Hogeschool Rotterdam Instituut voor Engineering and Applied Science. Kenniscentrum Sustainable Solutions RDM. Onderzoeksprogramma: emobility-lab

Transcriptie

1 Hogeschool Rotterdam Instituut voor Engineering and Applied Science Kenniscentrum Sustainable Solutions RDM Onderzoeksprogramma: emobility-lab VEILIGHEID Technische en menselijke (on)veiligheid in elektrische mobiliteit Onderzoek Actieve Veiligheid Tabellenboek 13 december 2011 emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 1/14

2 Inhoudsopgave 1 Inleiding Achtergrond Doelstelling Opbouw van dit document (tabellenboek) Werkwijze Het berekenen van de batterijmassa Het berekenen van de ligging van het zwaartepunt Het berekenen van de massa Overzicht tabellen Zonder correctie algoritme Met correctie algoritme Toelichting op de tabellen, zonder correctie Opbouw Header Aantal punten voor fit Linker tabellen Rechter tabellen Toelichting op de tabellen, met correctie Vertalen naar aanpassingen in voertuig Referenties emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 2/14

3 1 Inleiding 1.1 Achtergrond Eén van de onderzoeksthema s in het Raakpro emobility-lab [1] is de veiligheid van het systeem voor elektrische aandrijving van voertuigen. Een elektrisch aangedreven voertuig heeft een andere aandrijfkarakteristiek en massa verdeling dan voertuigen met een conventionele verbrandingsmotor. Verschillen kunnen ontstaan doordat een elektromotor een hoog aanloopkoppel heeft. Daarnaast kan de massaverdeling en dus de ligging van het zwaartepunt anders worden en kan deze massa samengesteld groter worden dan die van eenzelfde voertuig met conventionele aandrijving. Hieruit ontstaat een onderzoeksvraag voor enerzijds het in beeld brengen van de effecten van de elektrische aandrijving en anderzijds het formuleren en demonstreren van ontwerprichtlijnen voor elektrisch aangedreven voertuigen. 1.2 Doelstelling De doelstelling van dit onderzoek is het bepalen van de effecten van een elektrische aandrijving op zowel de objectieve als de subjectieve actieve voertuigveiligheid en dit te vertalen naar ontwerprichtlijnen. 1.3 Opbouw van dit document (tabellenboek) De gevolgde werkwijze en de daarbij op te leveren resultaten zijn beschreven in Hoofdstuk 2. Vanaf hoofdstuk 3 volgen de tabellen (nu nog een overzicht). Hoofdstuk 4 en 5 geven een toelichting op de tabellen. emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 3/14

4 2 Werkwijze Stappen: 1. Bepaal voor het basis voertuig (met verbrandingsmotor) de ligging van het zwaartepunt (xpos0) 2. Kies de categorie(ën) van xpos die daar het dichtst bij ligt/liggen. a. Er zijn 5 categorieën met xpos0 op 20,30,40,50 en 60% van de wielbasis b. Er zijn 3 categorieën voor de nominale karakteristieke snelheid. 50 km/u voor stadsbussen, 80 km/u voor personen en bestelwagens en 140 km/u voor sportwagens c. Er zijn drie categorieën voor de batterijplaatsing i. Jz1: centraal geplaatst tussen voor en achteras ii. Jz2: gelijkmatig verdeeld over de lengte van het voertuig iii. Jz3: geplaatste voorbij vooras en/of achter achteras De categorieën zijn herkenbaar in de filenaam: EVPT_xx_y_z.pdf o xx is de karakteristieke snelheid o y is de categorie voor xpos0 o z is de categorie voor Jz De filenaam met toevoeging c bevat de tabellen voor samengesteld met het correctiealgoritme voor cv en ca 3. Bepaal aan de hand van het voertuigontwerp (plaatsing componenten) (zie ook paragraaf 2.1 en 2.2) a. De verandering van de ligging van het zwaartepunt b. De verandering van de voertuigmassa 4. Aan de hand van de tabel kan nu beoordeeld worden a. Hoe groot de verandering in het voertuiggedrag is i. Stationair lateraal gedrag: stuurgradiënt en karakteristieke snelheid emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 4/14

5 ii. Dynamisch lateraal gedrag: responsietijd tmax en overshoot van de gierhoeksnelheid bij een stapvormige stuurinput bij nominale karakteristieke snelheid b. Wat de aanpassingen in de slipstijfheid voor (cv) en (ca) moeten zijn om het voertuiggedrag weer gelijk te maken aan dat van het origineel In de tabellen worden drie kleuren gehanteerd: Groen: verandering <=10% >>> geen aanpassing cv en/of ca nodig Geel: verandering >10% en <=20% >>> cv en of ca aanpassen Rood: verandering >20% >>> vermijden/niet toepassen, kies andere plaatsing en/of massa componenten 2.1 Het berekenen van de batterijmassa De berekening doorloopt twee stappen. Als eerste wordt bepaald wat de massa is van de batterij aan de hand van de parameters van het referentievoertuig. Hierbij worden de volgende vereenvoudigingen aangebracht: Er wordt van een vaste massa uitgegaan. Dit is de massa van het onbeladen referentievoertuig. De verandering van de massa doordat het voertuig elektrisch wordt is hier niet in meegenomen. Aldus: m F E Het energieverbruik wordt bepaald aan de hand van de actie radius en de kruissnelheid van het voertuig. Dit blijkt een prima inschatting van de werkelijkheid. tot, onb m1 m2, adr m2, edrager m3 ( 2.1 ) 1 ( 2.2 ) 2 Ftot, onb. sel, kj ( 2.3 ) DOD... 2 tot, onb mtot, onbg. f rol lucht. cx. Afront. vel bat TR EM CI Ebat, kj Ebat, Wh 3600 ( 2.4 ) Ebat, Wh mbat E ( 2.5 ) d, m V bat E bat, Wh E d, V ( 2.6 ) emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 5/14

