Hydrostatische overbrengingen in voertuigen
Citation for published version (APA):
Schlösser, W. M. J. (1983). Hydrostatische overbrengingen in voertuigen. Aandrijftechniek, 6(12), 32-37.
Document status and date:
Gepubliceerd: 01/01/1983
Document Version:
Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record
Please check the document version of this publication:
• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be
important differences between the submitted version and the official published version of record. People
interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the
DOI to the publisher's website.
• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.
• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page
numbers.
Link to publication
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.
If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:
www.tue.nl/taverne
Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl
providing details and we will investigate your claim.
HydÍostotische
ouerbrengingen
in
uoeiluigen
Allereerst
geeft
de outeur
enkele
modellen
voor
het ontwerpen
von de oondrijfeenheid
von een
voerfuig.
Vervolgens
g00t
hij in op de rol die
hydrostotische
overbrengingen
hierbij
kunnen
spelen.
Professor dr. ir. W.M.J. Schlósser
Technische Hogeschool Eindhoven
Voor de keuze van de juiste overbrenging
voor een bepaalde toepassing dient men een
vergelijkingsbasis te kennen voor de
alter-natieven die in overweging worden
geno-men. Een dergelijke basis is niet algemeen bekend voor voertuigoverbrengingen. Daarom wordt'hier een wiskundig model
gegeven om een dergelijke vergelijking
mo-gelijk te maken. Vervolgens zullen de
voor-en nadelvoor-en van hydrostatische CVT's
(Con-tinu Variabele Transmissies) worden
besproken en zal worden ingegaan op de
vooruitgang die is geboekt op het gebied
van hydrostatische CVT's voor
voertuigo-verbrengingen. Tenslotte zullen we trachten
een blik te werpen in de nabije toekomst van CVT's voor voertuigen en een
voor-spelling te doen omtrent de verwachtingen
voor hydrostatische overbrengingen in
voertuigtypen, waarin dit soort
overbren-gingen tot nu toe nog niet zijn toegepast. Wiskundig model voor voeíuigen
Dit model beschrijft de onderlinge relaties
van de onderdelen van een voertuig:
ener-giebron, overbrenging(en), wielen en
on-derstel. Het doel van dit model is:
- de onderlinge relaties van de
componen-ten van het voertuig te beschrijven;
- de energiehuishouding van het voertuig
te analyseren;
- de selectie van
overbrengingsverhoudin-gen en optimalisering daarvan;
- beoordeling van de mogelijkheden voor
het ontwerpen van een 'intelligent' voer-tuig.
Het concept voor een voertuig is
weergege-ven in afbeelding l. Dit concept is deels
abstract en deels een concretisering van het
ontwerp. De betekenis van de verschillende
componenten van dit voertuig is
aangege-ven in de afbeelding. Van dit ontwerp zijn
veel varianten bekend.
32
Afb. L Concept voor het aandrijfsysteem van een voertuig,
E = energiebron T R 1 TR2 = CVT ï83 TR4, TR4'' TR51 = aandrijvend wiel TRS" = aandrijvend wiel t H o S M u M = seÍvice module = generatorisch deel TR2 E hotorisch deel TR 2
Het ontwerp is in afbeelding 2
terugge-bracht tot een combinatie van vierpolen en
tweepolen, waarin de verschillende
over-brengingsverhoudingen I zijn toegewezen
aan elke overbrengingscomponent. De
ka-rakteristieken van de energiebron zijn
toe-gewezen aan de ingaande tweepool E, de
karakteristieken van de last aan de
uitgaan-de tweepool Z.
In aÍbeelding 2 wordt aangenomen, dat de
overbrengingscomponenten werken zonder
verliezen. De draaimomentverliezen en de
hoeksnelheidsverliezen worden veron-dersteld nul te zijn. Deze abstractie kan worden gebruikt om een serie van vergelij-kingen op te stellen voor de beschrijving
van de energiehuishouding van het
voer-tuig. Deze vergelijkingen kunnen worden
afgeleid uit het schema dat in de
linkerbo-venhoek van afbeelding 2 is opgenomen. Tabel I geeft enkele van deze vergelijkin-gen.
Tussen twee overbrengingscomponenten kunnen we controle-oppervlakken definië-ren, waardoor we in staat zijn het vermo-gen te berekenen dat via deze controle-op-pervlakken wordt doorgeleid. In een over-brengings-trein zonder vermogensverliezen moeten we voor elk adequaat gekozen con-trole-oppervlak even grote vermogens vin-den. Speciale zorg vereist het definiëren van controle-oppervlakken voor overbrengin-gen waarin vermooverbrengin-gensstromen worden ge-splitst of samengevoegd.
