt. Die drei Reifenmodelle MF-Tyre, FTire und TM-Easy werden analysiert, parametrisiert und unter transienten und extremen Randbedingungen in Kombination mit MKS-Modellen validiert und getestet. Somit kann die Qualität der erzielten Ergebnisse im Verhältnis zum Parametrisierungsaufwand und der Prozesssicherheit für eine Einsatzempfehlung der verschiedenen Reifenmodelle herangeführt werden. Die Qualität der neuen Reifenmodelldatensätze in Verbindung mit der Radaufhängung wird anhand eines neu entwickelten hochdynamischen Achsprüfstandes durch den Vergleich von Messung und MKS-Simulation validiert. Dazu werden sowohl transiente als auch extreme Manöver mit deren realistischen Belastungssituationen nachgestellt. Auch der Einfluss auf die Gesamtfahrzeugsimulation wird anhand entsprechender Manöver nachgewiesen. Darüber hinaus erfolgt die Herleitung eines linearen Einspurmodells mit transientem Reifenseitenkraftverhalten im Zustandsraum, anhand dessen der dominante Reifeneinfluss auf die Gierreaktion von Fahrzeugen nachgewiesen wird. / Due to the growing influence of vehicle dynamic control systems and suspension dimensioning in stability regions, transient and extreme tyre transfer behaviour gains importance significantly. Two new measurement procedures are introduced to analyze and characterize this tyre behaviour. The results show that the commonly used estimation of the relaxation length by the quotient of cornering and lateral stiffness yields far too small values and that the first order transfer model is insufficient to describe the transient tyre lateral force behaviour. Consequently, a new second order approach is introduced and described by the new parameter relaxation damping. The performed parameter study regarding wheel load, inflation pressure, camber angle, toe angle and driving velocity covers a wide application range of tyres. Moreover, the quasi‐static cornering stiffness is measured and evaluated in an extended range with reduced temperature and wear influences. Extreme manoeuvres are utilized to examine the stability of vehicles, which is dominated by the tyre transfer behaviour under extreme conditions. A new measurement and parameter identification procedure for those conditions is portrayed, as well. This thesis depicts the entire process to obtain a tyre model dataset, namely tyre measurements, signal processing, selection of characteristic curves, methodical selection of a tyre model, automatic parameter identification and qualitative and quantitative evaluation of the final dataset. The tyre models MF‐Tyre, FTire, and TM‐Easy are analysed, parameterized and validated under transient and extreme conditions. A comparison of the results in relation to the complexity of the parameter identification and the process stability leads to global recommendations of applications for different tyre models. The quality of the created tyre model datasets in combination with a vehicle suspension is assessed by a comparison of measurements from the newly developed highly dynamical suspension test rig and equivalent multi‐body simulations. That is, transient and extreme manoeuvres are performed and analysed. Additionally, a linear single‐track model with transient tyre behaviour is been derived, that shows the dominant tyre influence on the vehicle’s yaw behaviour. Finally, the influence of the created tyre model datasets and the additional lateral transfer behaviour on full‐vehicle simulations is verified.

Durch den zunehmenden Einsatz fahrdynamischer Regelsysteme und der Fahrzeugauslegung im Grenzbereich gewinnt die Modellierung des Reifenübertragungsverhaltens bei transienten und extremen Fahrmanövern signifikant an Bedeutung. Die im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelten Messverfahren zur Analyse und Charakterisierung des transienten Reifenseitenkraftverhaltens zeigen, dass die bisher gewählten Verzögerungsansätze erster Ordnung, beschrieben durch die Einlauflänge, keine ausreichende Abbildungsgenauigkeit liefern. Folglich wird ein neuer Verzögerungsansatz zweiter Ordnung eingeführt und durch den Parameter Einlaufdämpfung zweckmäßig beschrieben. Weiterhin wird nachgewiesen, dass die allgemein gebräuchliche Schätzung der Einlauflänge aus