Businessklasse in een racewagen
[ in ]onderzoek
Het is geen auto, geen bus, geen vrachtwagen en zelfs geen superstretched
Antonia Terzi, chief vehicle designer van de Superbus
8
limousine. Wat er wel aan de Rotterdamseweg gebouwd wordt, is de veelbesproken Superbus, die van deur tot deur zal rijden en een snelheid moet gaan bereiken van 250 kilometer per uur. Deze zomer al wordt deze nieuwe vorm van openbaar vervoer in Peking in gebruik genomen tijdens de Olympische Spelen.
Jos Wassink
“Dames en heren, het verkeer op de A13 staat vast vanwege een ongeluk. Ik stel voor dat we nog tien minuten wachten.” Voor zijn presentatie van een nieuw openbaar vervoersconcept kan prof.dr. Wubbo Ockels zich geen beter begin wensen. Zijn Superbus moet namelijk een nieuwe uitweg bieden voor het groeiende mobiliteitsprobleem. Dat is eerlijk gezegd nog maar moeilijk voor te stellen als je door het gebouw aan de Rotterdamseweg loopt. Achter in de hal ligt - nog in onderdelen - de bodem van de Superbus. Even verderop staat een negen meter lange mal met de zijkant en vleugeldeuren. In de mal wordt laag voor laag koolstofvezel aangebracht, die vervolgens onder vacuüm geïnjecteerd wordt met kunsthars. Het is een vrij arbeidsintensief proces en een prijzig materiaal. Geen wonder dus dat de keiharde, plankstijve en ultralichte koolstofvezel alleen in de meest exclusieve automerken toegepast wordt, in de duurste Ferrari bijvoorbeeld. De grote mal is voor Ockels een teken van hoop. “Ik weet nog hoe lastig het was om een ontwerp te maken voor een zijkant van negen meter met acht deuren erin, die toch voldoende stijf zou zijn. Dat is nu gelukt met kruisverbindingen om de gewenste stijfheid te realiseren. Het maken zelf is niet het grote werk.” Ockels begrijpt dat het voor niet-ingewijden moeilijk is zich voor te stellen dat hier over een half jaar een prototype Superbus uit de garage zal rollen. Toch heeft hij daar het volste vertrouwen in. “De motoren, het stuursysteem, de batterijen, de 8•1
Delft Integraal
ramen: alles ligt er, of wordt binnenkort geleverd. Dan is het alleen nog een kwestie van in elkaar zetten. Het is moeilijk je een voorstelling te maken van het enorme tempo hier. In twee jaar van schets naar prototype, dat doet niemand ons na.” Op de constatering dat het project om die reden misschien ook voor de nodige scepsis zorgt, antwoordt Ockels: “Wat veel mensen niet weten is dat ik veel ervaring heb met het runnen van projecten. Ik heb vroeger ooit in zes maanden tijd een satelliet gebouwd. En wat dacht u van de Nuna? Geef mij een klein team met intelligente mensen en een gezamenlijke focus. Laat mij maar voor de ruimte en het geld zorgen. En je zult zien: dit gaat geweldig.” Formule 1 Een gezichtsbepalende medewerkster is de chief vehicle designer dr. Antonia Terzi. Tijdens het interview loopt ze twee keer de kamer uit om snel iets te regelen. Elke keer sluit ze de deur achter zich om de anderen niet te storen. “Ik schreeuw nogal”, zegt ze. “Ik ben Italiaanse en dat is te merken.” De temperamentvolle Terzi studeerde werktuigbouw en materiaalkunde aan de universiteit van Modena. “Het hart van Ferrari,” voegt ze eraan toe. Haar afstudeeropdracht was een opdracht voor het racemerk Menardi. Daarna volgde een promotie opdracht aërodynamica aan de universiteit van Exeter voor Ferrari. Waarna zij werd aangenomen als ‘chief aerodynamics’ van het BMW-Williams F1 team. “Ik heb dus voor alle grote racemerken gewerkt. Ik
[ in ]onderzoek Foto’s: Sam Rentmeester/fmax
