Denne artikkelen er produsert og finansiert av De regionale forskningsfondene - les mer.
Mens elektrifiseringen av personbiler har kommet langt, trengs det mye teknologiutvikling før tyngre trailere og vogntog kan kjøre elektrisk.(Foto: Wikimedia Commons/Taxiarchos 228)
Hvordan kan tunge lastebiler bli elektriske?
Løsningen kan være et nytt og smart girsystem og to mindre elektromotorer i stedet for én stor.
Elektrifiseringen av personbilparken holder høyt tempo i Norge, i alle fall sammenlignet med resten av verden. Mer enn halvparten av alle nye personbiler solgt her til lands i fjor var elbiler.
For tyngre kjøretøy er tempoet i det grønne skiftet lavere og oppgaven vanskeligere. I dag har ikke den teknologiske utviklingen kommet så lang at tyngre elkjøretøy er et fullgodt alternativ til lastebiler på diesel.
Infrastrukturen for lading er for dårlig, og batteriene og elektromotorene er dyre i produksjon. Foreløpig er de også for store og tunge. Det betyr mindre plass til betong, tømmer, dagligvarer og alt annet som fraktes med lastebil og vogntog.
For å elektrifisere tyngre kjøretøy trengs nye løsninger for det som kalles drivlinjen i bilen. Drivlinjen er kort fortalt teknologien som sørger for at energien fra motoren får hjulene til å rulle.
Kari Rune Vestersager er operasjonell direktør i Brudeli Green Mobility, som utvikler en elektrisk drivlinje for tyngre kjøretøy.(Foto: BMG)
To motorer og «smart» girkasse
Selskapet Brudeli Green Mobility (BGM) i Hokksund har søkt om patent på en elektrifisert drivlinje egnet for tyngre elkjøretøy.
Drivlinjen skal gjøre det mulig med både helelektrisk kjøring og såkalt hybridkjøring, der elektromotorene brukes for å avlaste en forbrenningsmotor som drives av for eksempel naturgass eller diesel, eller av en grønnere energiform som hydrogen.
– Teknologien vår baserer seg på en ny, smart girkasse og to mindre elektromotorer i stedet for én stor. Denne løsningen vil i sum gi mer effektiv energiutnyttelse og lavere vekt. Den vil dessuten være enklere og billigere å produsere enn alternativene. I en hybridløsning kan forbrenningsmotoren nedskaleres og holdes av i perioder, sier Kai Rune Vestersager, operasjonell direktør (COO) i BGM.
Med forskningsmidler fra Regionalt forskningsfond Viken (RFF Viken) skal BGM utvikle styringsalgoritmer og gjennomføre avanserte simuleringer med datamodeller av drivlinjen.
Selskapet har forventninger om at den nye drivlinjen kan gi betydelig reduksjon i energiforbruket og dermed bidra til det grønne skiftet i transportindustrien.
Tyngre elkjøretøy trenger gir
For elektriske personbiler er det utviklet løsninger som gjør at motoren har behagelige arbeidsforhold opp mot hastigheter på 110 kilometer i timen, uten at det er nødvendig å gire.
– Disse løsningene fungerer godt for en personbil på to tonn, men ikke for et vogntog på 50–60 tonn. Da trengs det gir for å tilpasse turtallet i motoren til kraftbehovet og stigningen, forklarer Vestersager.
Turtallet betegner antall rotasjoner drivakselen i motoren gjør i minuttet. Ulike motortyper trives med ulike turtall, men alle har sitt favorittintervall. Derfor skifter vi gir når farten på kjøretøyet endres. Det bidrar til at motoren jobber effektivt.
Er turtallet for høyt, produseres varme til ingen nytte. Er det altfor lavt, for eksempel hvis vi kjører opp en bakke på altfor tungt gir, kveles motoren.
Giring bryter kraftoverføringen
Under giring kuttes kraftoverføringen til hjulene et lite øyeblikk. Motoren går fortsatt, men kraften når aldri hjulene.