Zodra vermogensverliezen worden geïntro-duceerd vinden we een model als in afbeel-ding 3 is weergegeven. Deze verliezen kun-nen voorkomen als hoeksnelheidsverliezen
Ook hier kan een serie vergelijkingen wor-den opgesteld op dezelfde maniei als be-schreven voor het model voor verliesvriie overbrengingen in afbeelding 2. Tabel-Z geeft enkele van deze vergelijkingen. Hier kunnen eveneens controle-óppervlak-ken tussen de 4-polert worden gebruikt om de energiehuishouding van het-voertuig te analyseren. Voor twee controleoppervlakken, die bij één en dezelfde 4poolhoren -eén aan de ingangszijde en één aan de uit-gangszijde - kunnen we de vermoqens-stroom door deze controle-oppervla-kken bepalen. De verhouding tussen uitgaand en lngaand vermogen bepaalt het totale rende_ ment van de in beschouwing genomen over_ brengingscomponent.
T I F . L I v I L . T . ' r l [ T ' r ] i l - l F I F ] I _ ]
AJb. 2. I{iskundig model yoor voertuigoverbrengingen zonder vermogensverliezen.
T t F . L l v [ L . T . r ] [ ï i ] i t - l F t F ] I - ]
krommen constánt brandstofveÍbruik
AÍb. 3. I|tiskundig model voor voertuigoverbrengingen, gensverliezen.
Tabel I
@ 2 = @ f i 1 @ 3 = @ 2 ' i 2T'a
= Ti'ia
T á = F a ' is
aL = co'+'i+
etc.
constant-vacurim krommen. carburateur A.fb. 4. T,q-diogram voor enerliebronnen, Wiskundig model voor de energiebron Als energiebron voor een voeïtuis wordt gewoonlijk een interne of externe ierbran_ dingsmotor toegepast. Een enkele keer wordt overwogen een elektrische vermo_ gensbron te nemen [l].
Alle vermogensbronnen kunnen door mid_ del van hun karakteristieken worden be_ schreven in een (I1o1)-diagram, zoals weergegeven in aÍbeelding 4. Dit diagram bevat veel informatie omtrent het uit-gangstoerental, het draaimoment. het brandstofverbruik, het rendement, be_ dru ïsgrenzen, geluid, enzovoons.
Met moderne middelen is deze informatie gemakkelijk in analytische formules om te zetten, waardoor deze gegevens met behulp van een computer kunnen worden vei_ werkt. Deze gegevens dienen in een T1a; diagram te worden opgenomen en niet in
Tabel 2
@ 2 = a 1 - i l , 4 u l @ g = @ 2 , iZ , \ a ZT l = T i ' i a ' a f l
T 6
= F e . i s - r i l
< o b = a 4 ' ' i l . 4 o l eIc. "-[tJ_!-Gl"-o c . a n c D c a a b " P i = T r . @ t = c o n s t a n t r l F "=
- wAandrijftechn iek, december 1 983
vermo-een'vermogen/toeren'-grafiek.
Als we ons onderzoek willen uitbreiden van
het niet-dynamische naar het dynamische
gedrag van het voertuig, dienen we ook de
parameters van de energiebron te kennen
die de dynamische prestaties van deze
over-brengingscomponent bepalen.
Gebruiken we elektrische
vermogensbron-nen, dan dienen we de karakteristieken van
de elektromotor te herleiden tot een
?"1ct1-diagram, inclusief de karakteristieken van
de accu's. Een poging daartoe is beschreven
i n [ ] .
Modellen voor tandwieloverbrengingen
Alle tandwieloverbrengingen hebben onder
alle bedrijfsomstandigheden een
hoeksnel-heids-rendement gelijk aan I, binnen de be
perkingen van hun toepassingen (nr:t),
De rendementen ten aanzien van het
draai-moment zijn een functie van de
hoeksnel-heid ar en van de krachtdichthoeksnel-heid van de
tandwieloverbrenging []. Over een groot
toerentalbereik is dit rendement wijwel
ge-lijk aan I en het uitgaande draaimoment is
derhalve een goede maatstaf voor de
kracht-diihtheid van de overbrenging. Het
rende-ment 4rvooÍ het draaimorende-ment kan worden
getekend als een functie van de hoeksnelheid
ctrl en het lastkoppel T2 zoals afbeelding 5
toont. Deze relatie kan ook worden
'ver-taald'in een analytische functie zodat deze
in de computer kan worden geprogram-meerd. Hiertoe hebben we voor elke
scha-kelstand van een tandwieloverbrenging met
meerdere schakelstanden een dergelijke set
krommen nodig. Elke stand heeft namelijk
een specifïeke waarde voor li. In het
abstrac-te model van aÍbeelding 3 kunnen de 4-pool
figuren TRl, TR3 en TR4 door zulke betrek-kingen worden beschreven.
