Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Metoder för mätning och simulering av bränsle förbrukning och emissioner från tunga fordon
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2009 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Methods for Measurement and Simulation of Fuel Consumption and Emissions on Heavy Duty Vehicles (English)
Abstract [sv]

Vägverket och Energimyndigheten har ombett AVL MTC att undersöka metoder

för att mäta och simulera bränsleförbrukning och utsläpp för tunga fordon

uttryckt i gram per kilometer (avstånds specifikt)

AVL MTC publicerade år 2000 en rapport som visade en mycket god korrelation

mellan statiska motor körcykler körda på motordynamometer och som sedan

simuleras på en chassidynamometer för tunga fordon [15]. Rapporten visade

även att korrelationen mellan en transientakörcykler som körts både på

motordynamometer och sedan simuleras på en chassidynamometer inte var

lika god. Tester som utförs på en motordynamometer är mycket mer direkt

verkande på testobjektet. När motorn är monterad i ett fordon som sedan

testats på en chassidynamometer kommer den att fungera som ett mer

dynamiskt system, tackvare exempelvis påverkan av drivlinan tillsammans med

växellåda och däck. Även tester på väg som utförts på AVL MTC visar att vissa

tunga motorer förbrukar mer bränsle och släpper ut mer emissioner när de är

monterad i tunga fordon, som körs under verkliga körförhållanden, jämfört med

motorns certifieringsprovningsresultat. De körförhållanden och varvtal/last

punkter som motorn utsättas för, är mycket olika mellan motorcertifieringskörcykeln

och körning som utförs på väg.

Från dessa resultat kan det konstateras att bränsleförbrukning och utsläpp från

motorer som körts i motordynamometer under certifieringstest inte alltid

överensstämmer med resultat från chassidynamometer eller verkliga test

körningar med onbordmätningssystem. Det blir särskilt förvirrande när motor

certifieringen, uttrycker bränsleförbrukning och utsläpp i g/kWh. För användaren

är det svårt att utvärdera dessa siffror och det borde vara mycket lättare att

utvärdera siffror uttryckta i g/km. Att deklarera bränsleförbrukning i g/km (eller

liter/10km) för alla kombinationer av tunga fordon med olika motorer, drivlinor,

utväxling, chassi och antal däck skulle vara mycket kostsamt och tidskrävande.

Att säkerställa att de deklarerade siffrorna för utsläpp och bränsleförbrukning

uttryckt i g/km verkligen motsvarar de verkliga tunga fordonet borde göras

antingen genom tester på chassidynamometer eller simuleringar av helfordon.

Dessa metoder för att deklarera bränsleförbrukning i g/km har visat sig vara

både noggranna och beroende på körcykel överensstämmer även siffrorna väl

med tester av fordon på väg.

I Japan finns ett simuleringsverktyg som används för att deklarera

avståndsspecifik bränsleförbrukning för fordon med en bruttovikt över 3500 kg,

som kallas Japanese Fuel Consumption Model (JFCM) [17] [19]. Detta verktyg

är något begränsat för den europeiska marknaden, särskilt när det gäller de

fördefinierade fordonskategorier och körcykler som finns i programmet. Därför

har AVL MTC vidareutvecklat detta verktyg för att passa den svenska och

europeiska marknaden.

Detta förbättrade verktyg visar en avvikelse på bränsleförbruknings siffrorna på

låga 1,3% för tester som utförs på AVL MTC testlaboratorium. Programmet har

även en modul för emissions simulering men på grund av avsaknaden av väl

validerade mappar för emissioner har ingen validering av programmets

emissions modul kunnat göras. Det nya simuleringsverktyget kan simulera

nästintill alla tunga fordon på marknaden så länge rätt indataparametrarna

tillhandahålls.

En av de parametrar som är svårast att ta fram för simuleringen av fordonet är

fordonets färdmotstånd (vägmotståndet). Färdmotståndet kan beräknas med

hjälp av utrullnings försök på helfordon. Utrullnings försök ger både

rullmotståndskraft och luftmotståndskraft (som är fordonshastighets beroende).

Man kan anta värden för fordonets motståndskrafter men skall en noggrann

simulering av verkliga fordonet göras måste ett utrullnings försök test göras. I

detta projekt användes fyra olika tunga bussar för utrullnings tester. Efter

utrullningstesterna kördes ett av dessa fordon på AVL MTC tunga

chassidynamometer, för att få valideringsdata till det modifierade

simuleringsverktyget, JFCM. 20 chassidynamometertester gjordes där följande

parametrar har ändrats: väglastkurva, fordonsvikt, luftmotstånd, förare och

körcykel. Följande kunde ses från testerna:

Ett linjärt förhållande mellan fordonets testvikt och dess

bränsleförbrukning (liter/10km) kan ses.

Förarbeteende kan ge upp till 20 % skillnader i bränsleförbrukningen.

Beroende på körcykeln kan bränsleförbrukningen för ett specifikt fordon

ändras från 33,2 liter/100km till 101,9 liter/100km, detta när alla

omgivningsparametrar hålls konstant.

Minskat luftmotstånd leder till minskad bränsleförbrukning. När

luftmotståndet minskar med cirka 50 % kan i vissa fall också

bränsleförbrukningen minskas upp till nästan 50%. Ytterligare reduktion

över 50% av luftmotståndet gör inte någon större inverkan på

bränsleförbrukningen.

Rapporten visar att ett korrekt sätt att deklarera avståndsspecifika

bränsleförbrukning för tunga fordon skulle verkligen underlätta förståelsen för

användaren/köparen av fordonen. Även fordonets utsläpp (emissioner) borde

deklareras i avståndsspecifika siffror för att underlätta förståelsen.

 

Abstract [en]

The Swedish Road Administration and Swedish Energy Agency have

commissioned AVL MTC to investigate methods for measuring and simulating

distance specific fuel consumption (FC) and regulated emissions on heavy duty

vehicles.

AVL MTC presented a report in year 2000 which showed a very good

correlation between a stationary engine driving cycle and a driving cycle

simulated on a chassis dynamometer with a whole vehicle [15]. The report also

showed that the correlation between a transient engine driving cycle and the

same driving cycle simulated on chassis dynamometer is not equal good. Tests

performed on an engine dynamometer are much more direct acting on the test

object. When the engine is mounted in a vehicle and then tested on a chassis

dynamometer will drive train along with gear box and tires influence the system

and the full scale vehicle will act much more dynamic. Also On-road tests

performed at AVL MTC show that some heavy duty engines consume more fuel

and emit more emissions when it is mounted in heavy duty vehicles when run at

real driving conditions compared to the engine certification tests. The driving

conditions and the speed/load points are very different between the engine

certification driving cycle and the driving performed on-road.

From these findings it can be stated that FC and emissions from engine

dynamometer certification test not always correspond to chassis dynamometer

results or real life driving with On-road measurements. It is especially confusing

when the engine certification, express the fuel consumption and emissions in

break specific [g/kWh] figures. For the user it is hard to evaluate brake specific

figures and it should be much easier to handle distance specific figures [g/km].

To declare distance specific figures for all heavy duty vehicle combinations with

different engines, power trains, gear ratios, chassis and number of tires would

be very costly and time consuming. To assure that the declared figures for

distance specific emissions and fuel consumption corresponds to the heavy

duty vehicle either chassis dynamometer tests or vehicle simulations should be

done. These test methods have shown to be both accurate and depending on

driving cycle it correspond well to the vehicles on-road emissions and fuel

consumption.

In Japan there is a simulation tool used to declare distance specific fuel

consumption for vehicles with a gross weight over 3500 kg and is called

Japanese Fuel Consumption Model [17] [19]. This tool is somehow limited for

the European market, especially when it comes to the pre defined vehicle

categories and the driving cycles. Therefore AVL MTC has further developed

this tool to suite the Swedish and European market.

This enhanced tool show a deviation on fuel consumption as low as 1.3 % for

tests performed at AVL MTC test laboratory. The program also has an emission

module which would be able to simulate emissions. Due too lack of valid

emission maps as input parameters no proper validation work could be done.

With the new simulation tool any heavy duty vehicle can be simulated at any

driving cycle as long as the right input parameters are provided.

One of the most challenging parameter to retrieve for the simulation is the

vehicles resistance forces (road load). These resistance forces can be

calculated if a coast down test is performed. Coast down tests gives both the

rolling resistance force and the aerodynamic drag force (which is vehicle

velocity dependent). Many assumptions can be made about the resistance

forces but to have an accurate simulation of the real vehicle a proper coast

down test must be done.

In this project four different heavy duty buses were used for coast down tests.

Later on one of these vehicle models was used on the AVL MTC heavy duty

chassis dynamometer as validation for the enhanced simulation tool.

20 chassis dynamometer tests were done where the following parameters were

changed: road load, test weight, aerodynamic drag, driver and driving cycle.

The out come is as follow:

A linear relationship between the vehicle test weight and fuel

consumption can be seen.

Driver behavior can alter the fuel consumption up to 20 % in worst cases.

Depending on the driving cycle the fuel consumption can for this specific

vehicle alter from 33.2 liter/100km up to 101.9 liter/100km, when

everything else is kept constant.

Reduced aerodynamic drag leads to reduced fuel consumption. When

the aerodynamic drag is reduced by about 50 % the fuel consumption

can in some cases also be reduced up to almost 50 %. Further reduction

beyond 50 % in aerodynamic drag does not make any major impact on

fuel consumption.

The survey along with the test results really indicate that a proper way of

declaring distance specific fuel consumption for heavy duty vehicles would

really ease the understanding for the user. If also the emissions would be

declared in distance specific numbers (as it is for light duty vehicles) the user

would easier understand the pollutions emitted from the vehicle while driving.

Place, publisher, year, edition, pages
2009.
Series
MMK 2009:79 MFM131
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-100075OAI: oai:DiVA.org:kth-100075DiVA: diva2:542763
External cooperation
AVL MTC AB,Lennart Erlandsson
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-08-03 Created: 2012-08-03 Last updated: 2012-08-03Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Markus Hallsten(2743 kB)1060 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2743 kBChecksum SHA-512
a0e8b65d1033828241df69855dde9c40b5b319d425520138b07e2d70222828c59159b42282437e57ebdb7d8d767c45dcfadbd5453becca3aaf4c0e7a1cd337d6
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1060 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 218 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf