05-04-2007: Comfortabele automaat kan 15% energiezuiniger
Een speciale uitvoering van de automaat kan in de toekomst 15% aan
energie besparen vergeleken met de huidige automatische transmissies
in autos. Promovendus ir. Tim Klaassen van de Technische Universiteit
Eindhoven (TU/e) ontwierp daarvoor met twee collega-promovendi een
nieuw versnellingssysteem voor autos op basis van Continu Variabele
Transmissie (CVT). Klaassen verdedigt donderdag 12 april zijn
proefschrift aan de TU/e.
Dooraccelereren
Autorijden zonder te schakelen. Dat kan in een automaat, en een
bijzondere uitvoering daarvan is de CVT (Continu Variabele
Transmissie). Rijden met deze automaat is een speciale ervaring, de
auto schakelt in principe niet naar een volgende versnelling maar kan
van 0 km/uur tot de topsnelheid bij een continu toerental
dooraccelereren. Volgens sommigen het ultieme comfort, omdat de auto
tijdens het rijden geen schokken vertoont door het veranderen van
toerental en versnelling. Iets wat bij de handgeschakelde auto, en in
iets mindere mate bij de automatische versnellingsbak, wel het geval
is.
Bergverzetje
Een Continu Variabele Transmissie gebruikt, zoals de naam al zegt,
geen versnellingen maar een variabele overbrenging waarmee de auto met
continu toerental kan accelereren. Dit kan doordat de tandwielen van
de CVT (pulleys genaamd) praktisch elke gewenste grootte kunnen
aannemen. Bij lage snelheid bijvoorbeeld is de pulley bij de motor
klein, en bij de wielen groot. En bij hoge snelheid is dat net
andersom. Vergelijk het met wielrennen, een bergverzetje heeft bij de
trappers een klein blad en bij het achterwiel een groot blad, terwijl
dat in de afdaling of in volle sprint precies andersom is.
Knijpkrachten
In plaats van een ketting bij fietsen zorgt bij de CVT een duwband
voor de overbrenging van de motor naar de wielen. Hierbij treedt
echter een probleem op, want deze duwband moet met grote kracht tegen
de pulleys worden geknepen om te voorkomen dat de band gaat slippen.
Wat vervelende gevolgen heeft voor slijtage en het rijcomfort, de auto
gaat bij het slippen een beetje kuchen. In conventionele systemen
wordt als krachtbron voor dit knijpen een hydraulisch systeem
gebruikt. Uit onderzoek van TU/e-promovendus Bram Bonsen van de TU/e
bleek echter dat deze knijpkrachten wel tien keer lager kunnen zijn,
wat zeker 5% energie kan besparen. Om deze lage krachten te realiseren
voldeed het hydraulische systeem echter niet en moest een alternatief
worden bedacht. Een andere TU/e-promovendus, Koen van de Meerakker,
ontwierp daarvoor een elektromechanisch knijpsysteem. Het onderzoek
van Tim Klaassen richt zich op het precies afstemmen van de aansturing
van de geheel nieuwe CVT om deze zo betrouwbaar mogelijk en bovendien
ook energiezuinig te laten verlopen. Waarmee nog eens een extra tien
procent aan energiebesparing mogelijk blijkt.
Stoepje op
Een van de uitdagingen waarmee de onderzoeker te maken kreeg was de
reactie van het motorsysteem op het weggedrag. Bij een noodstop
bijvoorbeeld, of bij het oprijden van een stoepje, treden plotselinge
en hevige krachten op waar de CVT goed op moet reageren. Het ontwerpen
van het meet- en regelsysteem bleek een behoorlijke opgave. Dat
Klaassen er uiteindelijk in geslaagd is een betrouwbaar en
energie-efficiënt elektromechanisch CVT-systeem van te maken is dan
ook een prestatie van formaat. Het zal echter nog een hele tijd duren
voordat er autos rondrijden in deze nieuwe CVTs. Klaassen hierover: We
hebben vooral naar het rijcomfort en de energie-efficiency gekeken.
Dat is in orde, want we hebben nu zon 15% energiebesparing te pakken.
Maar fabrikanten zijn terughoudend om deze stap te zetten. In de
eerste plaats is deze techniek relatief duur. Daarnaast is de
auto-industrie voorzichtig met de introductie van elektromechanische
aansturing in verband met de betrouwbaarheid. Want je wilt niet hebben
dat door een storing je stuur het niet meer doet, of de elektronisch
gestuurde remmen niet meer werken.
Technische Universiteit Eindhoven