De differentieel-overbrenging 3 heeft in de
niet-geblokkeerde stand gelijke
lastkop-pels, dus Tl: Ti' . Als één uitgaande as met
een hogere hoeksnelheid draait
a[= (aa+ 6), dan draait de andere
uitgaan-de as met uitgaan-de hoeksnelheid rtt[' :(rDq-4,
dus ai#a[' . In de geblokkeerde toestand
Eeldt: al:610' ' = cD4eí Tl# Tl' .
Modellen voor de wielen
In wezen is een aangedreven wiel een
over-brenging, waarmee roterend mechanisch
veÍmogen (4-f*.9 wordt omgezet in
translerend mechanisch verÍnogen
(Pa:Fs'Z3). Voor een wiel zonder
vermo-gensverliezen kunnen we concluderen, dat
de overbrengingsverhouding van het wiel
is:D/2 als D de wieldiameter is, omdat Vs=D/2. oj en dus Vt/ai=D/2:I5.Van
dit gezichtspunt uit bezien, behoort het wiel
tot de grote groep van verÍnogensomzet-ters, die roterend mechanisch ve[nogen
omzetten in translerend mechanisch
verÍno-een [2], I3l.
De vermogensverliezen van wielen liggen
op het vlak van de hoeksnelheid en van het
draaimoment. Het rendement van de
hoeksnelheid is gedefinieerd als
4(,r5: (l - S) waann S: o+ b ({,/)
met a, b en c als constanten voor een
be-paalde combinatie van wiel en contactvlak
en
F', gelijk aan de trekkracht van de wielen. Andere modellen kunnen worden eebruikt 34
om de slip ,s van een wiel te beschrijven, af-hankelijk van de aangenomen combinatie van wiel en contactvlak.
Het rendement voor het draaimoment 4n voor een bepaalde combinatie van wiel eri contactvlak kan worden beschreven vol-gens formule l.
Hierin is
G = vertikale belasting op het wiel; Fz : trekkracht (hetzij F7 of Fs);
Z=horizontale snelheid van het hart van het wiel, (hetzij V7 of Vs);
D= wieldiameter;
p, q, r, t en u zijn constanten aÍhankelijk van de combinatie van wiel en contactvlak. Ook hier kunnen diverse modellen worden overwogen.
Het totale energetische rendement van het wiel wordt bepaald volgens formule 2. Voor een wiel dat over een geploegd opper-vlak rijdt, zijn enkele karakteristieken gete-kend in afbeelding 6.
Dat de aangedreven wielen inderdaad de karakteristiek van een overbrenging bezit-ten wordt duidelijk aangetoond in de af-beeldingen 2, 3 en 5. De indruk wordt ge-wekt dat wielen een vaste overbrengingsver-houding hebben. In de meeste gevallen is dit juist. Het is bepaald geen nieuw ont-werpidee om de diameter van een wiel te vergroten door de band zwaarder op te
pompen en daardoor de overbrengingsver-houding is=D/2 te vergroten. Het ontwer-pen van speciale banden geeft de mogelijk-heid dit punt aan te wenden als een extra in-breng in de overin-brengingsketen om zodoen-de zodoen-de energiestroom te beïnvloezodoen-den. Modellen voor een CVT
De continu variabele overbrengingèn staan bij de ontwerpers van voertuigoverbrengin-gen in het centrum van de belangstelling. In het 4pool diagram van aÍbeelding 2 zullen we daarom een CVT plaatsen in positie TR2. In principe hebben we een CVT-con-cept als weergegeven in afbeelding 7 en be-schreven in [2]. De energieoverdracht bin-nen de CVT kan geschieden met mechani-sche middelen, een vloeistof of elektrisch. Omdat deze energiedragers zich analoog
Formule
t
,
1 r s = @
Formule
2--
_ vs*Ft _
4 t o t i = 4 r r * 4 " = r ï , . . / i =
= le:pL1.
[-n-l
L rí
) laixD/2)
I
lI
Í2 { N m } 700 600 I I I 600l
Í^
rrvár ffi 400t
Il
Í2 { N m ) i = (3.7/)'1 | .500I
| 400 T7 {Nrn} 300 0 20 40 60 80 100 a 2 k a d l s l - 0 0 _ 25 50 .75 100 125 . @ 2 ( r a d l s )-AÍb. 5. Rendementskrommen voor verschillende overbrengingsverhoudingen von een tand-wieloverbrenging met meerdere schakelstanden.
g^l{1l.g_.n kunnen de karakteristieken van CVT'S aan de hand uan oererráe-uËïeetïïl
kingen worden beschreven. w. ;;ïïJ.
niet verder op deze materie i" .;;;;ij; naar [2] en [8].
Beproevingen van CVT's geven betrekkin_
gen te zien voor de hoeksnelheid ryrz ai è.n
functie van @1 €n Tr voor een b.i""ld;;;
yolce]ns afbeeiding É. Her renoement van
net drÍuumoment kan worden beschreven
als een functie vfil (..l3 en T3 voor il;;:
paalde ro2. Het totale rend.á.nt ao uan"d-.
De integrerende'overbrenging, TR6 De overbrenging TR6 integreeï de rechtlij_ nige snelheden van de twee aangedreven wielen V7 en Vs tot de voertuigsnei-f.,.iO V". Uot( cte twee trekkrachten F7 en Fs wordeí samengesteld tot F9. Deze inte."grerende overbrenging TR6 behoeft niet als zodanig tetestaan. De integratie-functie kan (en áiï gebeurt gewoonlijk in de praktijk) ook worden verricht door het chassis ván hei voertuig, waariÉn de aangedreven wielen zijn gemonteerd.
Model voor heÍ lastproces
Bij het .verplaatsen van een voertuig over een horizontaal contactvlak wordt áergie verbruikt om de rolweerstand, wriivine ïn luchrweersrand re overwinne". nii ïeï-"ei: plaatsen van een voertuig over een hellend v.lak treden.ook wijzigingèn op in de poten-uele en€rgte van het voertuig door het zwaartekrachtveld. De energieítromen àiè hieruit voortvloeien worden niet ue.Uruiti. maar opgeslagen in of afgestaan door dé voertuigmassa.
De karakteristieken van het onderstel kun_ nen worden beschreven in een FqVo_dia_ grÍrm, overeenkomstig afbeelding 2.'Eén aI_ Celnegl bekende analytische funcrie wordt geomrKt om cle eigenschappen van het on_ clerstel te beschrijven. Wellicht ten over_
nemen,de ontwikkelingskosten af doordat
oe rearsatle van prototlpen kan worden
versneld. Overbrengingsverhoudingen kun_
nen g.emakkelijk worden gewijzigd en de
qaarult voortvloeiende gevolgen voor het
dynamisch gedrag en het branástofverbruil
kunnen worden nagegazrn, nog voordat het
prot.ot)?e werkelijkheid is geworden. De
Kwallelt van de numerieke uitkomsten van
het, wiskundige modellen wordt echter be_ perkt door de kwaliteit van de in de modei_
len ingevoerde numerieke waarden.
De ingewikkeldste schakel in het model is
l:t-_4-pool systeem dat het geArag uan-ae
CVT beschrijft. Te oordelen-n*1. n.n._
vens die beschikbaar zijn, is tret ooÍ ïe
zwakste rchakel. F,en gêcoórdin"..a.-pái
gmg om de kwaliteit van de gegevens over
CVT'S te verbeteren zou uiteist-nuttig zi:n
voor de .voertuigontwerper. Verschilienáe
laooratona zouden hierbij moeten samen_
werken om de kwaliteit op dir gebied van de
technologie te verbeteren.
Opstelling van een model voor een 'inÍelli_ genÍ'voertuig
Na de perioden waarin het ontwerpen van'interessante'
en van 'produkrieve'' machl_
nesop de voorgrond stond, zijn we nu be_
land in een periode waarin we-'intelligenti,
macnmes gaan onïwerpen. Daartoe dienen we de machine met succes te combineren met de microprocessor. Voor ontwerpers van voertuigen is dit geen nieuws. Mièro_ processoren 'denken, reeds over en 'trek_ ken conclusies' uit: luchtsnelheden bij àe inlaat, posirie van het gashendel, to...ntut, Koelvtoelstottemperatuur, aanjaagdruk bii net sprultstuk, brandstofverbruik, sensoi voor het pingelen, en andere grootheden. í,t
0,2 o
.
:
A.íb,. 0, Rendementskrommen
voor een
wieloverbrenging
op geploegd
oppritoi.""
- = íngangssignaa, C = conductiefdeel
; r ïï::JïïXdeor v = smoorkrep
AJb. .2.. Principeschema voor een continu variabele overb rengin g.
CVT, berekend volgens In=17,.,.1r. is
ï_eneens weergegeven in àrueêÍaiiri' g.
L,aarilr geven de donker gekleurde ofper_
vlakken de grenzen voor toepassing u* J.
beschouwde CVT aan. ir.i toiuiE iilË
ment {6 van deze CVT is laag en zou niet vcr boven de 70Vo zijn uitgeËo;e;;rï;
thermische instabiliteii dit niet ,ou t.UU.n
voorkomen. Referentie t+t g..it-.., ï.] schrffig van deze **i.. ï, rnoà'.ff.n
van CVT-prestaties op te stellen. H.1;;i;
van oeze auteur toont aa1,
$at het beproe_ ven van CVT's voor dit doel een nogal
uit-q:lt.i9. bezigheid is; maar ooL i, eói.[.n
oat het opstellen van modellen moÉefijl is.
!^r-besyat grote behoefte aan oUjeciieve in_
rorrnatle over de prestaties,van
bVT,s. óe
oaïs voor vergelijking moet echter uoor al_
le CVT's dezelfde zijn teneinde
"U.i..ri.ï
conclusies te kunnen trekken.
