HAN Automotive Research (HAN-AR).

Het automotive onderzoek binnen de Hogeschool van Arnhem en Nijmegen wordt verzorgd door de samenwerkende lectoraten Mobiliteitstechnologie en Voertuigmechaytronica.
Het onderzoek richt zich op de volgende vier aandachtsgebieden:

  1. Elektrificering van de aandrijflijn:
  2. Het optimaliseren van brandstoffen, motoren en emissies
  3. Lichtgewicht Automotive Design
  4. Geavanceerde voertuigbeheersing en bestuurdersupport

Deze gebieden worden hieronder kort toegelicht.

Elektrificering van de aandrijflijn
Een trend die is ingezet met de introductie van de Toyota Prius in 1997 en sindsdien alleen maar aan belang heeft gewonnen is de elektrificering van de aandrijving. HAN-AR voert reeds meerdere jaren onderzoek uit op dit gebied in samenwerking met diverse bedrijven en met inzet van studenten, docenten en onderzoekers. Belangrijke onderliggende kennisvelden zijn: elektrische aandrijftechniek, model gebaseerd ontwerpen, V-cycle, regeltechniek, systeemleer, testen, veiligheidsgerelateerde kennis en rapid control prototyping.

Optimizing fuels, engines & emissions
Een tweede trend is de toepassing van schonere brandstoffen, al dan niet gerealiseerd door blending van brandstoffen. Hieronder vallen bio- of groen gas, de vloeibare biobrandstoffen, maar ook het mengen van aardgas met waterstof of diesel met LPG. Het belangrijke voordeel ten opzichte van de geëlektrificeerde aandrijving is dat in principe uitgegaan kan worden van reeds bestaande en zeer sterk uitontwikkelde verbrandingsmotortechnologie. Aanpassingen zijn nodig in het motormanagement in combinatie met uitlaatgasnabehandeling, en brandstofvoorziening.

Lichtgewicht automotive design
Het onderzoek is gericht op lichter ontwerpen en bouwen van voertuigen. Dat omvat het hele proces van maatgevende belastingen, benutten van die belastingen in de beoordeling van constructieonderdelen, en het interpreteren van de uitkomsten naar sterkte en duurzaamheid als basis voor herontwerp. HAN-AR onderzoekt toepassingen voor personen- en bedrijfsvoertuigen van geavanceerde materialen (composieten, sandwich, hoge sterkte staal,..), en nieuwe verbindingstechnieken (zoals lijmen). Voor goederentransport zien we een trend waarbij zowel de carbon footprint als de kosten per eenheid lading naar beneden gaan als we voertuigen langer (en vaak ook zwaarder) maken, zoals bij de zogenaamde LZV’s (Langere en Zwaardere Voertuigen).

Geavanceerde voertuigbeheersing en bestuurder support
Ruim 80% van alle ongevallen is het gevolg van menselijke fouten. Om die reden richt HAN-AR zich op onderzoek naar de prestaties van voertuigen en -componenten die van belang zijn voor de beheersbaarheid en het comfort. Daarbij is er speciale aandacht voor actieve regelconcepten en geavanceerde ondersteuning van de bestuurder. Het contact tussen voertuig en weg, de band, speelt een belangrijke rol. Onderdeel van dit onderzoek is het begrijpen van de mens als waarnemer en bediener van een voertuig, nadrukkelijk gezien binnen de context van intelligente voertuigbeheersing in interactie met andere weggebruikers en verkeersmonitoringsystemen.

Voorbeeldprojecten

FAST & CURIOUS
Om als bedrijf in de sector van high-tech systems & materials (HTSM) innovaties te ontwikkelen, zijn doorgaans hoge R&D-investeringen nodig, terwijl innovaties een korte levenscyclus hebben. Om innovatieve slagkracht in de automotive-, robotica en zorgsector te stimuleren is het onderzoeksproject Fast & Curious gestart, waarin een MKB-community samen met verschillende HAN-lectoraten betaalbare en flexibele tools en modellen ontwikkelen die toepasbaar zijn in innovatieve high-tech embedded systemen.

Het is state-of-the-art om eerst een modelbeschrijving te maken van het te beheersen systeem en het ontwerp van een regelaar of besturingsalgoritme (model-based design) en dat vervolgens via automatische codegeneratie in een micro-controller te implementeren. Daarna kan het prototype in combinatie met het fysieke systeem getuned worden. Dat noemen we Rapid Control Prototyping (RCP).
MKB-bedrijven geven aan hierbij een aantal problemen te ervaren. De aanpak vraagt investering in kennis en ervaring; en dat is voor een klein bedrijf moeilijk op te brengen. Vaak schrijven zij de code daarom handmatig, wat kan leiden tot misinterpretaties en suboptimalisatie en daarmee tot problemen met kwaliteit. Er zijn commerciële, dure en vaak niet-flexibele tools beschikbaar om model-based design en RCP te ondersteunen, maar die zijn niet altijd optimaal voor het MKB.

De primaire doelstelling van het onderzoeksproject FAST & CURIOUS is dat bedrijven die daar nu nog onvoldoende mogelijkheden voor hebben, door de beschikbaarheid van goed-opgeleide ingenieurs en betaalbare tools op-maat in staat worden gesteld om optimaal – te weten met model-based design, rapid control prototyping en automatische codegeneratie – controllers (regelaar en/of besturing) te ontwerpen die deel uitmaken van high-tech embedded systemen. Een MKB-organisatie die aan het RAAK-project FAST & CURIOUS deelneemt, bespaart daarmee kosten en ontwikkelt flexibiliteit, terwijl ze aan de hoge kwaliteitseisen van industriële werkprocessen kunnen vodoen. Zij ontvangen toegang tot support op maat.