– Det er dette som kalles momentavbrudd og selv om hvert enkelt avbrudd varer mindre enn et sekund, blir det mange av dem i løpet av en kjøretur. I sum utgjør disse små tidshullene et betydelig energitap, og det å få tettet dem er en nøkkel til økt energieffektivitet, sier Vestersager.
Annonse
Det er nettopp her elektromotorene kommer inn i bildet. De skaper parallelle energistrømmer og kan avlaste hverandre. I hybridløsninger kan elektromotorene fortsatt levere energi til hjulene når forbrenningsmotoren kobles fra.
En tung diesellastebil eller et vogntog trenger gjerne en 12-trinns girkasse for å håndtere ulike hastigheter og stigninger. BGM regner med at en helelektrisk lastebil i samme størrelse kan klare seg med 3–5 trinn.
– En av årsakene er at et elkjøretøy kan jobbe effektivt i et mye større turtallsintervall enn en dieselbil kan. I en hybridløsning kan elektromotorene dessuten gi ekstra kraft ved behov. Slik kan man redusere antallet gir og girskift. Med færre gir trengs det også færre deler i girkassen, og det er positivt for produksjonskostnadene. Vi kan rett og slett gjøre mer med mindre, sier Vestersager.
Han trekker også frem, som et viktig moment, at elektromotorene kan brukes til såkalt regenerativ bremsing. Da fungerer de rett og slett som generatorer som fører energien fra bremsingen tilbake til batteriene.
Krever perfekt samspill
Effektiv energiutnyttelse i en elektrisk drivlinje avhenger av et finstemt samspill mellom mekanikk, elektronikk og programvare. Det hele kan betraktes som et slags teknologisk symfoniorkester.
Til å holde orden trengs det en slags maestro som løpende forteller de ulike instrumentene hva de skal spille og når de skal komme inn. I drivlinjen til BGM har en digital styringsenhet denne dirigentrollen. Ved hjelp av avanserte algoritmer eller oppskrifter, skal den sørge for at girskiftene og kraftoverføringen skjer på mest mulig effektiv måte.
– Det er i utgangspunktet ingen grenser for hvor smart en slik styringsenhet kan bli. Den kan for eksempel løpende fores med informasjon om stigningsprofilen på veien. Da kan den legge inn litt ekstra saft i frasparket opp en bakke uten at sjåføren må gire, sier Vestersager.
Omfattende simuleringer må til
I samarbeid med teknologiselskapene Semcon Norge og Baveco skal BMG nå foreta omfattende simuleringer med datamodeller av den elektriske drivlinjen. Resultatene fra simuleringene skal brukes til å finpusse styringsalgoritmene.
For å teste mest mulig virkelighetsnært skal utviklerne bygge en avansert testrigg og ta i bruk det som kalles en digital tvilling. Det er enkelt forklart en avansert datamodell av et fysisk objekt.
– Via sensorer på testriggen kjøres informasjon om testresultatene tilbake til den digitale tvillingen for sammenligning, forteller Jardar Hvidsten, som er leder for faggruppen «data science» hos Semcon.
Annonse
Viktig bransje for Viken
Utviklingsarbeidet har fått 2,5 millioner kroner i forskningsmidler fra RFF Viken.
– Veitransport står for en betydelig del av klimautslippene i Norge og Verden, og det er liten tvil om at transportindustrien henger etter når det gjelder elektrifisering. Vi står foran et massivt teknologiskifte på feltet, og det trengs mye forskning og utvikling for å finne de gode løsningene, sier fondets sekretariatsleder Arild Klingsheim.
Klingsheim fremhever også bilindustriens indirekte betydning for Viken:
– Prosjektet til Brudeli Green Mobility er svært spennende og kan gi positive ringvirkninger for den delen av næringslivet i Viken som retter seg mot bilindustrien. Hjørnesteinsbedrifter som Kongsberg Automotive og Simens Valeo er jo allerede anerkjente underleverandører for lastebilindustrien.