Referentie [5j geeft nuttige informarie
voor
net-opstellen van modellen voor hydrokine_
tische CVT's. Voor het opsrellen
uan rno_
dellen voor hydrosratische CVT,s k"; ;;;
putten uit [6].
AandrijÍtechniek, december 1 9g3
100 12S a 3 (radls).*.""*
AÍb' 8' Rendementskrommen voor de hoeksnerheid ars functie van T3 en at3 bij een
gege-vêfl @2.
vloede wijzen we erop, dat de niet_aange_ dreven.wielen zijn opgenomen in de karÀk_ t.errstreken van het onderstel.
SamenvatÍing van de algemeen geldende modellen
Het,opstellen van wiskundige modellen is een handig hulpmiddel gewoiden voor ont_ werpers om een ontwerp te optimaliseren voordat het wordt gerealiseerd. Hierdoor
uz = 146 radls l+ = 10.0trc h
De microprocessor koppelt middels
ge-schikte actuatoren terug naar de
energie-bron. De dialoog tussen deze twee partijen
zou moeten worden aangevuld door een
di-aloog tussen de overbrenging(en) en de
mi-croprocessor.
Het automatisch schakelen van een
versnel-lingsbak met verschillende schakelstanden
werd al in 197 4 als een noodzaak beschreven
om een optimaal werkend elektrisch
aange-dreven voertuig te realiseren [7]. Een
be-trouwbare CVT met een laag gewicht en een
hoog rendement zou mogelijkheden
schep-pen uoor een dergelijke dialoog met veel
tsoepelere' mogelijkheden. Dit is één reden
voor de verhoogde belangstelling voor
CVT's. Een andere reden is, dat de belasting
van het lastproces veel nauwkeuriger in
overeenstemming is te brengen met de
ener-giebron en dit over een gÍoter scala van
be-drijfsomstandigheden. Het voordeel zou
dan zijn: lager brandstofverbruik en betere
dynamische eigenschappen van het
voer-tuig.
Referentie [9] geeft een beschrijving van een dergetjk intelligent voertuig. Dit
ont-werp is gerealiseerd in een auto met een
me-chanische CVT volgens aÍbeelding 10. De
combinatie - motor,
tandwieloverbren-ging, CVT en secundaire
tandwieloverbren-ging - wordt bestuurd door een
micropro-cessor. De signalen die naar de
micropro-cessor gaan, zijn: stand van het gaspedaal,
inlaatdruk van de motor, toerental en de
luchtdruk waarrrÍee de stand van de
wrij-vingswielen van het generatorisch deel van
de CVT wordt bestuurd. De signalen die
door de microprocessor worden afgegeven
beinvloeden: de stand van de klep waarmee
de inlaatdruk van de motor wordt geregeld
en de stand van de klep waarmee de
stuur-druk van de CVT wordt geregeld' Er vindt
kennelijk geen terugkoppeling plaats en de
microprocessor beheerst dus een
'open-kring'besturing van de overbrenging' Het
resultaat is een overbrenging waarin de
mo-tor maximaal 20 kW kan leveren,
voldoen-de om voldoen-deze auto te doen rijvoldoen-den met
snelhe-den tot 100 km/uur bij een constant
motor-toerental van 1800 min-1. Hogere
snelhe-den zijn mogelijk door hogere
motorver-mogens en hogere toerentallen toe te
pas-sen. Door zorgvuldig de belasting van de
motor te prograrnmeren, op specifieke
be-drijfspunten van de motor, werd het brandstofverbruik bij stadsverkeer met
J O
1890 verminderd. De hoofdgedachte was' om de motortoerentallen zo constant en zo laag mogelijk te houden en de snelheid van de auto zo veel mogelijk te regelen door de overbrengingsverhouding van de CVT aan te passen.
Het ontwerpen en programmeren van over-brengingen voor'intelligente' voertuigen
zalmet meer succes kunnen worden gedaan als we het gedrag van de overbrengings-componenten uit aÍbeelding 3 goed leren 'begrijpen'. Een nauwkeuriger beproeving van deze componenten zal leiden tot een hogere kwaliteit van de wiskundige model-len en simulatie van de systemen.
Voordelen van hydrostatische overbrengin-gen
Éydrostatische overbrengingen verschaften in principe al jaren geleden de CVT 'par ex-cellence'. Deze overbrenging bood de ont-werper van overbrengingen voor voertuigen vele voordelen. De volgende aspecten mo-gen in een overzicht van de voordelen niet ontbreken.
l. De ontwikkeling van hydrostatische overbrengingen begon bijna een eeuw gele-den; een ontwikkeling die werd versneld in de vijftiger jaren. Deze doorbraak werd ge-volgd door een serie ontwikketngen tot in
5. De hoge krachtdichtheid van de hy-drostatische overbrenging maakt een zeer compacte constructie mogelijk met een ho-ge vermoho-gen/ho-gewicht-verhouding. De hy-drokinetische en elektrische overbrengin-gen hebben daarmee een formidabele te-genstander gekregen [2].