Schräglaufsteifigkeit und Lateralsteifigkeit vor allem bei hohen Radlasten deutlich zu geringe Werte liefert. Zur Abdeckung eines möglichst breiten Anwendungsbereichs werden die Parametereinflüsse Radlast, Fülldruck, Sturz, Vorspur und Geschwindigkeit messtechnisch ermittelt und im neuen Modellansatz berücksichtigt. Auch für die quasistatische Schräglaufsteifigkeit wird ein neues Bestimmungsverfahren mit entsprechenden Einflussanalysen vorgestellt. Bei extremen Fahrmanövern spielt die Fahrzeugstabilität, welche hochsensitiv auf das Reifenverhalten unter Extrembelastungen reagiert, eine entscheidende Rolle. Auch für diesen Anwendungsfall werden neue Mess‐ und Parametrisierungsverfahren eingeführt. Im Gegensatz zu anderen Arbeiten wird auf den gesamten Entstehungsprozess von Reifenmodelldatensätzen eingegangen. Dieser besteht im Wesentlichen aus Reifenmessung, Signalverarbeitung, Auswahl charakteristischer Kennlinien, methodischer Reifenmodellauswahl, automatischer Parameteridentifikation und qualitativem sowie quantitativem Nachweis der Abbildungsgüte des entstandenen Datensatzes. In diesem Prozess werden Schwachstellen aufgezeigt und durch neue Methoden beseitigt. Die drei Reifenmodelle MF-Tyre, FTire und TM-Easy werden analysiert, parametrisiert und unter transienten und extremen Randbedingungen in Kombination mit MKS-Modellen validiert und getestet. Somit kann die Qualität der erzielten Ergebnisse im Verhältnis zum Parametrisierungsaufwand und der Prozesssicherheit für eine Einsatzempfehlung der verschiedenen Reifenmodelle herangeführt werden. Die Qualität der neuen Reifenmodelldatensätze in Verbindung mit der Radaufhängung wird anhand eines neu entwickelten hochdynamischen Achsprüfstandes durch den Vergleich von Messung und MKS-Simulation validiert. Dazu werden sowohl transiente als auch extreme Manöver mit deren realistischen Belastungssituationen nachgestellt. Auch der Einfluss auf die Gesamtfahrzeugsimulation wird anhand entsprechender Manöver nachgewiesen. Darüber hinaus erfolgt die Herleitung eines linearen Einspurmodells mit transientem Reifenseitenkraftverhalten im Zustandsraum, anhand dessen der dominante Reifeneinfluss auf die Gierreaktion von Fahrzeugen nachgewiesen wird.:1 Einleitung 1.1 Stand der Forschung 1.2 Motivation und Ziele dieser Arbeit 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Reifenkoordinatensysteme 2.2 Reifenprüfstände 2.3 Der Reifen unter Schräglauf 2.4 Grundlagen der Fahrdynamik und Einspurmodell 2.5 Eigenschaften elementarer Übertragungsglieder 2.6 Optimierungsverfahren 2.7 Sensitivitätsanalysen zur Systembetrachtung 2.8 Einbindung von Zwangsbedingungen in Mehrkörpersysteme 3 Transientes Reifenseitenkraftverhalten 3.1 Reifenverhalten nach SCHLIPPE\\DIETRICH 3.2 Reifenverhalten nach BÖHM 3.3 Reifenverhalten nach PACEJKA 3.4 Reifenverhalten nach RILL 3.5 Gegenüberstellung des transienten Reifenseitenkraftverhaltens 4 Reifenmodellierung 4.1 Einteilung der Reifenmodelle 4.2 Magic Formula Tyre: MF‐Tyre 4.3 Flexible Ring Tire Model: FTire 4.4 Tyre Model Easy: TM‐Easy 4.5 Handlungsempfehlungen für die Auswahl von Reifenmodellen 5 Messungen am Reifenprüfstand 5.1 Signalverarbeitung von Reifenmessdaten 5.2 Neue Reifenmessprozeduren 5.3 Statische Reifensteifigkeiten 5.4 Reifenverhalten beim Lenken im Stand 5.5 Schräglaufsteifigkeit 5.6 Übertragbare Seitenkraft – Reibbeiwert 5.7 Transientes Seitenkraftverhalten 5.8 Ergebnisse der Messungen am Reifenprüfstand 6 Parameteridentifikation von Reifenmodellen 6.1 Der virtuelle Reifenprüfstand (vRPS) 6.2 Abbildungsgüte kommerziell parametrisierter Reifendatensätze 6.3 Automatischer Gütereport von Reifenmodelldatensätzen 6.4 Parameteridentifikation von MF‐Tyre Datensätzen 6.5 Parameteridentifikation von FTire Datensätzen 6.6 Parameteridentifikation von TM‐Easy Datensätzen 6.7 Extrapolationsfähigkeit der Reifenmodelle 6.8 Übertragbarkeit der Reifenmodelldatensätze auf reale Straßen 6.9 Neue Ansätze zur Parametrisierung von Reifenmodellen 7 Eine neue transiente Zusatzkomponente 7.1 Vergleich verschiedener Übertragungsglieder im Frequenzbereich 7.2 Einbindung in MKS‐Modelle 7.3 Übertragungsmodul als nichtholonome Zwangsbedingung 7.4 Einbindung einer transienten Zusatzseitenkraft 7.5 Schlussfolgerungen