Torque sensor voor het testen van de zuinigste waterstofauto ter wereld

Available in other languages:

Om de meeste zuinige waterstofauto van de wereld te kunnen maken heeft het Green Team Twente een testopstelling met een torque sensor gemaakt, waarmee de efficiëntie van de aandrijflijn van de auto kan worden gemeten.

Green Team Twente is een studententeam dat zich richt op het maken van de meest efficiënte waterstofauto ter wereld. Het multidisciplinaire team bestaat uit studenten van Saxion Hogeschool en Universiteit Twente. Elk jaar wordt een nieuw team gevormd en een nieuwe waterstofauto ontwikkeld.

Elk nieuw studententeam bouwt voort op het ontwerp van het jaar daarvoor en probeert dat te verbeteren. Aan de start van het jaar, in september 2019, was er voor het mechanisch team een belangrijke keuze te maken: valt er nog efficiëntie te winnen in het verder optimaliseren van de huidige aandrijflijn van de auto, of kan de efficiëntie van de aandrijflijn worden verhoogd door andere technieken te implementeren?

De aandrijflijn bestaat uit 4 DC-motoren die een cardanas aandrijven met een bepaalde vertraging. Met deze cardanas wordt het linker achterwiel aangedreven om de auto te laten rijden. De bijbehorende vertraging wordt bereikt in een op maat gemaakte tandwielkast.

Keuze voor een roterende koppelsensor

De studenten hebben samen met onze engineers gekeken naar de meest geschikte torque sensor en hebben gekozen voor een roterende koppelsensor van onze partner ST Sensor Technology. “Het grote voordeel van de RWT 410-420 Torque Sensor is dat deze een erg makkelijke interface heeft, waarmee we simpel en accuraat de data digitaal af kunnen lezen. Daarbij was deze torque sensor geschikt door het tegelijkertijd tonen van toerental en koppel. Dit is voor ons nodig om een accurate efficiency te berekenen, omdat in de race ook enkele procenten het verschil maken. Daarnaast was de samenwerking met Althen erg prettig, het contact was laagdrempelig en er was altijd iemand bereid om ons te helpen.”

Proefopstelling met roterende koppelsensor

Om een afgewogen beslissing te kunnen maken is eerst de efficiëntie van de huidige aandrijflijn bepaald, hiervoor hebben de studenten een proefopstelling gemaakt, met een geïntegreerde Althen RWT410-420 Roterende Koppelsensor. Met deze torque sensor lezen de studenten de hoeksnelheid van de cardanas af, en het koppel dat gegenereerd wordt.

Door de ingaande stroom en de spanning van de motor controllers te meten kunnen ze de gecombineerde mechanische en elektrische efficiëntie van de aandrijflijn bepalen. Door de belasting op de motor te variëren met een wervelstroomrem worden de omstandigheden van een race gesimuleerd.

De voeding van de motor controllers en koppelsensor is uit te lezen met speciale bijgesloten LabVIEW software. Het ingaand en uitgaand vermogen, met de bijbehorende efficiëntie, kan met deze software digitaal worden verwerkt en opgeslagen. Met de testopstelling heeft het team op zoveel mogelijk punten de efficiëntie van de aandrijflijn gemeten. Daarna heeft het team de driedimensionale efficiëntiecurve afgeleid door de gemeten punten te fitten.

De condities waaronder de tests zijn uitgevoerd zijn gebaseerd op data van eerdere autoraces, zoals de Shell Eco Marathon 2019, en de Drivers World Championship 2019. Na het experimenteel bepalen van de efficiëntie, kunnen de studenten het ideale theoretische model vergelijken met de experimentele data.

Resultaten koppelsensor test

Uit de test bleek dat de aandrijflijn in theorie vele malen beter presteerde dan in praktijk. De aandrijflijn zou dus nog beter kunnen presteren. Echter loopt het team dan tegen mechanische limieten van de motor aan, die binnen het huidige systeem niet opnieuw kunnen worden ontworpen.

Op basis van de test is het team op zoek gegaan naar alternatieven, en hebben ze simulaties gemaakt van verschillende alternatieven. Uiteindelijk is de keuze gemaakt om een nieuwe hub motor te gaan ontwikkelen, waarbij de optimale efficiëntie is afgestemd op het gewenste bereik.

Nadat de motor ontwikkeld is, en de motor controller afgestemd is op de motor, wordt de efficiëntie van de hub motor in de praktijk getest. Dan kan het studententeam de testresultaten met de oude aandrijflijn vergelijken, om te kijken hoeveel de efficiëntie erop vooruitgaat met de nieuwe aandrijflijn, en zo weer een extra stap te zetten in het ontwikkelen van ’s werelds zuinigste auto.