Global warming sets a high demand to reduce the CO2 emissions of vehicles. In the European Union heavy-duty road transports account for 6 % of the total greenhouse gases and one of the main factors affecting these emissions is related to the rolling resistance of tyres. The optimal usage of tyres is an important part of solving these challenges, thereby it is important to understand the parameters affecting rolling resistance and the different compromises coupled to them. These compromises could be analysed using computational and experimental methods. To set out the groundwork necessary to minimise the energy consumption of trucks and assess the different parameters affecting tyre behaviour, the following studies have been conducted during this thesis. A framework to model and parametrise truck tyre rubber has been developed for finite element simulations. The presented parallel rheological material model utilises Mooney-Rivlin hyperelasticity, Prony series viscoelasticity, and perfectly plastic networks. A method to reduce tuneable parameters of the model, which significantly simplifies possible parameter studies, is presented. The model has been parametrised using test data from dynamic mechanical analysis of samples from a long haulage heavy truck tyre, and shows a good agreement with the test data. To test the suitability of the modelling technique for tyre simulations, the constitutive model is used in various tyre simulations using the arbitrary Lagrangian-Eulerian method. The material modelling technique is shown to work for static force-deflection as well as dynamic simulations estimating longitudinal force build-up with varying slip levels. Additionally, the modelling technique captures the uneven contact pressure in steady-state rolling, which indicates that the model could also be used in rolling resistance simulations. To study the change of ambient temperature on rolling resistance using experimental methods, a climate wind tunnel is used where the rolling resistance is quantified using a measurement drum. Tests were conducted between -30 °C and +25 °C, and a considerable ambient temperature dependency on rolling resistance was found. Moreover, temperature measurement inside a tyre shoulder is a good indicator for rolling resistance in a broad range of ambient temperatures. Finally, battery-electric long haulage truck driving range calculations are also conducted with varying rolling resistance and air density at different temperatures, showing a significant decrease of driving range with decreasing ambient temperature.

Den globala uppvärmningen ställer höga krav på att minska tunga fordons CO2-utsläpp. Tunga transporter står för 6 % av de totala växthusgaserna i Europeiska unionen och att fokusera på optimal användning av däck är en viktig del för att minska förorenande växthusgaser. Därför är det viktigt att förstå parametrar som påverkar rullmotståndet och olika kompromisser kopplade till dem. Dessa kompromisser skulle kunna analyseras med hjälp av beräkningsmetoder och experimentella metoder. För att lägga grunden för att minimera energiförbrukningen för lastbilar och bedöma olika parametrar som påverkar däckens beteende, har följande studier genomförts i denna avhandling. Ett ramverk för att modellera och parametrisera lastbilsdäcksgummi utvecklades för finita elementmetod-simuleringar. Den presenterade parallella reologiska materialmodellen använder Mooney-Rivlin hyperelasticitet, Prony-series viskoelasticitet och perfekt plastiska nätverk. En metod har utvecklats för att reducera antalet justerbara materialparametrar i modellen, vilket avsevärt förenklar möjliga parameterstudier. Modellen har parametriserats med hjälp av testdata från dynamisk mekanisk analys och visar en god överensstämmelse mellan testdata och simuleringar. Provstavarna skars ut från ett lastbilsdäck för tunga fordon. För att testa modelleringsteknikens lämplighet användes den konstitutiva modellen i olika däcksimuleringar. Materialmodelleringstekniken har visat sig fungera för statisk vertikalstyvhet såväl som dynamiska simuleringar som uppskattar longitudinell kraftgenerering med varierande slipnivåer och olika friktionskoefficienter. Modelleringstekniken fångar ojämnt kontakttryck vid stationär rullning, vilket indikerar att modellen även kan användas i simuleringar av rullmotstånd. För att studera omgivningstemperaturens inverkan på rullmotståndet med experimentella metoder användes en klimatvindtunnel. Tester utfördes mellan -30 °C och +25 °C och rullmotståndet bestämdes med en mättrumma. Ett avsevärt beroende av omgivningstemperaturen på rullmotståndet påvisades. Dessutom indikerade provningen att temperaturmätning inuti däckskuldran är en bra indikator för rullmotstånd i ett brett område av omgivningstemperaturer. Räckviddsberäkningar för en elektrisk fjärrtransportlastbil utfördes med varierande rullmotstånd och luftdensitet vid olika temperaturer, vilket visade en signifikant minskning av körräckvidden med sjunkande omgivningstemperatur.

Truck transport offers a versatile way to ship goods in regional, long haulage and urban applications. However, the heavy truck sector accounts for 6 % of total greenhouse gas emissions in the European Union. Therefore, there is a need for a substantial reduction of these emissions to secure the sustainability of Earth for future generations. A key parameter to be considered is rolling resistance, which is the source of approximately half of truck energy consumption.

