Br¨ anslef¨ orbrukning

Simulerad

Tabell 4.1 visar simulerad br¨anslef¨orbrukning vid framhjulsdrift och i hybridl¨age. Siffrorna avser skalad br¨anslef¨orbrukning, d¨ar v¨ardena under cykelns f¨orsta 780 sekunder ¨okats f¨or att motsvara v¨arden vid kallstart (som anv¨ands i NEDC). Resultaten f¨or automatv¨axlad bil visar ingen st¨orre minskning av br¨anslef¨orbrukningen. Anledningen ¨ar att v¨axlingsschemat korrigerats f¨or att bilen ska v¨axla vid samma motorvarvtal som tidigare, vilket inverkar negativt p˚a br¨anslef¨orbrukningen.

I synnerhet g¨aller det str¨ackorna som k¨ors i 50 km/h, d¨ar det nya v¨axlingsschemat anv¨ander en l¨agre v¨axel. N¨ar v¨axlingsschemat l¨amnas of¨or¨andrat (slutv¨axel 3,502*) s˚a sparas knappt en procent av br¨anslet, samtidigt som m¨angden ˚aterladdad energi g˚ar upp.

Tabell 4.1: Simulerad br¨anslef¨orbrukning i NEDC Slutv¨axel F¨orbrukning,

Med undantag f¨or slutv¨axeln 3,350 s˚a blir den relativa br¨anslebesparingen h¨ogre i hybridl¨aget

¨an n¨ar bilen k¨ors med enbart framhjulsdrift. Detta trots att elmotorn anv¨ander betydligt mindre energi i cykeln f¨or de l¨agre slutv¨axlarna. Hybridmjukvarans beteende skiljer sig drastiskt mellan de olika simuleringarna mot slutet av cykeln, n¨ar bilen saktar in fr˚an 120 km/h. Med de l¨agre slutv¨axlarna beg¨ars mindre bromsande vridmoment p˚a elmotorn och skivbromsarna absorberar en st¨orre andel av fordonets r¨orelseenergi. Detta resulterar i den l¨agre m¨angden ˚aterladdad energi i Tabell 4.1 f¨or de l¨agre slutv¨axlarna. Den sista tidpunkten i cykeln d˚a h¨ogsp¨

annings-batteriets laddningsniv˚a ¨ar densamma f¨or alla slutv¨axlar ¨ar vid 1120 sekunder, strax innan inbromsningen fr˚an 120 km/h p˚ab¨orjas. J¨amf¨orelsen mellan de olika slutv¨axlarna underl¨attas d¨arf¨or om br¨anslef¨orbrukningen fram till denna tidpunkt betraktas. Tabell 4.2 inneh˚aller dessa data. F¨orh˚allandet mellan de olika slutv¨axlarnas br¨anslef¨orbrukning ¨ar n¨ara v¨ardena vid slutet av NEDC vid framhjulsdrift, medan f¨orbrukningen i hybridl¨aget minskar n˚agot f¨or de l¨agre slutv¨axlarna j¨amf¨ort med Tabell 4.1. Den relativa minskningen i f¨orbrukning ¨ar ˚aterigen st¨orre i hybridl¨aget, vilket antyder att energin fr˚an batteriet kan anv¨andas mer effektivt med l¨agre slutv¨axel. Figur 4.1 visar hur mycket br¨ansle som sparas per kWh anv¨and elenergi (glidande medelv¨arde). Den totala m¨angden energi som ˚aterladdats under cykeln ¨ar dock fortfarande l¨agre