De contouren van de Superbus volgens Antonia Terzi: een lage, gestroomlijnde en supergestretchte limousine
vond het fantastisch en ik heb er veel van opgestoken. Niet alleen over aërodynamica, maar over snelle auto’s in het algemeen. De Superbus is voor mij de volgende uitdaging.” “Superbus zit vol technische hoogstandjes,” vervolgt Terzi. “We hebben ons laten inspireren door de laatste stand van de techniek, en hebben de oplossingen opnieuw geformuleerd binnen de randvoorwaarden van Superbus. En waar ik bijzonder trots op ben is de integratie van het geheel. Dat is een enorme klus. We hebben met vijftig verschillende bedrijven te maken, niet alleen in Nederland maar ook in het buitenland. Die moeten allemaal in dezelfde richting werken. In dit gebouw werken dertig mensen, maar in totaal zijn er meer dan 75 verschillende bedrijven, instellingen en universiteiten bij het project betrokken.” Superbus moet de luxe en de privacy van de eigen auto evenaren. Terzi: “Je stapt via je eigen deur de Superbus in, zo in je individuele ruimte. Ook je reis is individueel, want je belt Superbus wanneer je wilt vertrekken. Het is net je eigen auto, maar het is toch openbaar vervoer. Superbus is niet de slome saaie bus die je kent, dit is opwindender dan een Porsche. De passagier beleeft comfort. Hij zit in een grote, brede stoel met crèmekleurig leer over de zachte schuimkussens. Hij kijkt door blauwgetint glas naar buiten, waardoor het altijd zomer lijkt. Hij heeft zijn eigen ruimte met eigen televisie en eigen ingangsdeur. Net zijn eigen auto, maar dan luxer.” Waar straks deze luxe cabine gebouwd zal gaan worden, staat nu echter nog een houtje-touwtje
opstelling op ware grootte. Aan elkaar geschroefde latjes vormen samen een model van de carrosserie. Hier en daar is het frame met karton, triplex of plastic afgedicht. Voorin staat een stoel achter de ruime stuurconsole met daarachter een rij van drie stoelen. De Superbus is vanwege de stroomlijn laag, te laag om doorheen te lopen. Daarom is er ook geen gangpad. Passagiers stappen in en uit door een van de acht deuren aan linker en rechter zijkant. Alleen de middelste passagier zal even voor iemand langs moeten. Industrieel ontwerper ir. Jochem van Deelen maakt deel uit van het interieur ontwerpteam. Hij legt uit dat het interieur op de computer ontworpen is, maar dat het ook als mock-up gebouwd wordt om de ruimte beter te kunnen beleven. Als Van Deelen zijn ogen dicht doet, ziet hij het interieur al voor zich: “Het zal sportiviteit behouden, het blijft toch een raceauto. Je zult het kale koolstofframe zien zitten en ook de gehele constructie. Maar daarbinnen zit je in een luxe fauteuil met je eigen klimaat regeling. Inderdaad, business class in een racewagen.” Aanpassingen Er zijn nog maar zes maanden te gaan tot Peking, en het team heeft nog veel te doen. Terzi: “Er ligt nog wat ontwerpwerk open, het voertuig wordt nu gebouwd en daarna volgen de tests.” Het ontwerp van het middendeel is definitief, maar de achterzijde moet nog bijgesteld worden. Chassis en glaswerk zijn in uitvoering; elektromotoren zijn besteld en gedeeltelijk geleverd. De elektromotoren >> 8•1
Delft Integraal
9
[ in ]onderzoek
Superbus is opwindender dan een Porsche
