• Q4 2014 – Q3 2017

• Huvudstödmottagare: Linköpings universitet

• Andra parter: Scania CV AB

• Program: Energi och miljö, FFI

• Stödsumma: 3 MSEK, varav 100 % har gått till Linköpings universitet.

Motivering

2017-10-05 3OPERA-II/Viktor Leek

“ which human artifact would you remove from the modern world to return the global economy speedily into its pre-World War II stage?”

Bildkälla: http://www.emma-maersk.com/gallery/photo/engine_2.jpg

• ~ 75 % av allt globalt gods färdas med dieseldrivna fartyg. Resten transporteras med flyg, tåg och lastbil.

• I USA ger detta sammantaget att 95 % av godsfrakten sker med hjälp avdieselmotorer.

• I USA är 99 % av alla klass 7- (11,2–15 ton) och klass 8- (15 ton +) lastbilardieseldrivna.

• I USA är lokomotiven näst intill helt dieseldriven.

• I Europa är ca 50 % av loken dieseldrivna (30 % i Sverige).

• Slutsats: Dieselmotorn är så vanlig och konsumerar så mycket bränsle attäven små förbättringar har stor betydelse.

1 Vaclav Smil. Prime Movers of Globalization. The MIT Press. 20102 United States Census Bureau. 2009. The 2009 Statistical Abstract of the United States. Washington, DC: US Department of Commerce3 Association of American Railroads - https://www.aar.org/todays-railroads/our-network?t=economicandpublicbenefits (2017) 4 Charles River Associates. 2000. Diesel Technology and the American Economy5 http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/images/5/55/Table_1_Percentage_of_locomotives_by_type_of_source_of_power%2C_by_country.png

Bildkälla: https://www.marineinsight.com/wp-content/uploads/2011/08/emma-maersk.jpg

Bildkälla: https://www.up.com/cs/groups/public/@uprr/documents/digitalmedia/fb_up_open_graph_img.jpg

Bildkälla: http://www.commercialmotor.com/sites/default/files/styles/1410px_wide/public/paragraphs/images/16142-026.jpg?itok=wuDHnwui&timestamp=1471954613

• Till stor del baserat på statisk mätdata i form av mappar.

• Forskning har visat för ett hjullastarfall 2 % högrebränsleförbrukning och 15 % underskattning av tiden om turbodynamiken inte tas med i transientstyrningen.

Bildkälla: Figur 8 i L. Guzzella, A. Amstutz. Control of Diesel Engines. IEEE Control Systems, 18(5), 1998.

Turbocharger dynamics influence on optimal control of diesel engine powered systems, Vaheed Nezhadali, Martin Sivertsson, Lars Eriksson. SAE International Journal of Engines, 7(1), 2014.

• I städerna är det mycket start, stopp ochacceleration.

• Landsväg är väldigt sällan plan.

• Kommersiellt fordon ~ 10 hk/ton (underdimensionerad).

• Sammantaget gäller för en tung lastbil att den

– ofta befinner sig i en transient.

– inte alltid kan hålla konstant hastighet.

– behöver växla ofta.

Vägprofil: Södertälje - Norrköping

• Ta fram metodik och verktyg för att utvärdera nya idéer vid utvecklingen av bräsleeffektiva och körbara fordon.

• Kunskapsuppbygnad kring transienter i hybrida drivsystem – fokus på bränsleförbrukning och utsläpp.

• Förbättrad transientprestanda i hybrid genom att ta hänsyn till turbodynamiken.

Optimal control of a diesel-electric powertrain during an up-shift. Vaheed Nezhadali, Lars Eriksson. SAE 2016 World Congress & Exhibition, USA, 2016.

• Med hybridisering:

– 50 % snabbare växlingar.

– 30 % lägre bränsleförbrukning.

– 50 % mindre jerk.

• YOP – En följd av kunskapsuppbyggnad under OPERA och OPERA-II.

• Testad på LiU och Scania.

• En första release som öppen källkod är att vänta under 2017.

• Key features

– Systemmodellen implementeras mha. vanligMatlab-syntax och standard ode-lösarna stödjs.

– Modulär design.

– Direct Collocation, Direct Multiple Shooting.

– Kan lösa stora optimeringsproblem.

• Publikationer

– An Optimal Control Toolbox for MATLAB Based on CasADi, Viktor Leek, Masteruppsats (LiTH-ISY-EX–16/4986–SE), Linköpings universitet, 2016.

– Artikelutkast klart, publikation att vänta under 2018.

Computing Optimal Heat Release Rates in Combustion Engines. SAE Int. J. Engines 8(3):2015. Lars Eriksson och Martin Sivertsson.

Calculation of Optimal Heat Release Rates under Constrained Conditions. SAE Int. J. Engines 9(2):2016. Lars Eriksson och Martin Sivertsson.

• Metodik och kunskapsuppbyggnad inom industrin rörande optimal styrning och mjukvaror för att lösa optimal styrningsproblem.

