Smart reglering ger minskad bränsleåtgång

En diesel-elektrisk drivlina har inget batteri, utan alstrar elektrisk energi via en generator som drivs av dieselmotorn. All elektrisk effekt måste därför produceras exakt när den behövs. Motorn har inte heller någon mekanisk koppling till hjulen, vilket innebär att även motorns varvtal måste styras. Därmed kan man få maximal verkningsgrad även när fordonet är stillastående, en egenskap som är mycket värdefull för tunga arbetsfordon som kranar och grävmaskiner. Hittills har relativt lite forskning gjorts kring hur tekniken kan tillämpas i arbetsfordon, vanligare är forskning kring fartyg och tåg.

Optimering av drivllinan

I sin avhandling ”Optimal Control of Electrified Powertrains”, vid Avdelningen för fordonssystem, presenterar Martin Sivertsson två olika strategier för optimering av en diesel-elektrisk drivlina, med avseende på responstid eller bränsleförbrukning. Forskarna har framför allt undersökt hur man genomför en transient, det vill säga en övergång mellan två arbetspunkter i drivlinan, på bästa sätt. Resultaten visar att den optimala strategin kan reducera responstiden med en till två procent och samtidigt minska bränsleförbrukningen avsevärt.

– Vid jämn gas är det lätt att avgöra vilken arbetspunkt för drivlinan som är mest effektiv, förklarar Martin Sivertsson.

– När gasen ändras blir en annan arbetspunkt den mest effektiva. Vi har undersökt hur man styr den här övergången optimalt. Den långsamma dynamiken i dieselmotorns turboaggregat har stor betydelse för hur drivlinan bör styras, liksom om man väljer att optimera för bränsle eller för tid.

Forskarna strävar efter att utnyttja elektrifieringens fördelar på smartast möjliga sätt. Som ett ytterligare led i arbetet har man prövat att lägga till ett extra batteri, eller superkapacitans, för att underlätta transienterna, vilket förbättrade drivlinans respons ytterligare.

Ökad prestanda

– Med elektrifieringens extra frihetsgrad kan man öka prestandan mer än vad som är möjligt för en vanlig förbränningsmotor. Det gäller att utnyttja den möjligheten så bra som möjligt, säger Martin Sivertsson. I diesel-elektriska system skruvar man ofta upp tomgångsvarvtalet för att få god respons, vilket är dåligt för bränsleekonomin. Med de smartare strategierna för transientreglering som vi föreslår kan man undvika sådana metoder och ändå få god respons och lägre bränsleförbrukning.

Forskningen går nu in i nästa fas där man planerar att ta fram en algoritm som optimerar styrningen i realtid.

Martin Sivertsson försvarar sin avhandling Optimal Control of Electrified Powertrains Institutionen för systemteknik, den 5 juni 2015.

Projektet har bedrivits i samarbete med BAE Systems i Örnsköldsvik, Energimyndigheten och Scania CV AB och är en del av Svenskt el- och hybridfordonscentrum (SHC).

Text: Emilia Lundgren, Svenskt el- och hybridfordonscentrum, 2015-06-02

En diesel-elektrisk drivlina alstras den elektriska energin i en generator som drivs av dieselmotorn. Bild: BAE Systems.