This thesis aims to provide knowledge and insights about rolling resistance simulations and testing, as well as contribute to a better understanding of parameters affecting rolling resistance. Tests in a climate wind tunnel and on the road were conducted at various speeds and a wide range of ambient temperatures (-30 to +25 °C), providing measurement results that are generally unavailable. The measurements show a considerable increase in the stabilised and non-stationary rolling resistance with lower tyre and ambient temperatures. Furthermore, a way to reduce tyre cooling is suggested in order to increase tyre temperature and thereby reduce rolling resistance. Another key result of this thesis is the design of an on-road driving loss device, which enables quick and convenient validation of energy consumption simulations by retaining the standard interface between the rim and axle while measuring required driving torque during on-road testing. 

Three different simulation models of varying complexity are proposed to simulate rolling resistance: (I) a phenomenological real-time capable rolling resistance estimation model that utilises time-temperature-superposition and a variable thermal inertia temperature model; (II) a semi-physical thermodynamic tyre rolling resistance model with a temperature-dependent nonlinear viscoelastic model that can be used in different parameter studies, such as to analyse the effect of tyre cooling on tyre temperature and rolling resistance; and (III) a finite element simulation model with a hyperviscoplastic PRF rubber model for detailed structural analyses. Furthermore, a convenient method for parametrising a complicated PRF rubber model utilising reduced material parameters was developed and parametrised against measurement data. The reduced material constants simplify the parametrisation, allowing the model to be parametrised with only manual iterations, which is generally not possible. 

Electric vehicles, such as trucks, passenger cars and electrically assisted bicycles, suffer from a reduced driving range at cold temperatures. Increasing the understanding of the influence of rolling resistance on range aspects can help accelerate the adoption of battery-electric trucks and other vehicles that use sustainable energy sources. Therefore, a driving range simulation of a battery-electric truck was conducted where the truck tyre rolling and aerodynamic resistance were varied with ambient temperature, showing a considerable decrease in driving range at cold temperatures. 

The experiments, simulations and the developed measurement device contribute to an increased understanding of rolling resistance and the factors affecting it. These insights are an essential part of developing future resource-efficient vehicles and transport systems where, e.g., transport flow can be optimised by taking into account rolling resistance, aerodynamic resistance and other essential factors.

Lastbilstransporter erbjuder ett flexibelt sätt att frakta varor, samtidigt som sektorn för tunga vägtransporter står för 6 % av de totala växthusgaserna i EU. Därför finns det ett behov av en avsevärd minskning av dessa utsläpp för att säkerställa ett hållbart samhälle. En av nyckelparametrarna är rullmotståndet, som orsakar ungefär hälften av en lastbils energiförbrukning.

Denna avhandling syftar till att ge ökad kunskap om rullmotståndssimuleringar och mätningar samt bidra till en fördjupad förståelse hur olika parametrar påverkar rullmotståndet, vilket kan leda till lägre energiförbrukning för tunga transporter. Tester i en klimatvindtunnel och på väg har utförts i olika hastigheter och ett brett område av omgivningstemperaturer (-30 till +25 °C). Mätningarna visar på en avsevärd ökning av det stabiliserade och icke-stationära rullmotståndet med lägre däck- och omgivningstemperaturer. Dessutom har ett sätt att minska däckkylningen föreslagits för att öka däcktemperaturen och därmed minska rullmotståndet. Därutöver har en mätutrustning för att mäta vridmomentet och drivförluster under körning konstruerats, som möjliggör snabb, kostnadseffektiv och lätthanterlig validering av energiförbrukningssimuleringar genom att behålla standardgränssnittet mellan fälgen och axeln.

Tre olika simuleringsmodeller med varierande komplexitet har föreslagits för att simulera rullmotstånd; (I) en fenomenologisk realtidskapabel rullmotståndsmodell som kan användas för att uppskatta rullmotstånd vid körning, (II) en semi-fysikalisk termodynamisk däcksrullmotståndsmodell med ickelinjär viskoelasticitet som kan användas i olika parameterstudier, såsom att analysera effekten av däckkylning på däckets temperatur och rullmotstånd, och (III) en finita element däckmodell med en hyperviskoplastisk PRF-gummimodell för detaljerade strukturella analyser. Dessutom har en metod utvecklats som underlättar parametriseringen av en komplicerad PRF-gummimodell genom reducerade materialparametrar. De reducerade materialparametrarna förenklar parametriseringen mot mätdata, vilket gör att modellen kan parametriseras genom manuella iterationer, som vanligtvis inte är möjligt.

Elektriska fordon, som lastbilar, personbilar och elektriskt assisterade cyklar, lider av en minskad räckvidd vid kalla temperaturer. Ökad förståelse av räckviddsaspekter underlättar introduktionen av batterielektriska lastbilar och andra fordon som använder hållbara energikällor. Därför genomfördes en räckviddssimulering av en batterielektrisk lastbil där rullmotstånd och aerodynamisk motstånd varierades med omgivningstemperaturen, där simuleringarna visade en betydande minskning av körräckvidden vid kalla temperaturer. 

Experimenten, simuleringarna och den utvecklade mätutrustningen bidrar till en ökad förståelse för rullmotståndet och de faktorer som påverkar det. Dessa insikter är en viktig del i att utveckla framtidens resurseffektiva fordon och transportsystem, där till exempel transportflödet kan optimeras med hänsyn till rullmotstånd, aerodynamiskt motstånd och andra viktiga aspekter.