Raskaan ajoneuvoyhdistelmän energiankulutuksen simuloiminen
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2013
Department
Major/Subject
Auto- ja työkonetekniikka
Mcode
Kon-16
Degree programme
Language
fi
Pages
vii + 91 s. + liitt. 17
Series
Abstract
This thesis studied the energy consumption of heavy duty vehicles by simulation. The aim of this study was to solve the effect of different factors on the energy consumption of heavy duty vehicles. Such factors as vehicle mass, engine power, driving cycle, transmission, driving speed, auxiliaries and the amount of drive axles were studied by simulation. Some of the simulated vehicle masses were larger than the legal mass of heavy duty vehicles. Simulations were accomplished with Autonomie simulation program, which is designed by Argonne National Laboratory. Different vehicle classes and combinations related to heavy duty vehicles are discussed first in theory section of this thesis. Also the largest manufacturers of heavy duty vehicles and their products are presented. The products presented concern only long-distance transportation. The energy consumption of heavy duty vehicles and the studies made of it are also discussed. The analysis section of this thesis presents simulation models and driving cycles. Also the results are presented in this section. Conclusions and analysis are presented at the end of this section. Simulation models were modelled on top of the program library models and simulated with the predetermined driving cycles. These driving cycles were modelled with the information of the measured data of five highways. Driving cycles include target speed, highway elevation profile and the coordinates of the side wind direction. The results approved that the engine power and size as well as the operation speed and load of the engine affect significantly the energy consumption of heavy duty vehicle. Especially large vehicle masses cause major differences in energy consumption in between different engines. Transmission can affect the operation speed and load of the engine, in which case gear and differential ratios become critical in terms of energy efficiency. In the future reduction of engine losses through hybridization could be interesting research area.Tässä työssä tutkittiin raskaan ajoneuvoyhdistelmän energiankulutusta simuloimalla. Työn tavoitteena oli selvittää erilaisten tekijöiden vaikutusta ajoneuvoyhdistelmän polttoaineenkulutukseen. Simuloinneissa otettiin huomioon ajoneuvon massa, polttomoottorin koko, ajosykli, vaihteisto, ajonopeus, apulaitteet ja vetävien akselien määrä. Ajoneuvoyhdistelmän massan suhteen otettiin huomioon myös suuremmat kokonaismassat mitä lainsäädäntö tällä hetkellä sallii. Simuloinnit suoritettiin Argonne National Laboratoryn kehittämällä Autonomie-simulointiohjelmistolla. Työn teoriaosan alussa esitellään yleisesti erilaisia ajoneuvoluokkia ja ajoneuvoyhdistelmiä. Lisäksi siinä esitellään suurimmat raskaiden ajoneuvojen valmistajat sekä niiden tarjolla oleva kalusto. Kaluston esittelyssä on keskitytty pelkästään kaukoliikenteen raskaisiin ajoneuvoyhdistelmiin. Työn teoriaosassa esitellään myös mistä raskaiden ajoneuvojen energiankulutus muodostuu ja käydään läpi siihen liittyviä tutkimuksia. Teoriaosan lopuksi kerrotaan yleisesti simuloinnista sekä Autonomie -simulointiohjelmistosta. Työn tutkimusosassa esitellään puolestaan tutkittavat simulointimallit ja ajosyklit. Lisäksi siinä esitellään simuloinneista saadut simulointitulokset. Tutkimusosan lopuksi esitellään simulointitulosten perusteella tehdyt johtopäätökset. Tutkittavat ajoneuvot mallinnettiin ohjelmiston valmiiden mallien pohjalta ja simuloitiin tutkimusta varten laadituilla ajosykleillä. Simuloinneissa hyödynnettiin aikaisemmin moottoriteiltä mitattuja reittitietoja, joista muodostettiin viisi erilaista ajosykliä. Ajosyklit sisältävät tavoitevakionopeuden, tien korkeusprofiilin ja lisäksi koordinaatit, joiden avulla voidaan määrittää sivutuulen suunta ajoneuvoon tarvittaessa. Simulointitulokset osoittivat, että raskaan ajoneuvoyhdistelmän energiatehokkuuteen vaikuttaa hyvin vahvasti polttomoottorin teho ja koko, mutta myös polttomoottorin toiminta-alue. Etenkin suurempia kokonaismassoja kuljetettaessa polttoaineenkulutuksessa on suuria eroja erilaisten moottorivaihtoehtojen välillä. Polttomoottorin toiminta-alueeseen voidaan vaikuttaa vaihteiston avulla, jolloin korostuu puolestaan vaihteiston välityssuhteet sekä perävälitys. Jatkotutkimuksissa kannattaisi keksittyä polttomoottorin häviöiden vähentämiseen, joka voisi tapahtua esimerkiksi voimalinjan hybridisoinnilla.Description
Supervisor
Juhala, MattiThesis advisor
Lajunen, AnttiKeywords
heavy duty vehicles, raskaat ajoneuvoyhdistelmät, energy consumption, energiankulutus, simulation, simulointi