• Metodik för att optimera transienter i en hybrid drivlina.

• Detta har också gett ökad kunskap om detaljerna vid styrningen av transienter i hybrida drivlinor.

• 2 Doktorsavhandlingar.

• 13 Artiklar.

• 5 Examensarbeten.

• 1 mjukvara för numerisk optimal styrning.

• Det finns ytterligare bränsle att spara på smartare styrning och bättre konceptval:

– Hur ska förbränningsmotorn och elmotorn samarbeta i transienter? (fortf. Återstår arbete)

– Hur ska vi bygga förbränningsmotorn för att kombinationen med elmaskin ska bli bästa möjliga?

– Hur ska transientstyrningen se ut då hybridfordon befinner sig i en fordonskolonn (vehicle platoon)?

– Hur påverkar hybridiseringen avancerade strategier som ”pulseand glide”?

• Turbocharger dynamics influence on optimal controlof diesel engine powered systems, Vaheed Nezhadali, Martin Sivertsson, Lars Eriksson. SAE International Journal of Engines, 7(1), 2014.

• Computing Optimal Heat Release Rates in Combustion Engines. Lars Eriksson, and Martin Sivertsson. SAE International Journal of Engines, 8(2), 2015.

• Optimal Transient Control Trajectories in Diesel-Electric Systems-Part 1: Modeling, Problem Formulation and Engine Properties. Martin Sivertsson, Lars Eriksson. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 137(2), 2015.

• Optimal Transient Control Trajectories in Diesel-Electric Systems-Part 2: Generator and Energy Storage Effects. Martin Sivertsson, Lars Eriksson. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 137(2), 2015.

• Model and Discretization Impact on Oscillatory Optimal Control for a Diesel-Electric Powertrain. Martin Sivertsson, Lars Eriksson, E-COSM'15 -- IFAC Workshop on Engine and Powertrain Control, Simulation and Modeling. Columbus, Ohio, 2015.

• Optimal Control of Electrified Powertrains. Martin Sivertsson. Doktorsavhandling (No. 1661), Linköpingsuniversitet, 2015.

• Optimal Powertrain Lock-Up Transients for a Heavy Duty Series Hybrid Electric Vehicle. Martin Sivertsson, and Lars Eriksson (2017). IFAC World Congress, Toulouse, France

• Optimal stationary control of diesel engines using periodic control. Martin Sivertsson, Lars Eriksson. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D, Journal of Automobile Engineering, 231(4), 2017.

• Optimal Control of Wastegate, Throttle and Fuel Injection for a Heavy-Duty Turbocharged Diesel Engine During Tip-In. Kristoffer Ekberg, Viktor Leek, Lars Eriksson. 58th International Conference of Scandinavian Simulation Society, Island, 2017.

• Powertrain Control for Improved Driver Comfort During Automated Gear Shifts. Viktor Dahlgren, and Oskar Lindahl. Masteruppsats (LiTH-ISY-EX--17/5084—SE), Linköpings universitet, 2017.

• Fuel Optimal Powertrain Control of a Heavy Duty Vehicle Based on Model Predictive Control and Quadratic Programming. Xiao Chen, Masteruppsats, KTH, 2016.

• An Embedded Model Predictive Controller for Optimal Truck Driving. Francesco Mancini. Masteruppsats, KTH, 2016.

• Fuel optimizing cruise controller with driveability. Linnea Hällerstam Jonsson, Master thesis, KTH, 2017.

• Calculation of Optimal Heat Release Rates under Constrained Conditions. Lars Eriksson, Martin Sivertsson. SAE International Journal of Engines, 9(2), 2016.

• Optimal control of a diesel-electric powertrain during an up-shift. Vaheed Nezhadali, Lars Eriksson. SAE 2016 World Congress & Exhibition, USA, 2016.

• Optimal control of gear shift in a diesel-electric powertrain with backlash, Vaheed Nezhadali, Lars Eriksson. 8th IFAC Symposium on Advances in Automotive Control, Sverige, 2016.

• Analysis of optimal diesel-electric powertrain transients during a tip-in maneuver. Vaheed Nezhadali, Lars Eriksson. 9th Eurosim Congress on Modelling and Simulation. Oulu, Finland, 2016.

• Modeling and Optimal Control of Heavy-Duty Powertrains. Vaheed Nezhadali, Doktorsavhandling (No. 1771), Linköpings universitet, 2016.

• An Optimal Control Toolbox for MATLAB Based on CasADi, Viktor Leek, Masteruppsats (LiTH-ISY-EX–16/4986–SE), Linköpings universitet, 2016.

• Development and Usage of a Continuously Differentiable Heavy Duty Diesel Engine Model Equipped with VGT and EGR. Viktor Leek, Kristoffer Ekberg, Lars Eriksson. SAE 2017 World Congress & Exhibition, USA, 2017.