 

img04

Figuur: x-ECU target en HAN-Tune software, zoals gebruikt in FAST & CURIOUS (www.han.nl/hantune)

LIFE
Bij het ontwerpen van voertuigen in de transportsector zijn nuttig laadvermogen en robuustheid van de constructie belangrijke factoren. De transportondernemer streeft naar maximale productiviteit, dat wil zeggen optimale opbrengst in termen van laadvermogen, bij minimale kosten in termen van onderhoud en brandstof. In het project LIFE (LIfetime Fatigue Enhancement) staat lichtgewicht construeren centraal. Trailers en carrosserieën worden dynamisch belast tijden hun levensduur, wat betekent dat vermoeiing (fatigue) van het materiaal en de verbindingen in de constructie een maatgevende factor wordt voor de levensduur en daarmee voor de kostprijs van het voertuig. Verlaging van die belasting betekent een beter product dus meer ‘value for money’. Maar, nog veel belangrijker, er ontstaat ontwerpruimte om de opleggermassa significant te verlagen waardoor de laadcapaciteit omhoog gaat, en de brandstofkosten per eenheid van lading naar beneden. Hier wordt een duurzame oplossing (verhoogde levensduur – Fatique Analysis) gekoppeld aan vermindering van brandstofverbruik (Lightweight).

img01

Figuur.: MAN concept voertuig (HTAS-EMS project over toekomstige schone en veilige bedrijfsvoertuigen)

 

LIFE onderzoekt de vermoeiing in typische constructies in de trailerbouw en het ontwerpen van duurzame, kosteneffectieve lichtgewicht constructies (nieuwe conceptuele ontwerpen voor opleggers en aanhangers). Dit onderzoek zal gericht zijn op een verscheidenheid aan typische constructies en nieuwe lichtere trailerontwerpen, alsmede verbeterde ontwerprichtlijnen, met alles gericht op een verhoogde levensduur. De nieuwe trailerontwerpen hebben uiteraard direct een meerwaarde voor de betrokken fabrikanten. Maar daarnaast geeft dit praktijkonderzoek op een hoger niveau meer kennis over de meest optimale aanpak om constructies duurzamer te ontwerpen. Deze inzichten zullen binnen LIFE worden vertaald in een ‘best practice’ – ontwerpaanpak en algemeen geldende ontwerprichtlijnen die voor de hele sector voordelen zullen bieden.

img02

Figuur.: Spanningsverdeling van een oplegger chassis onder bedrijfsbelastingen (LIFE project)

 

ADVICE
Wanneer we allerlei intelligente systemen in een voertuig stoppen, dan kunnen we achteraf vaststellen dat de chauffeur deze systemen ongeveer begrijpt. Wat veel belangrijker is en eerder nog nauwelijks werd gedaan, is dat de reactie en toestand van de chauffeur in het ontwerp van die intelligente systemen wordt meegenomen. Het project ADVICE (Advanced Driver Vehicle Interface in a Complex Environment) gaan we deze uitdaging aan. HAN Automotive Research gaat de komende jaren samen met partners onderzoeken hoe de ‘driver state’ kan worden benut in het realiseren van betere supportsystemen voor voertuigbestuurders. Met andere woorden: de mentale werklast van chauffeurs wordt gekwantificeerd bij verschillende verkeersituaties en bij verschillende soorten bestuurders als voorzichtige ouderen, risiconemende jongeren, etc. Deze gegevens vormen de input voor de toekomstige supportsystemen.
Naast het promotieonderzoek van HAN-docent Saskia Monsma naar de relatie bandgedrag en bestuurderresponse en de recente investering in een rijsimulator is ADVICE een volgende stap in de ambitie van HAN Automotive Research om zich een kennispositie te verwerven in het interessante grensvlak van de harde techniek en de minder grijpbare mens.

Pluto
Het project Pluto werkt aan de uitontwikkeling van een nieuw aandrijfconcept: Plug-in Hybrid Electrical Vehicle (PHEV).
De PHEV-aandrijflijn bestaat uit een zeer kleine verbrandingsmotor (ICE) die door een innovatieve automatische versnellingsbak wordt gecombineerd met een elektromotor. Door een slimme combinatie van deze aandrijfelementen met een regeling die de aansturing afhankelijk maakt van de specifieke inzet en actuele rijomstandigheden, kunnen de volgende voordelen ten opzichtte van elektrische auto’s worden behaald:

  • Maximaal bereik: onbeperkt in plaats van 120-200 km van elektrische auto’s
  • Minder totale milieubelasting van “Well to Wheel” dan elektrische auto’s, die op conventioneel opgewekte elektriciteit rijden. De extreem kleine verbrandingsmotor (ICE) wordt gedurende de levensduur van het voertuig slechts zeer beperkt gebruikt en draait dan altijd op een maximaal haalbaar rendement.
  • Lagere productiekosten: door toepassing van een kleiner batterijpakket worden meer kosten bespaard dan de uitgaven die nodig zijn voor de toevoeging van extra aandrijflijndelen.

img03