6. De regelbaarheid is zeer goed nu stuur-signalen in de hydrostatische overbrenging kunnen worden geïntroduceerd via de vari-abele hydromotor en via de varivari-abele hy-draulische pomp.
7. Deze regelbaarheid van stilstand tot maximum toerental zorgt voor een zeer goede grip van de aangedreven wielen. Het op gang brengen van zware massa's vanuit stilstand werd al door Hans Thoma aange-toond in toepassingen als rangeerlocomo-tieven [7].
8. De tweezijdige beheersing van de last, die wordt verkregen door de overbrenging uit te voeren als 'gesloten kring'-systeem, 'duwt' niet alleen de last, maar voorkomt ook dat de last voor de overbrenging uit gaat lopen. Dit is van groot belang als een voertuig off-the-road wordt gebruikt. 9. Omdat de meeste 'off-the-road'
voertui-AÍb. g. Driedimensionale grafieken voor de rendementskrommen,
rákening houdend met de bedrijfsgrenswaarden van de CW'
AÍb. 10. Voorbeeld van een mechanísche continu voriabele
over-brenging.
gen het maximum koPPel vragen in de eerste 2590 van hun toerentallen, is het ren-dement van de overbrenging onder deze omstandigheden van groot belang. De hy-drostatische overbrenging is in dit opzicht duidelijk superieur ten opzichte van andere overbrengingen zoals Clifford aangeeft
t l u .
10. De hydrostatische overbrenging biedt een grotere flexibiliteit in de plaatsing van de hydromotor(en) ten opzichte van de pomp(en). Compacte opstellingen fcunnen worden gerealiseerd, even fraai als over-brengingen, waarbij de componenten ver uit elkaar liggen. Deze laatste mogelijkheid wordt toegepast voor overbrengingen van trams [2]. Bij gelede voertuigen geeft deze eigenschap de mogelijkheid een hulp-aan-drijving te ontwerpen voor dat deel van het voértuig dat normaal wordt getrokken [l3l'
I l. De toepassing van hydro-mechanische vertakte overbrengingen vond ook een pas-sende plaat in het stuursysteem van rups-de jaren tachtig, die leidrups-de tot het realiseren
van overbrengingen voor een vermogen met enkele honderden kW's per aandrijfeen-heid.
2. De reeks ontwikkelingen zorgde voor een grote variatie aan pompen en hydromoto-ren. De axiale plunjerpompen en hydromo-toren bewezen technisch de juiste oplossing te bieden voor overbrengingen met een ho-ge werkdruk (krachtdichtheid), een hoog rendement over een groot werkgebied en met een lange levensduur.
3. De compactheid van deze overbrenging is aanmerkelijk verbeterd door de intro-ductie van knikas-eenheden met assen onder een hoek van 40o ten opzichte van el-kaar.
4. Het 'volwassen worden' van de variabele axiale plunjermotor heeft het draaimo-mentgebied, dat onder volle belasting kan worden bereikt, vergroot tot zeer aantrek-kelijke waarden van l:5 en zelfs meer.
Aandrijftechniek, december 1983
I
voertuigen. Vanwege de krachtdichtheid van de hydrostatische overbrenging kan de-ze worden gebruikt als hulpsysteem voor de tandwieloverbrenging, als aanlullend systeem voor een vertakte overbrenging. Beide mogelijkheden zijn uitgevoerd in respectievelijk een elektrische CVT (Re-nault) en een mechanische CVT. Beide ont-werpen gaven blijk van een onevenwichtige combinatie van twee verschillende vermo-genskanalen met zeer verschillende kracht-dichtheden.
De toepassing in militaire rupsvoertuigen heeft de mogelijkheid geschapen hydrosta-tische overbrengingen met een hoge levens-duur te vervaardigen voor minder geavan-ceerde toepassingen. Een uitstekende ana-lyse van hydromechanische gedeelde aan-drijvingen wordt gegeven door Jarchov t l 4 l .
