Spiess, Denis
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Many cities in Europe and around the world are concerned with reducing their CO2-emissions. One step on this agenda is the introduction of electric buses to replace combustion engines. The electrification of urban buses requires an accurate prediction of the energy demand. In this pa per, an energy model and the underlying calibration process is presented. This approach leverages substantial tracking data from 10 electric buses operated in Göttingen, Germany. It was shown that, with the use of additional information from the directly measured tracking data, like auxiliary power, charging power and vehicle weight, it is possible to precisely calibrate models based on physical equations with regard to generally poorly identifiable parameters like rolling friction coefficient or efficiency of the electric machine. With a multilayered approach for simulating the energy demand, it is possible to validate the results on the mechanical layer and on the electrical layer separately. This enables a far better parametrization and elimination of uncertainties from the different parameters. Furthermore, we compare the results to other publications for sections with 1 km, 100 km and 230 km, respectively. The relative errors between the simulated and measured electrical power consumption are below 0.3%, 3% and 6.5%, respectively. Hence, the yielded model is appropriate for electric urban bus network planning applications. And the found parameters should be a good starting point for other energy prediction models. To further enable comparability with other approaches the dataset used for calibration is made publicly available.
Many cities in Europe and around the world are concerned with reducing their CO2-emissions. One step on this agenda is the introduction of electric buses to replace combustion engines. The electrification of urban buses requires an accurate prediction of the energy demand. In this pa per, an energy model and the underlying calibration process is presented. This approach leverages substantial tracking data from 10 electric buses operated in Göttingen, Germany. It was shown that, with the use of additional information from the directly measured tracking data, like auxiliary power, charging power and vehicle weight, it is possible to precisely calibrate models based on physical equations with regard to generally poorly identifiable parameters like rolling friction coefficient or efficiency of the electric machine. With a multilayered approach for simulating the energy demand, it is possible to validate the results on the mechanical layer and on the electrical layer separately. This enables a far better parametrization and elimination of uncertainties from the different parameters. Furthermore, we compare the results to other publications for sections with 1 km, 100 km and 230 km, respectively. The relative errors between the simulated and measured electrical power consumption are below 0.3%, 3% and 6.5%, respectively. Hence, the yielded model is appropriate for electric urban bus network planning applications. And the found parameters should be a good starting point for other energy prediction models. To further enable comparability with other approaches the dataset used for calibration is made publicly available.
Battery electric buses (BEBs) are gaining prominence in public transportation systems. In this paper, we investi-gate the impact of road grade, passenger load, and recuperation power limits on the energy consumption of BEBs using a physics-based model with tuned parameters. The model was employed to conduct a sensitivity analysis taking into account different altitude data sources, passenger load assumptions, and maximum recuperation power limits. The results highlight the importance of considering the route topology and its interaction with dynamic passenger loading for energy consumption predictions. Further-more, the results indicate that various altitude data sources are feasible to estimate the road grade for this purpose. Apart from that, the sensitivity for recuperation power limitations is shown and put into context. Within a broader framework, the findings suggest that physics-based energy consumption models with optimised parameters can serve as a powerful tool for enhanced operations and planning of BEBs.
Der Klang einer läutenden Glocke wird neben ihrem eigenen Klangvermögen durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Äußere Parameter wie Läutewinkel, Glockenstube und Schalläden beeinflussen den Glockenklang außerhalb des Turmes. Die Abstimmung des dynamischen Systems Glocke mit Joch und Klöppelmaterial, -gewicht und -form sind bestimmend für die Lautstärke und die Anregung zum Schwingen. Die klangliche Wirkung des Klöppelanschlags selbst wird deutlich durch die Dauer des Anschlags beeinflusst, da sie einen direkten Einfluss auf die in der Glockenstruktur angeregten Schwingungsfrequenzen hat. Geräusche und Klänge, deren spektrale Anteile sich überwiegend im Bereich hoher Frequenzen befinden, werden vom menschlichen Gehör als „scharf“ oder „schrill“ empfunden. Schärfe korreliert häufig mit der Lästigkeit, d.h. je größer die Schärfe, desto schlechter die Geräusch- bzw. Klangqualität. Für eine ausgewogene Anregung der hohen und tiefen Teiltöne einer Glocke ist im Allgemeinen eine gute Anregung der niederfrequenten Töne und eine in Maßen abgeschwächte Anregung der höheren Töne vorteilhaft. Für eine Optimierung des Klangverhaltens einer läutenden Glocke rückt damit die Betrachtung die Anschlagdauer immer mehr in den Fokus. Der Zusammenhang zwischen Kontaktdauer von Klöppel und Glocke und der Klanganregung wurde mittels Computersimulationen untersucht. Da Glockenklang ein zutiefst subjektives Klangempfinden auslöst, wurden erste Beschreibungsversuche mit Psychoakustischen Methoden vorgenommen. Es konnte nachgewiesen werden, dass ein Klöppel durch einen gedrungenen Vorschwung als vorteilhaft hinsichtlich hoher Lebensdauer und grundtönigem Klang ausgelegt werden kann.
Der Klang einer läutenden Glocke wird neben ihrem eigenen Klangvermögen durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Äußere Parameter wie Läutewinkel, Glockenstube und Schalläden beeinflussen den Glockenklang außerhalb des Turmes. Die Abstimmung des dynamischen Systems Glocke mit Joch und Klöppelmaterial, -gewicht und -form sind bestimmend für die Lautstärke und die Anregung zum Schwingen. In einigen Projekten wurde darüber hinaus der Klöppel im Bereich des Vorschwungs gedrungen gestaltet, um damit eine wesentliche Verbesserung des Klanges zu erzielen. Der Klang wird als Wohltönend empfunden, wenn die hohen Teiltöne nicht vorherrschend schrill klingen und mehr die niederen Frequenzen im Klangbild entscheidend sind. Eine unterschiedliche Anregung verschiedener Teiltöne wird durch den unterschiedlichen Verlauf des Anschlages und hierbei insbesondere die Anschlagdauer erreicht.
Eine Veränderung des Klöppels bewirkt automatisch auch immer eine Veränderung der Läuteparameter, so dass eine gezielte Auslegung des Klangs durch Auslegung des Klöppels bisher nur erfahrungsbasiert und nicht parametergesteuert vorgenommen werden konnte. In diesem Beitrag wird über Computersimulationen bei erzielter Variation der einzelnen wesentlichen Parameter zur Klangbeeinflussung berichtet.
Die Ergebnisse erlauben die Abschätzung der Auswirkungen einer Variation von Anfluggeschwindigkeiten, Klöppelmasse, Ballendurchmesser, Schaftdicke und Vorschwungform, so dass nun gezielt ein Optimum der Läutebedingungen im Hinblick auf Lebensdauer und Klang eingestellt werden kann. Insbesondere konnte nachgewiesen werden, dass ein Klöppel durch eine gedrungenem Vorschwung als vorteilhaft hinsichtlich hoher Lebensdauer und grundtönigem Klang ausgelegt werden kann.
Bells are musical instruments exposed to severe loading and stress conditions during ringing. The impact of the clapper leads to local wear with material abrasion and high stresses with possible fatigue cracks. Such damages may only be identified based on tone shifts and increased damping, when they have already propagated to large dimensions. Consequently repair such as welding or even re-casting become necessary. Here procedures for the fatigue life evaluation of bells are presented based on investigations of at least more than 300 culturally and historically important bells in Europe.
From those investigations the most important conclusion is, that each bell is unique in its structure and its setup for ringing and has to be evaluated individually. Thus recent research aimed on a very early crack detection. Then changes of the sound are still very small, so that the musical quality of the bell may not be impaired.
Then still measures can be taken to stop the crack propagation at this early stage without severe repair and the bell continues to ring. Recent research concentrates on the design of the sound of the bell based on the parameters by which the bell setup is defined and the stress conditions are determined.
KEYWORDS
BELL, RINGING, SOUND, FATIGUE CRACK, WEAR, LOADING, SIMULATION,
MEASUREMENT, MONITORING