worden direct met een as aan één van de vier achterwielen gekoppeld; hierdoor blijft de geveerde massa op het wiel laag. De batterijen van lithium-polymeer zijn besteld. En de software voor de verwerking van de input van maar liefst 750 sensoren aan boord van de Superbus is under construction. Deze boord programmatuur krijgt de invoer te verwerken van de veiligheidsgordeldetectie (voor alle 24 stoelen) tot de radar voor obstakeldetectie. Het ontwerp van de wielophanging ten slotte, is ook definitief, maar wel een stuk eenvoudiger dan oorspronkelijk gepland. Het was de bedoeling om een proactieve vering te realiseren; een systeem dat vooruitkijkt en het wiel omhoog trekt als er een bobbel in het wegdek zou opdoemen. Anderhalf jaar geleden was prof.dr.ing Ingo Hansen (leerstoel ontwerp vervoers- en verkeersvoorzieningen, afdeling transport en planning, faculteit CiTG) daar erg kritisch over. Met gevoel voor understatement
noemde hij het intelligente veersysteem ‘een heel grote uitdaging’. Ockels zegt nu: “We hadden er geen rekening mee gehouden dat wanneer je het wiel omhoog trekt, er door de reactie iets anders naar beneden gaat, waardoor het effect teniet gedaan wordt.” “De actieve wielophanging is inderdaad een voorbeeld van vereenvoudiging,” zegt Terzi. “Een andere aanpassing is de automatische piloot. We hebben gezegd dat in stadscentra en op de autosnelwegen een chauffeur de bus zou besturen, maar dat op de supertrack (speciale betonbanen voor de Superbus, red.) de Superbus op automatische piloot zou rijden. Nu zijn die banen er nog niet, dus hebben we voorlopig ook afgezien van de automatische piloot. Maar ondersteunende systemen zoals de radar zijn er al wel. En verder? Ik zou zo gauw geen andere voorbeelden weten.” Over de software maakt Terzi zich – ondanks de 750
Een mock-up op ware grootte dient om de indeling van het interieur, de ergonomie en het uitzicht van de chauffeur proefondervindelijk te optimaliseren.
10
8•1
Delft Integraal
Gladjes Gevraagd naar het rijgedrag van de Superbus, zegt de hoofdontwerper: “Op de weg zal het rijden als... een Superbus. Je kunt het nergens mee vergelijken. Een gewone bus rijdt nogal wobbelig, dat heeft Superbus niet. Superbus gaat gladjes, maar je kunt er ook agressief mee rijden. Niet omdat een sportieve rijstijl in het gewone gebruik gewenst is – we willen juist meer comfort – maar omdat we een goede wegligging willen om in noodgevallen een obstakel te kunnen vermijden. Dat moet zonder vreemde bijverschijnselen gebeuren.” Parallel aan de productie van de laatste onderdelen begint de assemblage, de bouw van de Superbus. Later in het voorjaar zal de Rijksdienst voor het Wegverkeer het voertuig een speciale toelating voor de openbare weg verschaffen en een vrijstelling van de standaard regels vanwege het niet passen in de standaard categorieën. In de zomer moet de Superbus verscheept worden naar Peking om daar uiterlijk 8 augustus te kunnen rijden tijdens de Olympische Spelen. De Superbus zal dan waarschijnlijk nog niet op volle snelheid getest zijn en nog niet al de functionaliteit hebben zoals die uiteindelijk bedoeld is. Al was het maar omdat de Superbus in Peking niet harder dan 100 kilometer per uur mag rijden. Wubbo Ockels vindt dat geen bezwaar: “Dit is het eerste testplatform dat voldoet aan de eisen. Daarna gaan we banden, wielen en aërodynamica verder verbeteren. In Peking kunnen marktpartijen zich melden.” Eén ding is zeker: de Superbus rijdt in Peking niet ongemerkt voorbij. Het Superbusprogramma wordt ondersteund door hoofdsponsoren TU Delft, ministerie van Verkeer en Waterstaat, kunststoffabrikant Sabic en busbedrijf Connexxion. Het budget van ruim 7 miljoen euro zal naar verwachting tot 2010 voldoen.