12. Voor omstandigheden op de vlakke weg schijnt de toepassing van CVT's in hybride aandrijfsystemen terecht een onderdeel van studie te zijn. De energie binnen zulke over-brengingen wordt tijdelijk opgeslagen en toepassing van een CVT is noodzakelijk. Bij een mechanische CVT wordt een vlieg-wiel gebruikt; bij een hydrostatische CVT kan zowel een vliegwiel als een hydro-pneu-matische accumulator worden aangewend. De ongunstige factor bij een hydro-pneu-matische accumulator is de rélatief lage ver-houding arbeid/gewicht. Optimalisering van de toepassing van deze component zal noodzakelijk zijn. De analyse van hydro-pneumatische accumulatoren door Kork-maz [0] is van groot belang. Een interes-sant feit is, dat al in de dertiger jaren een pneumo-mechanische hybride aandrijving was gemonteerd in een Plyrnouth. De mo-tor dreef het voertuig rechtstreeks aan via een mechanische overbrenging, maar dreef ook luchtcompressor. Een omgebouwde stoommachine diende als aanlullende ver-mogensbron, die het verÍnogen betrok uit een luchtreservoir. Tijdens het remmen werkte de luchtmotor als compressor en werd het reservoir geruld. Het is duidelijk, dat de twee overbrengingen niet goed bij el-kaar pasten, zeker als men let op hun ver-schil in krachtdichtheid, om niet te spreken van het lage rendement van de pneumati-sche overbrenging die in deze hybride aan-drijving wÍls opgenomen [15]. Nu zijn ge-zondere pogingen bekend van de Univers! teit van Aken, van Volvo Zweden, van MAN en van de Universiteit van Berlijn. Penetratiegraad van hydrostatische over-brengingen
Vanwege de vele voordelen die de hydrosta-tische overbrenging heeft, zoals in het voor-gaande hoofdstuk vermeld, heeft deze aan-zienlijke vooruitgang geboekt als overbren-ging in voertuigen. Het geluidsniveau van hydrostatische componenten is de oorzaak geweest van veel teleurstellingen. Dit ge-luidsniveau is de afgelopen jaren echter aanmerkelijk teruggebracht. Ook de te ge-ringe levensduur is overwonnen door be-paalde typen hydrostatische energieomzet-ters. Hoge werkdrukken, speciaal in het laag-toerige gebied, zijn gerealiseerd. Het rendement van hydrostatische overbrengin-gen is verbeterd. Veel bezwaren teoverbrengin-gen deze overbrenging zijn dus verdwenen.
Aandri jftechniek, december 1 983
De hoge krachtdichtheid, het hoge rende-ment en de lage prijs van tandwieloverbren-gingen maken dat de versnellingsbak nog steeds een sterke tegenhanger voor veel toe-passingen. De strijd tussen de hoogtoerige hydromotor met geïntegreerde tandwielo-verbrenging en de laagtoerige hydromotor is al vele jaren aan de gang, en gaat voort als een onbesliste strijd tussen twee goede tegenstanders [6].
Niettemin is een aanmerkelijke vooruitgang geboekt als toepassing in voertuigen, speci-aal in 'off-the-road' voertuigen. Veel voer-tuigen zijn ontworpen met hydrostatische elementen en werken met prestaties die niet te evenaren zijn door welke andere over-brenging dan ook. Het scheppen van iets dat zijn gelijke niet kent, schijnt noodzake-lijk te zijn voor een succesvolle introductie op de markt.
Bij de toepassing in spoorwegmaterieel moet de hydrostatische overbrenging nog bewijzen dat ze superieur is ten opzichte van andere oplossingen, anders zullen an-dere overbrengingen op dit terrein opdui-ken en zal de hydrostatische overbrenging weer verdwijnen.
Elektrische voertuigen hebben tot nog toe slechts een klein deel van de markt in han-den. Beschouwen we hun problemen in de-tail, dan krijgt men de indruk dat hydrosta-tische overbrengingen hier niet veel hulp kunnen bieden [], [7]. Het belangrijkste probleem - het grote gewicht van de accu's - wordt niet opgelost door de keuze van de overbrenging. De toerentalregeling kan elektrisch geschieden en een zeer doel-matige aanwlling wordt verkregen door een automatisch schakelende twee- of drie-versnellingsbak te gebruiken.