zu Zusatzübertragungskomponenten 8 Reifenverhalten am neuen hochdynamischen Achsprüfstand 8.1 Der Aufbau des neuen Achsprüfstandes am IAD 8.2 Das MKS‐Modell des virtuellen Achsprüfstands 8.3 Vergleich der Spurstangenkräfte beim Lenken im Stand 8.4 Einfluss des transienten Reifenverhaltens am Achsprüfstand 8.5 Sinuslenken am Achsprüfstand 8.6 Extremmanöver am Beispiel Fishhook 8.7 Schlussfolgerungen aus den Achsprüfstandsuntersuchungen 9 Gesamtfahrzeugsimulation 9.1 Einspurmodell mit transientem Reifenverhalten 9.2 Mehrkörperfahrzeugmodell mit transientem Reifenverhalten 9.3 Fahrmanöver mit optimierten Reifenmodelldatensätzen 9.4 Beschreibung von Reifenkennwerten mit statistischen Methoden 9.5 Schlussfolgerungen aus der Gesamtfahrzeugsimulationen 10 Zusammenfassung und Ausblick / Due to the growing influence of vehicle dynamic control systems and suspension dimensioning in stability regions, transient and extreme tyre transfer behaviour gains importance significantly. Two new measurement procedures are introduced to analyze and characterize this tyre behaviour. The results show that the commonly used estimation of the relaxation length by the quotient of cornering and lateral stiffness yields far too small values and that the first order transfer model is insufficient to describe the transient tyre lateral force behaviour. Consequently, a new second order approach is introduced and described by the new parameter relaxation damping. The performed parameter study regarding wheel load, inflation pressure, camber angle, toe angle and driving velocity covers a wide application range of tyres. Moreover, the quasi‐static cornering stiffness is measured and evaluated in an extended range with reduced temperature and wear influences. Extreme manoeuvres are utilized to examine the stability of vehicles, which is dominated by the tyre transfer behaviour under extreme conditions. A new measurement and parameter identification procedure for those conditions is portrayed, as well. This thesis depicts the entire process to obtain a tyre model dataset, namely tyre measurements, signal processing, selection of characteristic curves, methodical selection of a tyre model, automatic parameter identification and qualitative and quantitative evaluation of the final dataset. The tyre models MF‐Tyre, FTire, and TM‐Easy are analysed, parameterized and validated under transient and extreme conditions. A comparison of the results in relation to the complexity of the parameter identification and the process stability leads to global recommendations of applications for different tyre models. The quality of the created tyre model datasets in combination with a vehicle suspension is assessed by a comparison of measurements from the newly developed highly dynamical suspension test rig and equivalent multi‐body simulations. That is, transient and extreme manoeuvres are performed and analysed. Additionally, a linear single‐track model with transient tyre behaviour is been derived, that shows the dominant tyre influence on the vehicle’s yaw behaviour. Finally, the influence of the created tyre model datasets and the additional lateral transfer behaviour on full‐vehicle simulations is verified.:1 Einleitung 1.1 Stand der Forschung 1.2 Motivation und Ziele dieser Arbeit 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Reifenkoordinatensysteme 2.2 Reifenprüfstände 2.3 Der Reifen unter Schräglauf 2.4 Grundlagen der Fahrdynamik und Einspurmodell 2.5 Eigenschaften elementarer Übertragungsglieder 2.6 Optimierungsverfahren 2.7 Sensitivitätsanalysen zur Systembetrachtung 2.8 Einbindung von Zwangsbedingungen in Mehrkörpersysteme 3 Transientes Reifenseitenkraftverhalten 3.1 Reifenverhalten nach SCHLIPPE\\DIETRICH 3.2 Reifenverhalten nach BÖHM 3.3 Reifenverhalten nach PACEJKA 3.4 Reifenverhalten nach RILL 3.5 Gegenüberstellung des transienten Reifenseitenkraftverhaltens 4 Reifenmodellierung 4.1 Einteilung der Reifenmodelle 4.2 Magic Formula Tyre: MF‐Tyre 4.3 Flexible Ring Tire Model: FTire 4.4 Tyre Model Easy: TM‐Easy 4.5 Handlungsempfehlungen für die Auswahl von Reifenmodellen 5 Messungen am Reifenprüfstand 5.1 Signalverarbeitung von Reifenmessdaten 5.2 Neue Reifenmessprozeduren 5.3 Statische