Driving Cycle Uncertainty and Energy Consumption of City Buses: Analysis and Optimization

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

Tutkimuksessa selvitettiin perusteellisesti ajosyklin vaihteluiden ja matkustajakuorman epävarmuuden vaikutusta kaupunkibussien energiankulutukseen. Lisäksi tutkittiin metodeja energiankulutuksen vähentämiseksi. Tutkimus toteutettiin simulaatioiden avulla. Uusi ajosyklien syntetisointialgoritmi kehitettiin, jotta pystyttäisiin generoimaan suuri määrä vaihtelevia realistisia syklejä tietylle bussireitille. Algoritmi kykenee syntetisoimaan suuren määrän syklejä pienen mittadatajoukon perusteella käyttämällä erilaisia tapahtumien kombinaatioita. Synteesialgoritmin avulla vertailtiin, kuinka ajosykli- ja matkustajakuormaepävarmuus vaikuttavat energiankulutukseen erilaisilla käyttövoimajärjestelmän topologioilla. Seuraavia kaupunkibussien käyttövoimajärjestelmiä vertailtiin simulaatioissa: paineistettu maakaasu, diesel, rinnakkais- ja sarjahybridi, vetypolttokennohybridi sekä täyssähkö. Tulokset osoittivat, että syklisynteesialgoritmi kykenee tuottamissaan sykleissä säilyttämään al-kuperäisten mitattujen syklien tilastolliset ominaisuudet tarkasti. Tällaista syklisynteesiä olisi mah-dollista käyttää esimerkiksi optimoimaan kaupunkibusseja paremmin niille reiteille, joilla niitä tiedetään tultavan käyttämään. Energiankulutustutkimusten tulokset osoittivat, että sähköbussit ovat robusteimpia ajosykliepävarmuutta vastaan. Dieselbussit puolestaan osoittautuivat kaikista herkimmiksi ajotyylin aggressiivisuudelle. Tuloksista kuitenkin myös havaittiin energiankulutuksen korreloivan voimakkaasti ajotyylin aggressiivisuuden kanssa kaikenlaisilla käyttövoimajärjestelmän konfiguraatioilla. Tämä tulos kertoo, että olisi erityisen tärkeää rajoittaa kaupunkibussien kiihtyvyyksiä korkeissa nopeuksissa riippumatta bussin käyttövoimajärjestelmästä. Bussien komponentteihin liittyviä energiankulutuksen vähentämisen metodeja vertailtiin sähköbussin tapauksessa. Metodeihin kuului kevyen alumiinirungon käyttäminen teräksisen rungon sijaan, matalan koriprofiilin käyttö ilmanvastuksen pienentämiseksi, pienemmän vierimisvastuksen omaavien C-luokan renkaiden käyttäminen ja sähköisen lämpöpumpun käyttö perinteisen sähkölämmittimen sijaan. Epälineaariselle mallipohjaiselle ennakoivalle kontrollerille luotiin uudenlainen ajo-optimoinnin ongelman muotoilu. Ajo-optimointialgoritmia käytettiin vertailemaan ennakoivalla ajolla saavutettavia energiasäästöjä aiemmin mainittujen metodien tuottamiin säästöihin. Lämpöpumppu tuotti suurimmat energiasäästöt vertailluista metodeista kylmissä ulkoilmaolosuhteissa. Lämpöpumpun kyky vähentää energiankulutusta suhteessa muihin metodeihin riippui kuitenkin voimakkaasti ulkoilman lämpötilasta sekä ajosyklin tyypistä. Alumiinirunko vähensi kulutusta enemmän kuin C-luokan renkaiden käyttäminen, mutta kevyemmän rungon vaikutus riippui merkittävästi ajotyylin aggressiivisuudesta. Ennakoiva ajo tuotti keskimäärin suuremmat energiasäästöt kuin alumiininen runko. Kun kaikkia metodeja käytettiin yhtä aikaa, väheni bussin energiankulutus keskimäärin yli 30 %.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8647-7
Sähköinen ISBN978-952-60-8648-4
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • ajosykli, energiankulutus, ennakoiva ohjaus, epävarmuus, kaupunkibussi, käyttövoimajärjestelmä, matkustajakuorma

ID: 36399221