Voor wegvoertuigen is de versnellingsbak met meerdere versnellingen duidelijk supe-rieur aan de 'automatische overbrenging', in welke vorm dan ook, als we het brandstofverbruik beschouwen. De intro-ductie van een CVT op zich is niet genoeg om een 'intelligent' en energiezuinig voer-tuig te scheppen. Daarvoor is ook een mi-croprocessor nodig zoals beschreven in de paragraaf 'Samenvatting...'. Tot nu toe zien we veel activiteiten rond mechanische CVT's zoals die uit aÍbeelding 12. Hoe goed deze werkelijk zijn, moet nog worden bewezen. Te oordelen naar de vaak 'exoti-sche' materialen die worden gebruikt, zul-len deze overbrengingen bepaald niet goed-koop zijn. We weten ook wat gebeurt op het contactvlak tussen de drijfriem en de tractieschijven [8] en het is belangrijk te bedenken dat Herziaanse spanningen in principe, zelfs binnen de lagers, kunnen worden geëlimineerd uit hydrostatische overbrengingen. Ook dient het rendement van deze overbrengingen te worden onder-zocht op een goede vergelijkingsbasis. De mechanische CVT zou, als het juiste type overbrenging is gekozen, wel eens een ren-dement kunnen vertonen dat de ontweroers van hydrostatische overbrengingen 'tor na-denken' zou stemmen. De vergelijking dient wel te worden gemaakt na 1000, 2000 en 3000 bedrijfsuren. Dan zou de slinger wel weer eens in de richting van de hy-drostatische overbrenging kunnen uitslaan. Het voornaamste bezwaar van de hydrosta-tische overbrenging zal nog steeds het ge-luidsniveau zijn, ondanks de vooruitgang
die in de afgelopen jaren is geboekt. De vooruitgang van de mechanische CVT dient nauwlettend in het oog te worden gehou_ de,n. Het,geluidsniveau van de hydrostati_ sche overbrenging dient te worden verlaaed en de introductie van microprocessoren In hydrostatische overbrengingen gestimu-leerd. Het doen van onderzoekingen als be_ schreven in de paragraaf ,Samenvat-ting...' - en nog belangrijkere - zou het doel dienen te zijn voor de komende iaren. De tijd afwachten en ondertussen een ster_ kere positie verweryen op het gebied van'off-the-road'
toepassingen kon wel eens het juiste antwoord blijken te zijn voor de benadering van'on-the-road' toepassingen in de toekomst.
Literatuur:
UI L.A-M. van Dongen; Energetische optimataering van aandrijJsystemen yoor elektrische yoeíuigen, Di; sertatie Technische Hogeschool Eindhoven, Néderland, 18 maaÍt 1983.
[2f W.M.J. Schlósser; A contribution ío the studv of analogies of.power lransmission in machines, Nomina-ted lecture for the Institution of Mechanicd Éngineers, Proceedings 1974, Volume 188 t/74,9 jmuad 1t74. [3] P. Wusthof; Du Verhalten der Antriebsrtider und ihre Bedeutung Ínr die hldrostatische Ubertragungen im Fahrantrieb,,^Industrie Anzeiger 13, laargang SOlit, 28 september 1971.
[4] J. Schoenmake\ Continu vaiabele oyerbrenpin-gen, Laboratorium voor Aandrijftechniek, Techniihe Hogeschool Eindhoven, januari 1982.
I5f M. Wolf; Strómungskupplungen und Stómunss_ wandler, Sprnger Verlag, Berlijn, 1962.
[O W.M.J. Schlósse( The overalt elftciency of Dositi-ve displacement pu mps, Hydrathc pneumátic' Éower-1969, Vol. 15, no. 173, pp 212/280.
Í1 T. lshihra, M. Hashimoto: A new conceDt of oo_ werrrain for electric vehicle, Fisira XV congrês, Éarijs t974.
fEl E. Zieban, A..Ot\ Vergleich und Bewerrunp ver_ schrcdener Arten der Leatungsilbertrugunp im kraft_ Jahneug, Auromobilrechnische Zeirschrifr SZ ftSAOI i.
Í91 H. Tolsma; Microprocesor rege| brandstofver_ Qruik, lt Akrueel, Z seprember 1980, pp3/4. [0]. F. _Korkmaz; Hydrospeicher als Eiergiespeicher, Springer Verlag, Berlijn, ISBN 3 540 lll09 j. Í111 N.M. Cbfford: Hydrostatic transmissions, the potmtiol for Juel saving in offthe-road vehicles, Natio_ nal Fluid Power Conference, Chicago,, l9gl. U2l J. KeIr; Hydra's hydrostotic trsnsmission heods for Euro-ParÍnerchrg The Engineer, 16 april l9gl.
[13] R. Delacour; L'assistance hydraulique ntr vehicu-Ies routiers, Ingénieurs de I'automobile, no. 16. decm_ b e r 1 9 8 1 .
[l4]. F._Jarchov;
4ysleCung und Gestaltung htdrosto-tischer
_Koppelgetriebe,, College Ruhr-Univeisiteit, Bo_ chum, West-Duitsland.
[15f J. Hrywood, J. Wilkes; Is there a better iltomo_ bile engine?, Technology Review 19, november/deieÁ_ ber 1980.
U6l W.M.J. Schlóser; Snellopende en lonpzaamlo-pende hydraulische motoren, Schip en Werf. )ge iaar_
g a n g . n r . l , 1 9 6 1 .
Íl7l _P._ Bloch:. Hydro-Tiran-Hydrostarische Ail riebe, Von Roll Mirreilungen, nr. t-4. januarizde."-U.i iólál l5e jrugmg.
I18l M.J.W. SchouÍen; Einfluss elastohydrodynami_ scher Schmierung auf Reibung, Verschteiss und iebens-dauer von Getrieben, Dissertatie TH Eindhoven, 23 ok_ tober 1973.