¨an f¨or referensslutv¨axeln. De h¨oga v¨ardena f¨or l˚aga slutv¨axlar i Figur 4.1 beror allts˚a delvis p˚a att hybridmjukvaran enbart ’plockar l˚agt h¨angande frukt’. Den mindre m¨angden ˚aterladdad energi ¨ar ett ov¨antat resultat eftersom minskningen av motorbroms vid l¨agre slutv¨axlar f¨orv¨antas m¨ojligg¨ora n˚agot h¨ogre ˚aterladdning. Tabell 4.3 visar hur mycket energi som tas upp av motor respektive skivbromsar under inbromsningarna i NEDC. Motorbromsen minskar som f¨orv¨antat, men den totala m¨angden energi som tas upp av motor och bromsar ¨okar ¨and˚a n˚agot vid l¨agre slutv¨axlar. Denna ¨okning ¨ar ov¨antad, men f¨orklaras av att skivbromsarna i h¨ogre grad anv¨ands samtidigt som motorn f¨ormedlar positivt vridmoment till hjulen. F¨orarmodellen i Unified agerar allts˚a n˚agot annorlunda f¨or olika slutv¨axlar. ¨Okningen av energin till skivbromsarna ¨ar mycket h¨ogre (fr˚an en l¨agre niv˚a) i hybridl¨aget eftersom mindre energi ˚aterladdas.

Tabell 4.2: Simulerad br¨anslef¨orbrukning i NEDC fram till t=1120 s Slutv¨axel F¨orbrukning,

framhjulsdrift

F¨orbrukning, hybridl¨age

˚Aterladdad energi Manuell

3,833 1,0000 1,0000 1,000

3,737 0,9918 0,9904 0,984

3,650 0,9841 0,9818 0,953

3,578 0,9781 0,9764 0,940

3,350 0,9654 0,9657 0,839

3,095 0,9559 0,9408 0,950

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0 0.05 0.1 0.15

Tid [s]

Bränslebesparing [kg/kWh]

Figur 4.1: Br¨anslebesparing per enhet anv¨and energi fr˚an batteriet (glidande medelv¨arde ¨over hela k¨orcykeln)

Tabell 4.3: Energi till motorbroms och skivbromsar

3,833 1,000 1,00 1,00 1,00 1,00

3,737 0,967 1,01 1,01 1,00 1,00

3,650 0,973 1,01 1,05 1,00 1,03

3,578 0,972 1,01 1,09 1,00 1,06

3,350 0,927 1,03 1,36 1,01 1,24

3,095 0,856 1,07 1,41 1,03 1,25

Tabell 4.4 visar hur mycket energi som ber¨aknats kunna ˚aterladdas under inbromsningarna i cykeln. Fr˚an simuleringsresultaten har h¨amtats vridmoment vid hjulen och ut ur motorn. Vid de tidpunkter d˚a b˚ada ¨ar negativa s˚a har h¨ogsta m¨ojliga (alternativt n¨odv¨andiga) vridmoment p˚a elmotorn ber¨aknats enligt specifikationerna i Figur 2.5, varefter verkningsgraden i Figur 2.6 gett den ˚aterladdade effekten. F¨orlusterna i batteriet har inte r¨aknats med. J¨amf¨ort med simu-leringsresultaten f¨or originalslutv¨axeln s˚a ¨ar den ber¨aknade m¨angden energi 16 % h¨ogre i cykeln.

Under inbromsningarna ¨ar skillnaden n˚agot st¨orre eftersom bilen under simuleringarna ibland

˚aterladdar energi ¨aven n¨ar bensinmotorn driver. Den ber¨aknade m¨angden ¨ar 10 % h¨ogre ¨an den simulerade f¨or automatv¨axlad bil, som bara ˚aterladdar vid inbromsning. Tabellen visar en ¨okning p˚a ett par procent f¨or de l¨agsta slutv¨axlarna. Det ¨ar dock inte s¨akert att den ber¨aknade m¨angden energi kan ˚aterladdas i praktiken. Ber¨akningarna har genomf¨orts under antagandet att det inte spelar n˚agon roll p˚a vilket hjulpar det bromsande vridmomentet appliceras. Hybridmjukvaran tar ¨aven h¨ansyn till vilken vridmomentf¨ordelning som ¨ar b¨ast ur k¨orbarhetssynpunkt. Det finns dock ingen anledning till att denna h¨ansyn skulle minska m¨angden ˚aterladdad energi till under den niv˚a som g¨aller f¨or referensslutv¨axeln. Det n¨odv¨andiga bromsande vridmomentet ¨ar i prin-cip identiskt oavsett vilken slutv¨axel som anv¨ands. Motorbroms och skivbromsar verkar enbart p˚a det fr¨amre hjulparet (f¨or simulerad NEDC), varf¨or vridmomentet p˚a bakaxeln kan l¨amnas of¨or¨andrat utan att p˚averka f¨ordelningen av vridmoment.

Tabell 4.4: Ber¨aknad ˚aterladdad energi Slutv¨axel Ber¨aknad energi

NEDC simulerades ¨aven i hybridl¨age med korrigerad laddningsniv˚a vid start, vald s˚a att summan av detta v¨arde och ˚aterladdning ¨over cykeln var densamma f¨or olika slutv¨axlar. Resultaten visas

i Tabell 4.5 och visar en viss minskning av br¨anslef¨orbrukningen f¨or n˚agra slutv¨axlar j¨amf¨ort med Tabell 4.1. F¨or vissa slutv¨axlar (3,737 och 3,350) g˚ar f¨orbrukningen ist¨allet upp trots att mer energi finns tillg¨anglig i batteriet.

Tabell 4.5: Korrigerad laddningsniv˚a

Slutv¨axel Br¨anslef¨orbrukning till t=1120 s Total br¨anslef¨orbrukning Manuell

3,833 1,000 1,000

3,737 0,9912 0,9910

3,650 0,9783 0,9785

3,578 0,9726 0,9722

3,350 0,9513 0,9695

3,095 0,9198 0,9351

Simuleringar med 500 W effekt till 12 V-systemen visar att bensinf¨orbrukningen fortfarande mins-kas vid l¨agre slutv¨axlar. Resultaten presenteras i Tabell 4.6. Besparingarna blir inte lika stora som vid simuleringar utan effekt till l˚agsp¨anningssystemen.

Tabell 4.6: Br¨anslef¨orbrukning till t=1120 s med 500 W elektrisk effekt Slutv¨axel Br¨anslef¨orbrukning Okning av f¨¨ orbrukning Manuell

3,833 1,0000 1,049

3,737 0,9921 1,051

3,650 0,9855 1,053

3,578 0,9806 1,053

3,350 0,9878 1,073

3,095 0,9497 1,059

Simuleringarna visar sammantaget att bensinf¨orbrukningen minskar med l¨agre slutv¨axlar. Hy-bridmjukvaran visar sig fungera d˚aligt och ger mycket sm˚a br¨anslebesparingar j¨amf¨ort med fram-hjulsdrift (endast runt 2 % samt n˚agot ¨okad laddningsniv˚a f¨or originalslutv¨axeln), samtidigt som m¨angden ˚aterladdad energi varierar kraftigt mellan olika slutv¨axlar. Anledningen ¨ar sannolikt att det r¨or sig om en tidig version av mjukvaran samt att bytet av motordata kan ha f¨ors¨amrat dess prestanda. F¨orarmodellen i Unified agerar inte exakt likadant f¨or olika slutv¨axlar, vilket ger en viss inverkan p˚a resultaten.

Uppm¨att

Den uppm¨atta br¨anslef¨orbrukningen var ov¨antat h¨og, 48 % ¨over den simulerade br¨anslef¨orbrukningen f¨or varm bil (dvs. oskalad f¨orbrukning). Det f¨orklaras delvis av att b˚ade str¨acka och nyttoenergi blev n˚agot f¨or h¨oga under testen (6,1 % h¨ogre f¨or den senare). Eftersom b˚ada v¨ardena skiljde sig ˚at mellan varje test s˚a ger m¨angden anv¨ant br¨ansle per avst˚andsenhet eller nyttoenergien-het st¨orre m¨ojligheter att j¨amf¨ora de olika fallen. Resultaten f¨or de testade slutv¨axlarna visas i Tabell 4.7. Nyttoeffekten har ber¨aknats med Ekvation (2.3) (inklusive en term f¨or acceleration)

