Nieuw transmissiesysteem maakt elektrische auto’s krachtiger, efficiënter en mogelijk goedkoper
TU/e-promovendus Caiyang Wei heeft een geïntegreerde ontwerpmethodiek ontwikkeld voor automatische transmissiesystemen voor hybride en elektrische voertuigen.
Er rijden steeds meer elektrische voertuigen rond, variërend van kleinere stadsvoertuigen tot grotere sedans en SUV's. Toch staat e-mobiliteit nog voor een aantal uitdagingen: of het nu gaat om voertuigen die op steile wegen rijden, sportwagens die snel de topsnelheid moeten halen of voertuigen die een aanhangwagen of caravan moeten trekken. Samen met de Duitse hightechmultinational Bosch heeft promovendus Caiyang Wei een automatisch transmissiesysteem voor elektrische auto's ontwikkeld dat zorgt voor een optimaal evenwicht tussen efficiëntie en vermogen, terwijl de totale kosten voor zowel fabrikant als gebruiker lager kunnen uitvallen. Wei verdedigde zijn proefschrift onlangs op de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e).
Elektrische voertuigen (EV) zijn nu nog vaak uitgerust met zogenaamde single-speed-transmissie, die gebruik maakt van een vaste transmissie om het vermogen van de elektromotor over te brengen op de wielen. Hoewel het ontwerp van vaste transmissies eenvoudig is, stellen ze tegenstrijdige eisen aan het voertuig. Bij lage snelheden moet het voertuig goed kunnen optrekken, wat resulteert in grote en zware ontwerpen die weer een negatieve invloed hebben op het acceleratievermogen van de auto. Grote motoren en accu's zijn ook nadeling voor het energieverbruik, de actieradius en de kosten van de auto.
Continu en variabel
Om deze problemen op te lossen is continu variabele transmissie (CVT) een goed alternatief. CVT is een systeem dat veel gebruikt wordt in niet-elektrische auto's en maakt het mogelijk om het toerental (omwentelingen per minuut) en het koppel van de motor van de auto automatisch en traploos aan te passen aan de snelheid. Dit zorgt voor een optimaal evenwicht tussen efficiëntie en prestaties.
Samen met onderzoekers en ingenieurs van de Duitse high-tech-multinational Bosch heeft promovendus Caiyang Wei een nieuwe versie van CVT ontwikkeld en getest die de efficiëntie en prestaties van elektrische auto's aanzienlijk verbetert. De onderzoekers gebruikten een optimalisatiemethode die niet alleen rekening houdt met de regeling van de snelheid, het energieverbruik en de warmteproductie van de auto, maar ook met het fysieke ontwerp van de elektrische motor en het transmissiesysteem van de auto.
Met deze methode, een combinatie van machine learning en een grondige analyse van de meetgegevens, konden de onderzoekers een systeem ontwerpen dat zowel qua prestaties als qua efficiëntie optimaal is, terwijl tegelijk de totale kosten voor zowel de fabrikant als de gebruiker lager kunnen uitvallen.
Concurrerend
Wei is erg blij met de resultaten van zijn werk, de bekroning is van vier jaar onderzoek bij de vakgroep Control Systems Technology van de faculteit Mechanical Engineering. "Ons onderzoek heeft aangetoond dat, hoewel de huidige markt voor EV's wordt gedomineerd door versnellingsbakken met één versnelling, versnellingsbakken met meerdere versnellingen, zoals onze nieuwe CVT, als concurrerende alternatieven kunnen worden beschouwd".
De door Caiyang Wei ontwikkelde optimalisatiemethode kan worden gebruikt om het ontwerp van toekomstige CVT-systemen voor elektrische voertuigen verder te verbeteren.
Meer informatie
Titel van proefschrift: Optimal design and control of electrified powertrains. Promotoren: Theo Hofman (TU/e), Maarten Steinbuch (TU/e), Esin Ilhan Caarls (Bosch Transmission Technology). Overige betrokken partijen: Bosch Transmission Technology, M2i.