Modelling and experimental testing of truck tyre rolling resistance
Tid: To 2023-09-28 kl 14.00
Plats: Lecture hall F3, Lindstedtsvägen 26
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Respondent: Jukka Hyttinen , Farkostteknik och Solidmekanik, VinnExcellence Center for ECO2 Vehicle design, Vehicle Dynamics
Opponent: Professor James Busfield, Queen Mary University of London
Handledare: Lars Drugge, VinnExcellence Center for ECO2 Vehicle design, Väg- och spårfordon samt konceptuell fordonsdesign; Jenny Jerrelind, VinnExcellence Center for ECO2 Vehicle design, Farkostteknik och Solidmekanik
QC 230905
Abstract
Lastbilstransporter erbjuder ett flexibelt sätt att frakta varor, samtidigt som sektorn för tunga vägtransporter står för 6 % av de totala växthusgaserna i EU. Därför finns det ett behov av en avsevärd minskning av dessa utsläpp för att säkerställa ett hållbart samhälle. En av nyckelparametrarna är rullmotståndet, som orsakar ungefär hälften av en lastbils energiförbrukning.
Denna avhandling syftar till att ge ökad kunskap om rullmotståndssimuleringar och mätningar samt bidra till en fördjupad förståelse hur olika parametrar påverkar rullmotståndet, vilket kan leda till lägre energiförbrukning för tunga transporter. Tester i en klimatvindtunnel och på väg har utförts i olika hastigheter och ett brett område av omgivningstemperaturer (-30 till +25 °C). Mätningarna visar på en avsevärd ökning av det stabiliserade och icke-stationära rullmotståndet med lägre däck- och omgivningstemperaturer. Dessutom har ett sätt att minska däckkylningen föreslagits för att öka däcktemperaturen och därmed minska rullmotståndet. Därutöver har en mätutrustning för att mäta vridmomentet och drivförluster under körning konstruerats, som möjliggör snabb, kostnadseffektiv och lätthanterlig validering av energiförbrukningssimuleringar genom att behålla standardgränssnittet mellan fälgen och axeln.
Tre olika simuleringsmodeller med varierande komplexitet har föreslagits för att simulera rullmotstånd; (I) en fenomenologisk realtidskapabel rullmotståndsmodell som kan användas för att uppskatta rullmotstånd vid körning, (II) en semi-fysikalisk termodynamisk däcksrullmotståndsmodell med ickelinjär viskoelasticitet som kan användas i olika parameterstudier, såsom att analysera effekten av däckkylning på däckets temperatur och rullmotstånd, och (III) en finita element däckmodell med en hyperviskoplastisk PRF-gummimodell för detaljerade strukturella analyser. Dessutom har en metod utvecklats som underlättar parametriseringen av en komplicerad PRF-gummimodell genom reducerade materialparametrar. De reducerade materialparametrarna förenklar parametriseringen mot mätdata, vilket gör att modellen kan parametriseras genom manuella iterationer, som vanligtvis inte är möjligt.
Elektriska fordon, som lastbilar, personbilar och elektriskt assisterade cyklar, lider av en minskad räckvidd vid kalla temperaturer. Ökad förståelse av räckviddsaspekter underlättar introduktionen av batterielektriska lastbilar och andra fordon som använder hållbara energikällor. Därför genomfördes en räckviddssimulering av en batterielektrisk lastbil där rullmotstånd och aerodynamisk motstånd varierades med omgivningstemperaturen, där simuleringarna visade en betydande minskning av körräckvidden vid kalla temperaturer.
Experimenten, simuleringarna och den utvecklade mätutrustningen bidrar till en ökad förståelse för rullmotståndet och de faktorer som påverkar det. Dessa insikter är en viktig del i att utveckla framtidens resurseffektiva fordon och transportsystem, där till exempel transportflödet kan optimeras med hänsyn till rullmotstånd, aerodynamiskt motstånd och andra viktiga aspekter.