6 2.2 Het berekenen van de ligging van het zwaartepunt De totale samengestelde positie van het zwaartepunt wordt als volgt berekend: m1. xpos1 m2. xpos eadr eadr mbat. xpos edrager m3. xpos 3 xpos tot ( 2.7 ) m De xpos is hierbij de afstand van de vooras tot de massa: De massa van het voertuig zonder aandrijving: m 1 De massa van de aandrijving: m 2,eadr De massa van de energiedrager: m bat De maasa van de bestuurder: m 3 tot Optioneel kan de berekening worden uitgebreid met een m 4 die staat voor de belading (passagiers + bagage) 2.3 Het berekenen van de massa m tot, onb m1 m2, adr mbat m3 ( 2.8 ) emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 6/14

7 3 Overzicht tabellen 3.1 Zonder correctie algoritme Tabellen EVPT: Karakteristieke snelheid [km/u] Xpos0 [% wb] Jz [categorie] 30 20% % % % emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 7/14

8 3.2 Met correctie algoritme Tabellen EVPT: (de licht gekleurde cellen zijn nog niet gemaakt, ivm de benodigde rekentijd) Karakteristieke snelheid [km/u] Xpos0 [% wb] Jz [categorie] 30 20% % % % emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 8/14

9 4 Toelichting op de tabellen, zonder correctie 4.1 Opbouw Kentallen, tov referentie configuratie Ingaande variabelen mtot_rel xpos_rel Header Berekende kentallen 1. EG_rel 2. vch_rel 3. tmax_rel 4. osht_phidot_rel 5. aymax_glijden_rel 6. aymax_kantelen_rel 7. phidot_delta_stat_rel 8. f0_rel 9. demping_rel 10. osht_ay_rel 11. Jztot_rel 12. cv_rel 13. ca_rel Tabel met aantal posities fit 14. nposfit Tabellen met getallen Tabellen met kleurcodering emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 9/14

10 4.2 Header In de header worden de kenmerken van de tabel vermeld + informatie over de fit: Aantal gevulde cellen (maximaal 8*8=64) Standaarddeviatie op de fit (tov 1) o Hier te zien dat nr 3 (tmax_rel) een grote afwijking heeft Dit is nog een verbeterpunt: verbeteren kwaliteit fit en fitdata o Dat geldt ook voor nr 10 (osht_ay_rel) en nr 12 (cv) 4.3 Aantal punten voor fit De tabel geeft aan hoe de punten verdeeld zijn en welk deel van de 3D polynoom daarmee eventueel buiten de data ligt en geëxtrapoleerd is. 4.4 Linker tabellen De linker tabellen geven de getallen weer. Hier als voorbeeld EG. De waarde bij het punt xpos_rel=1 en mtot_rel=1 moet ongeveer 1 zijn. emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 10/14

11 4.5 Rechter tabellen De rechtertabellen de kleurcodering Hier als voorbeeld EG. De kleurcodering is geschikt om snel te beoordelen of men een toelaatbare afwijking heeft ten opzichte van de referentie. emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 11/14

12 5 Toelichting op de tabellen, met correctie Deze tabellen hebben dezelfde opbouw. De tabellen van cv en ca bevatten nu de correctiefactor op cv en ca. met nieuwe fits! NB: ook hier is de zien dat de fit niet optimaal werkt. In de header vinden we dit ook terug in de standaarddeviatie. Overigens is uit testen gebleken dat het corrigeren wel werkt; het probleem zit dus in de kwaliteit van de fit. emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 12/14

13 5.1 Vertalen naar aanpassingen in voertuig Een verhoging van cv tov ca leidt tot een minder onderstuurd voertuig. Het advies kan betrekking hebben op de vooras en/of achteras. De effectieve slipstijfheid wordt bepaald door de banden, de wielophanging en de carrosserie. Hiermee ontstaan de volgende mogelijkheden. Actie Verminderen onderstuur Verminderen overstuur Gewichtsverdeling Zwaartepunt naar achterkant auto Zwaartepunt naar voorkant auto Schokbreker voor Zachter Stijver Schokbreker achter Stijver Zachter Stabilisatorstang voor Zachter Stijver Stabilisatorstang achter Stijver Zachter Bandkeuze voor Groter contactvlak Kleiner contactvlak Bandkeuze achter Kleiner contactvlak Groter contactvlak Camber voorwielen Negatiever maken Positiever maken Camber achterwielen Positiever maken Negatiever maken Hoogte voorkant Verlagen Verhogen Hoogte achterkant Verhogen Verlagen Toespoor voor Verminderen Verhogen Toespoor achter Verminderen Verhogen emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 13/14

14 6 Referenties [ 1 ] Frank Rieck; Projectvoorstel emobility-lab; Hogeschool Rotterdam; maart 2009; pdf [ 2 ], eindrapport actieve veiligheid [ 3 ],Paper EVPT (in ontwikkeling) emobility-lab: Veiligheid, Onderzoek Actieve veiligheid 14/14