utifr˚an den uppm¨atta farten. Effekten har sedan integrerats d¨ar den ¨overstiger noll. Tabellen vi-sar en h¨ogre br¨anslebesparing ¨an f¨orv¨antat fr˚an simuleringarna (Tabell 4.1). Det har dock endast genomf¨orts en cykel per slutv¨axel, s˚a testen skulle beh¨ova upprepas f¨or att ge statistiskt s¨akrare resultat. Br¨anslebesparingen blir inte heller densamma n¨ar j¨amf¨orelsen baseras p˚a k¨orstr¨acka eller nyttoenergi.

Tabell 4.7: Uppm¨att br¨anslef¨orbrukning

Slutv¨axel Relativ br¨anslef¨orbrukning Normerad ¨over str¨acka Normerad ¨over nyttoenergi Manuell

3,833 1,000 1,000 1,000

3,650 0,9497 0,9482 0,9609

3,350 0,9288 0,9236 0,9398

Figurerna 4.2 och 4.3 visar hur distans och nyttoenergi utvecklades under testen, tillsammans med genomsnittlig br¨anslef¨orbrukning per l¨angd- respektive energienhet. Det ¨ar uppm¨att f¨orbrukning som visas och v¨ardena anges som andelar av siffrorna f¨or referensslutv¨axeln vid cykelns slut (un-dantaget str¨ackan, som anges i km). Str¨ackan har skalats upp f¨or de l¨agre slutv¨axlarna f¨or att kompensera f¨or den l¨agre farten under de testen. B˚ade str¨acka och nyttoenergi ¨oversteg de simule-rade v¨ardena, men som figurerna visar s˚a var de ungef¨ar desamma f¨or varje test. I b¨orjan av cykeln

¨

ar det sv˚art att se om bytet av slutv¨axel ger n˚agon effekt, men efter 200 till 300 sekunder st˚ar det klart att br¨ansleekonomin f¨orb¨attrats. Figur 4.4 visar hur den relativa br¨anslef¨orbrukningen utvecklades under cykeln. Br¨anslebesparingen var n˚agot st¨orre ¨an angivet i Tabell 4.7 fram till slutet av cykeln. Vid accelerationen fr˚an 90 till 120 km/h tycks dock originalslutv¨axeln vara effek-tivare, varf¨or v¨ardena ¨andras. De simulerade v¨ardena f¨or slutv¨axel 3,350 ¨andras p˚a ett liknande s¨att vid samma tidpunkt, men f¨or 3,650 g˚ar det inte att se samma m¨onster. Den uppm¨atta rela-tiva br¨anslebesparingen ¨ar hela tiden betydligt h¨ogre ¨an den simulerade. Anledningen kan vara att ¨andringen av slutv¨axel ger b¨attre effekt vid h¨ogre F1-koefficient (vilket sannolikt anv¨andes under testen).

0 200 400 600 800 1000 0

5 10 15

Tid [s]

Sträcka [km]

0 200 400 600 800 1000

0 0.5 1 1.5 2

Tid [s]

Bränsle per sträcka

Figur 4.2: K¨ord str¨acka och br¨anslef¨orbrukning med testad slutv¨axel 3,833 (bl˚a), 3,650 (r¨od) och 3,350 (lila) samt str¨acka f¨or NEDC (svart)

0 200 400 600 800 1000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Tid [s]

Relativ använd nyttoenergi

0 200 400 600 800 1000

0 0.5 1 1.5 2

Tid [s]

Bränsle per enhet nyttoenergi

Figur 4.3: Integrerad nyttoeffekt och br¨anslef¨orbrukning med testad slutv¨axel 3,833 (bl˚a), 3,650 (r¨od) och 3,350 (lila) samt nyttoenergi f¨or simulerad NEDC (svart)

0 200 400 600 800 1000 0.7

0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1

Tid [s]

