Het ontwerp en de realisatie van een mechanische aandrijflijn voor een elektrische Formula Student wagen

Wolf Berwouts Koen Huybrechts
Persbericht

Het ontwerp en de realisatie van een mechanische aandrijflijn voor een elektrische Formula Student wagen

DE DRIVE VAN DE ELEKTRISCHE RACEWAGEN

Juli 2005.  In de Leuvense hogeschool GROEP T pakken 14 ingenieursstudenten uit met de eerste Belgische zonnewagen ooit gebouwd.  In juli 2012 stunten de Leuvense ingenieurs opnieuw.  Ditmaal met een elektrische racewagen: de Areion, genoemd naar het legendarische paard van de Oude Griekse goden.  Met de Areion nam het Leuvense team in de zomer van 2012 deel aan Formula Student, de grootste ingenieurscompetitie ter wereld.  De auto reed zich meteen in de kijker op de circuits van Hockenheim, Silverstone en recent nog Varano de Melagari.

Toch is het de studenten van het Formula GROUP T Team niet echt om de kick van het racen te doen. Wat hen drijft, is technologische innovatie. Onder het motto ‘Green innovation meets performance’ willen ze aantonen dat met ecologische productiemethoden, groene  energie en lichte materialen even glanzende prestaties neergezet kunnen worden.

Een van de belangrijkste innovaties van de Areion is de mechanische aandrijflijn (drive train).  Die verbindt de elektromotor van 85 kW met de achterwielen.  In een conventioneel voertuig zijn de onderdelen van een mechanische aandrijflijn de reductietrap(pen), een differentieel, aandrijfassen met bijbehorende koppelingen en wielnaven.  Twee studenten van het Formula GROUP T Team onderwierpen deze onderdelen, in het kader van hun masterproef, aan een kritisch onderzoek en ontwikkelden speciaal voor de Areion een nieuwe hoogperformante mechanische aandrijflijn.

Een eerste cruciale component is de kettingoverbrenging.  Die stelt de Areion in staat om een topsnelheid van 141 km/u te halen en in minder dan 4 seconden te accelereren van 0 tot 100 km/u.  Een slipdifferentieel zorgt ook in moeilijk bochtenwerk voor een maximale koppeloverdracht en garandeert een optimale bestuurbaarheid.  Daarnaast waren er enkele onderdelen vervaardigd met behulp van een revolutionaire nieuwe technologie: ‘electron beam melting’ van titaniumpoeder.  Bij deze 3D-printing productiemethode wordt het product laag per laag opgebouwd door het plaatselijk verhitten van het poeder waardoor er geen materiaal verloren gaat.  Tot slot brengt de eveneens zelfontworpen naaf het koppel tot bij de wielen.

Het resultaat is een mechanische aandrijflijn met een gewicht van nog geen 20 kg (d.i. amper 15 % van het totaalgewicht van de wagen).  Die slaagt erin om tot 1135 Nm aan de grond te brengen en de Areion zo met 1,3g te laten versnellen in de rijrichting.  De prijs van alle onderdelen samen werd gedrukt onder de 3000 euro door de actieve zoektocht van de studenten naar professionele partners.

Voor de studenten was het een onvergelijkbare leerbelevenis.  En dat in tal van opzichten.  Technologisch is het een hoogstandje, dat staat vast.  Maar een project als dit breng je niet tot een goed einde zonder een doortastend projectmanagement, een gesmeerde teamspirit en een goed georganiseerde samenwerking met tientallen hightech ondernemingen en kenniscentra.  De gedrevenheid van de teamleden en hun vele partners heeft de trotse Areion opnieuw op het (race)toneel doen verschijnen: feller en sneller dan ooit.

Bibliografie

 

[1] W.F. Milliken and D.L. Milliken. Race Car Vehichle Dynamics. SAE International, 1995.

[2] A. van Berkum. Chassis and suspension design fs- rte02. Master’s thesis, Technische Universiteit Eind- hoven, 2006.

[3] EVO Electric. AFM-140 specification sheet, 1.1 edi- tion.

[4] Formula Student Germanu. Fse acceleration results 2011, 2011.

[5] Power Transmission Design. Penton/IPC, 1997.

[6] J.H.J. Boekema, A.M.C.J. Cramer, R.H. Dijken, and H.J. Nanninga. Aandrijfsystemen. HBuitgevers, 2 edi- tion, 2007.

[7] Dieter Muhs, Herbert Wittel, Manfred Becker, Dieter Jannasch, and Joachim Vossiek. Roloff / Matek Machi- neonderdelen Theorieboek. Academic Service, 4 edi- tion, 2010.

[8] AFAM. AFAM Catalogus 2011, 2011.

[9] Unknown. W1860be.book, January 2003. found on: http://www.scribd.com/doc/46744830/Limited-Slip- Differential-LSD-Mechanical-Type.

[10] Revisiting the lugre model. IEEE Control Systems Ma- gazine, 28(28):41, Mei 2008.

[11] M.N. de Beukelaar. Wrijvingsidentificatie van een 1- dof systeem. Technical report, Technische Universiteit Eindhoven Department Mechanical Engineering Dyna- mics and Control Technology Group, 2008.

[12] Schmelzn Aucktor Seherr-Thoss. Universal Joints and Driveshafts. Number ISBN 978-3-642-06766-1. Sprin- ger, 2 edition.

[13] Schaeffler INA FAG. Medias catalogus.

[14] Hamel metaal. 42crmo datasheet, 2005.

[15] Standard ANSI B92.1 - Involute Splines and Inspection. Society of Automotive Engineers, Inc, 1996.

[16] Racelogic. VBOX 3i R2G2 / R10G10. [17] Prof. dr. ir. H.J.J. Kals. Industrie ̈le productie. Acade-

mic service, 4 edition.

[18] J. la Heij, L.A. de Bruijn, J. Veerman, and R. Plas.

Werktuigbouwkundig tekenen voor het hoger technisch onderwijs. Wolters Noordhoff, 18 edition, 2006.

[19] Russel C. Hibbeler. Sterkteleer. Pearson, 8 edition, 2012.

[20] Tom Bakker. Design of drivetrain for a fs race car. Mas- ter’s thesis, Technische Universiteit Eindhoven, 2009.

[21] Andries van Berkum and Stijn Aben. Eindoverbren- ging voor de fs racewagen. Master’s thesis, 2004.

[22] H. Cristiaen. Klassieke mechanica, een brede introduc- tie, Oktober 2011.

[23] INA FAG. Rolling Bearings. Schaeffler Group Indu- strial.

[24] Pieter Jan Jordaens and Reinout Grommen. Het ont- werp en de realisatie van een mechanische aandrijflijn in een elektrische racewagen. Master’s thesis, GROEP T, 2010.

[25] Mihai LATES ̧ and Dorin DIACONESCU. Experimen- tal researches regarding the kinematics of tripod cou- plings. Technical report.

[26] Loek Marquenie. Design of an energy efficient high performance drive train. Master’s thesis, Technische Universiteit Eindhoven, 2010.

[27] Dieter Muhs, Herbert Wittel, Manfred Becker, Dieter Jannasch, and Joachim Vossiek. Roloff / Matek Ma- chineonderdelen Tabellenboek. Academic Service, 4 edition, 2010.

[28] Alexander Slocum. Fundamentals of design.

[29] Craig Taylor. Understanding differentials. Online arti- cle, 2012.

[30] Formula Student Germany. Formula Student Electric Rules 2012, 1.01 edition, Mei 2012.

Universiteit of Hogeschool
Industriële Wetenschappen - Elektromechanica
Publicatiejaar
2012
Kernwoorden
Share this on: