成果報告書詳細
管理番号20110000001062
タイトル平成21年度~平成22年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 先導研究 エネルギー回生型電動フルトレーラーのためのユニバーサル制御技術の研究開発
公開日2011/7/28
報告書年度2009 - 2010
委託先名財団法人日本自動車研究所 昭和飛行機工業株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名エネルギー対策推進部
和文要約日本の陸上貨物輸送の約90%以上がトラック輸送であり、高速道路を主とした都市間輸送の高効率化に対するニーズは高い。またCO2削減への企業努力も一層高まっており、更に最近の燃料費高騰の経験からも高効率輸送システムの開発が期待されている。したがって、大型トラックの高効率化技術、CO2削減技術として電動車両化に対する期待が大きい。そこで、輸送効率を向上させるために、現状の法規制の中で最大である車両総重量(GVW)44トンが可能となるフルトラクタとフルトレーラーの組み合わせに着目した。エネルギー回生型電動フルトレーラーは、通常のトラックに連結することにより全体としてハイブリッド車となり、降坂時や減速時のエネルギーを回生して登坂時や加速時に再利用することで、燃料消費率の削減が可能である。本研究開発では、平成20年度に実施した事前研究の成果に基づき、電動フルトレーラーシステムを実現するための主要技術であるユニバーサル制御技術の開発を行った。ユニバーサル制御とは、車種、積載状況などに関わらず、どのようなフルトラクタが牽引することになっても電動フルトレーラーは自律制御を行い、最適なアシストおよび回生を行うことを可能とする技術である。このユニバーサル制御を搭載した電動フルトレーラーシステムの試作開発と性能評価を行い、約27%の燃料消費率の削減が可能であることを確認した。 (1)ユニバーサル制御技術の研究開発 登坂時の速度維持などの走行性能と燃費を両立する制御ロジックを開発し、大型トラックが高速道路で使用するオートクルーズ装置を用いて巡航走行をした際、勾配走行時に想定した駆動・回生制御を行い、目標とする速度を維持できることを確認した。 フルトラクタから得られる数少ない情報から、エンジン最適運転点や車両の積載状態などを推定するための車両状態推定ロジックを開発し、車両状態を推定可能であることを確認した。目標値である推定誤差10%に対し、エンジン最適運転点の推定誤差9%を達成した。 各社の大型トラックのCAN信号について調査した結果、いずれもSAE J1939規格に準拠したプロトコルが採用されており、簡易な変換だけで電動フルトレーラーの制御に必要な信号が得られることを確認した。 (2)EVユニット冷却系・高電圧系配線の開発と性能評価 モータ・インバータおよびバッテリの性能を最大限発揮しながら、搭載性、経済性を考慮した最適な冷却系を開発した。東名高速で最も勾配のきつい山越えを想定した走行条件において、外気温24℃の条件で、目標温度を大幅に下回るバッテリ:28℃、インバータ:55℃で温度が安定し、十分な冷却性能が得られた。 (3)エネルギー回生型電動フルトレーラーシステムの試作開発と性能評価 25トンフルトラクタ仕様トラックおよび後退走行自在機構を搭載したドーリー式フルトレーラーをベースに、連結時全長19m、車両総重量44トンの電動フルトレーラーシステムを試作開発し、シャシダイナモ試験および路上走行試験により自律走行の確認と基本性能の評価を行った。 電動フルトレーラーシステムの走行状態を再現可能な燃費シミュレーションプログラムを開発し、シャシダイナモ試験などで得られたデータを用いて燃料消費率の評価を行った結果、燃料消費率は削減目標の21%を大幅に上回る27%削減となり、システムのコンセプトを実証できた。燃料消費率の削減効果は、時速80kmで東名高速の東京~名古屋間を走行した際の、積載量あたりの燃料消費率(L/t・km)で比較した。
英文要約Title: R&D Program for Innovative Energy Efficiency Technology, Preparatory research phase, R&D of the universal control technology for full trailer with motor assist system (FY2009-FY2010) Final Report
(1) R&D of Universal Control Technology :A control logic for simultaneously maintaining a fast running speed and a low fuel consumption during uphill drive was developed and applied to the trial full TRAiler with Motor Assist system(TRAMA). The new full trailer system equipped with this control logic was cruised using auto cruise equipment designed for cruising heavy-duty trucks in highways. It was confirmed that the cruising and energy regeneration performances of the TRAMA can be optimally controlled while at the same time maintaining the targeted uphill running speeds. Next, the vehicle state evaluation logic was developed to estimate the engine's optimum drive point and the vehicle loading state from only the small amount of information available from the full tractor. Using this logic it was confirmed possible to estimate the vehicle state mainly for the following reason: while the targeted estimation error was set at 10%, the actual estimation error of the engine's optimum drive point proved to be 9%.Then the heavy-duty truck models of various truck makers were surveyed with regard to their CAN signals, and it was confirmed that all the existing truck models employ CAN protocols in compliance with SAE J1939 so that those signals that are necessary for the control of TRAMA can be obtained through simple signal conversion. (2) Development and Evaluation of an EV Cooling System and High-voltage Wiring :An optimal EV cooling system capable of maximizing the performances of the motor inverter and the batteries while maintaining satisfactory loading and cost performances was developed, mounted on the trial TRAMA, and tested under the running condition equivalent the steepest slope site in the Tomei Expressway. The test results: under a 24°C air temperature condition, the battery and inverter temperatures stabilized at 28°C and 55°C, respectively, which were both clearly below their targeted temperatures. It was therefore verified that the new EV cooling system can provide a sufficient cooling to the full trailer with motor assist system. (3) Trial Development and Evaluation of TRAMA :A trial TRAMA measuring 19 meters in overall coupled length and 44 tons in total gross vehicle weight was developed, consisting of a 25-ton truck of full tractor specifications and a dolly full trailer equipped with a universal reversing mechanism. Chassis dynamo running and road running tests were conducted to evaluate the autonomous running capability and basic performances of the TRAMA. A fuel economy simulation program capable of simulating the running performances of TRAMA was developed. The fuel consumption of the trial TRAMA in relation to loading mass (L/t-km) was determined, using the data from the chassis dynamo and road running tests and assuming a travel in the Tomei Expressway between Tokyo and Nagoya at a speed of 80 km/h. It was found that the trial TRAMA reduces fuel consumption by 27%, far more than the targeted reduction rate of 21%.
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