Relativ bränsleförbrukning

Figur 4.4: ¨Andring av relativ br¨anslef¨orbrukning ¨over cykeln vid simulering (streckad) och test (heldragen) f¨or slutv¨axlarna 3,650 (r¨od) och 3,350 (lila)

Ut¨over det l˚aga antalet tester finns det flera faktorer som p˚averkar resultaten negativt. En j¨amf¨orelse med den kvasistatiska modellen visar att motorns vridmoment ligger n¨ara det f¨orv¨antade n¨ar bilen accelererar, se Figur 4.5 ¨over en del av k¨orcykeln. Skillnaden ¨ar dock ganska stor vid konstant, h¨og fart. Skillnaden beror sannolikt fr¨amst p˚a att F1-koefficienten f˚att fel v¨arden i chas-sidynamometern. I Unified korrigeras F1-koefficienten genom att f¨orlusterna i v¨axell˚adan dras av (se Avsnitt 2.4), men s˚a ¨ar fallet i chassidynamometern, vilket f¨orbis˚ags. F1 blev d¨arf¨or f¨or h¨og un-der testen. Det ¨ar m¨ojligt att den h¨ar ¨okningen av rullmotst˚andet gynnade de l¨agre slutv¨axlarna i br¨anslef¨orbrukningsh¨anseende och ligger bakom de relativt h¨ogre br¨anslebesparingarna p˚a chas-sidynamometern. Om motorns vridmoment ber¨aknas med den kvasistatiska modellen utan att korrigera F1 s˚a f¨orsvinner ungef¨ar h¨alften av skillnaden mot de uppm¨atta v¨ardena i Figur 4.5.

Resterande skillnad skulle kunna bero p˚a att modellen f¨or v¨axell˚adan inte varit helt korrekt eller att elmotorn, som var ur funktion vid tillf¨allet, haft en bromsande inverkan.

Det g˚ar att ber¨akna br¨anslef¨orbrukningen utifr˚an m¨atdata f¨or N18 och de uppm¨atta v¨ardena p˚a varvtal och vridmoment. P˚a s˚a s¨att kan den extra br¨ansle˚atg˚angen som uppst˚ar n¨ar genera-torn anv¨ands r¨aknas bort. Br¨anslef¨orbrukningen f¨or N18 finns uppm¨att i ett antal arbetspunkter (varvtal,vridmoment) utan effekt till generatorn. Br¨anslef¨orbrukningen under testen interpole-rades fram utifr˚an dessa data. Vid tomg˚ang anv¨andes den angivna tomg˚angsf¨orbrukningen f¨or N18, densamma som i simuleringarna. Ingen h¨ansyn togs till acceleration av roterande motor-komponenter, vilket ger en liten p˚averkan p˚a br¨anslefl¨odet. Linj¨ar interpolering anv¨andes, vilket ocks˚a introducerar fel. M¨atpunkterna f¨or N18 ligger dock s˚a t¨att att felen b¨or bli sm˚a. Den in-terpolerade br¨anslef¨orbrukningen ˚aterfinns i Tabell 4.8. De relativa br¨anslebesparingarna skiljer sig n˚agot ˚at fr˚an Tabell 4.7, men endast med under en procentenhet. I absoluta tal blev v¨ardet f¨or originalslutv¨axeln 28 % l¨agre ¨an det uppm¨atta och 6,5 % h¨ogre ¨an det simulerade, detta vid en nyttoenergi 6,1 % h¨ogre ¨an den simulerade.

900 950 1000 1050 1100 1150 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Andel vridmoment

Tid [s]

Figur 4.5: Uppm¨att andel vridmoment ut fr˚an motorn (svart) j¨amf¨ort med ber¨aknat (r¨ott)

Tabell 4.8: Interpolerad br¨anslef¨orbrukning

Slutv¨axel Relativ br¨anslef¨orbrukning Normerad ¨over str¨acka Normerad ¨over nyttoenergi Manuell

3,833 1,000 1,000 1,000

3,650 0,9454 0,9441 0,9569

3,350 0,9209 0,9160 0,9320