Energiezuinigere aandrijflijnen voor hybride en elektrische vrachtwagens

Om de stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde tegen te gaan, zal de uitstoot van broeikasgassen moeten worden teruggedrongen. Een manier om dit in de transportsector te doen, is door de energie-efficiëntie van de aandrijflijn van langeafstandsvrachtwagens te verhogen. De afgelopen jaren zijn er verschillende oplossingen geïntroduceerd om de energie-efficiëntie van deze voertuigen te verbeteren. Ph.D. student Frans Verbruggen gebruikte optimalisatiestudies om het potentieel van twee van deze veelbelovende technologieën te verkennen, waardoor toekomstige, duurzame aandrijflijnen voor vrachtwagens een stap dichterbij komen.

Verbruggen richtte zich eerst op de technologie om restwarmte terug te winnen, ook wel bekend als restwarmteterugwinning (WHR). Met deze technologie kan restwarmte, die anders verloren zou gaan, gedeeltelijk worden teruggewonnen en omgezet in bruikbare mechanische of elektrische energie. Hij keek met name naar het gebruik van deze technologie in de aandrijflijn van hybride vrachtwagens. Een hybride vrachtwagen is naast een verbrandingsmotor uitgerust met een elektrische machine en een accu om het voertuig van stroom te voorzien.

Brandstof- en kostenbesparing

Momenteel is het gebruikelijk om dit type systeem als een aparte toevoeging aan de aandrijflijn te ontwerpen. In zijn onderzoek keek Verbruggen naar de integratie van het WHR-systeem in het ontwerp van de rest van de aandrijflijn om het energieverbruik van het voertuig nog verder te verlagen.

De resultaten lieten een duidelijke interactie zien tussen het ontwerp van het WHR-systeem en de verbrandingsmotor, wat duidt op de integratie van het ontwerp van beide systemen om tot een beter ontwerp te komen. Op basis van deze bevindingen is een schaalbaar model voor het WHR-systeemontwerp gemaakt, dat kan worden geïntegreerd in het optimalisatieproces van de complete aandrijflijn. De resultaten tonen verder aan dat het WHR-systeem een ​​brandstofbesparende en kostenefficiënte oplossing kan zijn voor hybride vrachtwagens.

Gedistribueerde aandrijflijn zuinigst in gebruik

Daarnaast legde Verbruggen zich toe op batterij-elektrische aandrijflijnen voor vrachtwagens. In deze voertuigen is geen verbrandingsmotor meer aanwezig en komt de energie om het voertuig van stroom te voorzien volledig uit de accu. Verbruggen concentreerde zich op het ontwerp van de aandrijflijn voor dit soort voertuigen. Met behulp van optimalisatiestudies kreeg hij inzicht in de invloed van bepaalde ontwerpkeuzes van de aandrijflijn op het energieverbruik en de totale eigendomskosten van het voertuig.

Zo vergeleek hij ontwerpkeuzes in het gebruik van een centraal of gedistribueerd (individueel aangedreven wielen) type aandrijflijn, het aantal elektrische machines en het aantal versnellingen in de transmissie. Resultaten voor een langeafstandstruck tonen het voordeel van het gebruik van twee versnellingen over één versnelling, wat resulteert in een lager energieverbruik en een kleinere elektromotor. Een gedistribueerde aandrijflijn bleek de ontwerpkeuze te zijn met het grootste effect op de totale eigendomskosten.

Naast deze ontwerpkeuzes keek Verbruggen ook naar het effect van het voertuigtype (stad, distributie, lange afstand) en het gebruik van een alternatieve optimalisatiemethode voor dit type onderzoek. Zo effent zijn onderzoek de weg voor verdere en meer diepgaande studies voor het ontwerp van toekomstige aandrijflijnen voor lange vrachtwagens.