Transcript Jonas Larsson - Energimyndigheten

Prediktiv reglering och
systemoptimering av hjullastare
Göteborg, 2014-10-08
Jonas Larsson
[email protected]
Volvo Construction Equipment
Projektinformation
Titel
Prediktiv reglering och systemoptimering
av hjullastare
Start-sluttid
2011-07-01 – 2014-12-31
Huvudstödmottagare
Volvo Construction Equipment AB
Program
FFI Energi och miljö
Stödsumma
3 000 000 kr
uppdelat på
Volvo CE: 1 650 000 kr
Lunds Universitet: 1 350 000 kr
Volvo Construction Equipment
2
Två leverabler som båda bidrar till högre
energieffektivitet
 Optimeringsverktyg
– Optimal styrning för rättvis
jämförelse av
maskinkoncept
– Utmaning med många
frihetsgrader och
ickelinjäriteter
– Optimal dimensionering av
komponenter
Volvo Construction Equipment
3
 Koncept för förarstöd
– Baserat på tidigare bästa
körcykler för aktuell operator
samt information från bästa
operatörer
– Körcykler behöver skalas för att
kunna jämföras
– Cyklerna behöver kunna
identifieras online
SLC gravel
35
30
Potential för bättre styrning
25
20
ton/l
spridning mellan operatörer
och applikationer
EP
IP
IA
IR
15
10
5
0
 Produktiviteten är 2-4 ggr högre
för bästa operatören beroende på
applikation
200
400
600
ton/h
800
1000
1200
LAC gravel
14
EP
IP
IA
IR
12
10
8
ton/l
 Bränsleeffektiviteten är 1.5-2.5
ggr högre för bästa operatören
beroende på applikation
0
6
4
2
0
0
 Stor skillnad mellan
applikationerna – skalorna är inte
de samma
50
100
150
200
250
ton/h
300
350
400
450
500
SLC rock
25
EP
IP
IA
IR
20
ton/l
15
10
5
0
Volvo Construction Equipment
4
0
100
200
300
400
500
ton/h
600
700
800
900
Potential för bättre styrning
SLC gravel
35
spridning per operatörer och optimal styrning
IA1
Other
30
25
ton/l
20
 En och samma operatör har spridning
över flera körcykler
15
10
5
– En genomsnittlig operatör can förbättra
bränsleeffektiviteten10-15 procent och
produktiviteten med 10% genom att alltid
prestera efter sin egen bästa cykel
0
200
400
600
ton/h
1200
Mean
Max
EP
IP
IA
IR
45
40
35
ton/l
30
25
20
15
10
5
0
200
400
600
800
ton/h
5
1000
SLC gravel
0
Volvo Construction Equipment
800
50
 Trade off kurvan
– Med information om bästa produktivitet och
bränsleeffektivitet som uppnåtts för alla
operatörer kan en avvägning mellan
bränsleförbrukning och materialtransport
göras av site ägaren
0
1000
1200
1400
Potential för bättre styrning
per fas i körcykel
 Skopfyllnad är den svåra
delen av körcykeln
 Resulterar i den största delen
av spridning i
bränsleförbrukning
Volvo Construction Equipment
6
Konceptval – behov av optimal styrning
conventional
conventional
Hydraulics
Main hydraulic pumps
Fuel tank
parallel hybrid
series hybrid
power-split hybrid
Main hydraulic pumps
Main hydraulic pumps
Fuel tank
Fuel tank
Fuel tank
Fuel tank
power-split hybrid

Main hydraulic pumps
Main hydraulic pumps
Fuel tank
Fuel tank

Fuel tank

Fuel tank
Main hydraulic pumps
Main hydraulic pumps
Fuel tank
series hybrid
Drivetrain
parallel hybrid
Main hydraulic pumps
Fuel tank
R. Filla
Volvo Construction Equipment
7
Dynamisk programmering som stöd i
konceptval
 Tre frihetsgrader: fordonshastighet, skophöjd och skopvinkel.
 Detta resulterar i en optimal trajektoria för skopan (och lastaren) genom en
komplett cykel
 För skopfyllnadsfasen har ett antal trajektorier beräknats i förväg i termer av
tid och energi eftersom dessa beräkningar är tunga. Se nästa slide.
 Cykeloptimering map styrning och vändpunkt sker även den innan beräkning
av trajektorian. Där har vi tagit fram en analytisk lösning.
Volvo Construction Equipment
8
Skopfyllnadsfas
Volvo Construction Equipment
9
Resultat
 Jämförelse mellan mätt (röd)
och optimal cykel (svart)
 Ger en bränslebesparing för
en seriehybrid lastare på
12%.
Volvo Construction Equipment
10
Implementering av förarstöd
 Vi har jämfört ett par metoder att skala körcykler i tiden och funnit den
metod som ger bäst överensstämmelse i bränsleförbrukning och i
lastkollektiv (som påverkar livslängd)
 Tar vi den tidigare bästa körcykeln för aktuell operatör eller för bästa
operatören och skalar den i tiden kan vi ge kontinerlig feedback om hur
man bäst bör styra maskinen, även om man skulle vilja korta cykeltiden
för högre produktivitet
Volvo Construction Equipment
11