Reifensteifigkeiten 5.4 Reifenverhalten beim Lenken im Stand 5.5 Schräglaufsteifigkeit 5.6 Übertragbare Seitenkraft – Reibbeiwert 5.7 Transientes Seitenkraftverhalten 5.8 Ergebnisse der Messungen am Reifenprüfstand 6 Parameteridentifikation von Reifenmodellen 6.1 Der virtuelle Reifenprüfstand (vRPS) 6.2 Abbildungsgüte kommerziell parametrisierter Reifendatensätze 6.3 Automatischer Gütereport von Reifenmodelldatensätzen 6.4 Parameteridentifikation von MF‐Tyre Datensätzen 6.5 Parameteridentifikation von FTire Datensätzen 6.6 Parameteridentifikation von TM‐Easy Datensätzen 6.7 Extrapolationsfähigkeit der Reifenmodelle 6.8 Übertragbarkeit der Reifenmodelldatensätze auf reale Straßen 6.9 Neue Ansätze zur Parametrisierung von Reifenmodellen 7 Eine neue transiente Zusatzkomponente 7.1 Vergleich verschiedener Übertragungsglieder im Frequenzbereich 7.2 Einbindung in MKS‐Modelle 7.3 Übertragungsmodul als nichtholonome Zwangsbedingung 7.4 Einbindung einer transienten Zusatzseitenkraft 7.5 Schlussfolgerungen zu Zusatzübertragungskomponenten 8 Reifenverhalten am neuen hochdynamischen Achsprüfstand 8.1 Der Aufbau des neuen Achsprüfstandes am IAD 8.2 Das MKS‐Modell des virtuellen Achsprüfstands 8.3 Vergleich der Spurstangenkräfte beim Lenken im Stand 8.4 Einfluss des transienten Reifenverhaltens am Achsprüfstand 8.5 Sinuslenken am Achsprüfstand 8.6 Extremmanöver am Beispiel Fishhook 8.7 Schlussfolgerungen aus den Achsprüfstandsuntersuchungen 9 Gesamtfahrzeugsimulation 9.1 Einspurmodell mit transientem Reifenverhalten 9.2 Mehrkörperfahrzeugmodell mit transientem Reifenverhalten 9.3 Fahrmanöver mit optimierten Reifenmodelldatensätzen 9.4 Beschreibung von Reifenkennwerten mit statistischen Methoden 9.5 Schlussfolgerungen aus der Gesamtfahrzeugsimulationen 10 Zusammenfassung und Ausblick

The transport sector contributes significantly to global energy use and emissions due to its traditional dependency on fossil fuels. Climate change, security of energy supply and increasing mobility demand is mobilising governments around the challenges of sustainable transport. Immediate opportunities to reduce emissions exist through the adoption of new bus technologies, e.g. advanced powertrains. This thesis analysed energy use and carbon dioxide (CO2) emissions of conventional, hybrid-electric, and plug-in hybrid-electric city buses including two-axle, articulated, and biarticulated chassis types (A total of 6 bus types) for the operation phase (Tank-to-Wheel) in Curitiba, Brazil. The systems analysis tool – Advanced Vehicle Simulator (ADVISOR) and a carbon balance method were applied. Seven bus routes and six operation times for each (i.e. 42 driving cycles) are considered based on real-world data. The results show that hybrid-electric and plug-in hybrid-electric two-axle city buses consume 30% and 58% less energy per distance (MJ/km) compared to a conventional two-axle city bus (i.e. 17.46 MJ/km). Additionally, the energy use per passenger-distance (MJ/pkm) of a conventional biarticulated city bus amounts to 0.22 MJ/pkm, which is 41% and 24% lower compared to conventional and hybrid-electric two-axle city buses, respectively. This is mainly due to the former’s large passenger carrying capacity. Large passenger carrying capacities can reduce energy use (MJ/pkm) if the occupancy rate of the city bus is sufficient high. Bus routes with fewer stops decrease energy use by 10-26% depending on the city bus, because of reductions in losses from acceleration and braking. The CO2 emissions are linearly proportional to the estimated energy use following from the carbon balance method, e.g. CO2 emissions for a conventional two-axle city bus amount to 1299 g/km. Further results show that energy use of city bus operation depends on the operation time due to different traffic conditions and driving cycle characteristics. An additional analysis shows that energy use estimations can vary strongly between considered driving cycles from real-world data. The study concludes that advanced powertrains with electric drive capabilities, large passenger carrying capacities and bus routes with a fewer number of bus stops are beneficial in terms of reducing energy use and CO2 emissions of city bus operation in Curitiba.