Een negen meter lange mal dient als basis voor de carrosserie van de Superbus. Laag voor laag wordt de koolstofvezel erin opgebouwd tot een keihard en ultrastijf frame.
Technische gegevens Superbus Aandrijving
Vier elektrische motoren gevoed door lithium polymeer batterijen en remstroomopwekking
Vermogen
300 kW, piekvermogen 600 kW gedurende 1 minuut
Actieradius
210 km
Acceleratie
0-100 km/u in 36 sec (in comfort mode)
Remweg
minder dan 200 m (bij een snelheid van 250 km/u)
Kruissnelheid
250 km/u
Lengte
15,00 meter
Breedte
2,50 meter
Hoogte
1,60 meter
Gewicht
9.000 kg volledig beladen
Gewichtsverdeling
34/66
Torsiestijfheid
30.000 Nm/deg
Vering
Luchtveren en instelbare schokdempers met aluminium subframe
Bereik bodemhoogte
330 mm (70 mm tot 400 mm)
Chassis frame
Koolstofvezel/epoxy composiet
Bodywork
IXIS
Ramen
Polycarbonate (Lexan)
Driving mode
Met chauffeur op bestaande wegen, op supertrack met automatische besturing
Passagiersvoorzieningen
Veiligheidsgordels, airbags, tv, internet, airconditioning, verwarming
Voorzien van
Navigatiesysteem, obstakeldetectie, communicatiesysteem, fail safe systeem en controlesysteem
Aantal zitplaatsen
23 passagiers en een chauffeur
8•1
Delft Integraal
[ in ]onderzoek
sensoren – niet veel zorgen. De sensoren zijn aangesloten op een door Lloyds’ gecertificeerd systeem, dat ook gebruikt wordt op grote jachten. Dat integreert alle sensoren en een aantal lokale PLC’s (programmeerbare logische controllers, red.). Wel kan ze zich voorstellen dat sommige regelsystemen nog voor verrassingen kunnen zorgen. Als voorbeeld noemt ze het acculaadsysteem, dat moet voorkomen dat de accu’s te ver worden opgeladen. Als de accu’s vol zijn, en er komt laadstroom van de remmen terug, wat doet het systeem dan? Opslaan in een condensator of mechanisch remmen? Dat moet straks getest worden.
11
Variabele bodemhoogte In stadscentra ligt de bodem 40 cm boven de grond zodat de Superbus probleemloos over verkeersdrempels kan rijden. Zodra de Superbus over de Superbanen rijdt en de snelheid wordt opgevoerd naar 250 km/u, zakt de bodem tot 7 cm boven het wegdek. De luchtweerstand van de Superbus is dan minimaal. Tweede voordeel van de lage wegligging is het lage zwaartepunt van de Superbus, zodat deze ook bij topsnelheid een obstakel kan ontwijken zonder risico dat de bus kantelt of omvalt. Voorwaarde is dat het wegdek bobbelvrij is.
luchtveren
[ in ]onderzoek
Liftsysteem Een liftsysteem tilt de complete opbouw van de Superbus omhoog en omlaag ten opzichte van het voor- en achterframe. De opbouw is met scharnieren verbonden met de frames. Vier hydraulische cilinders controleren de verticale liftbeweging.
Vleugeldeur
Onderbalk De onderbalk van de zijwand past in de U-balk van het chassis.
Bodem Het chassis van de Superbus (inclusief cabine en achterdeel) bestaat volledig uit koolstofvezel. De bodem is opgebouwd uit acht langsbalken en tientallen dwarsribben ingeklemd tussen twee bodemplaten (5.5 mm dik).
Bodemhoogte 40 cm Bodemhoogte 7 cm Schokdemper
'
Elektromotoren en accu's Vier elektromotoren , ieder direct met een as gekoppeld aan één van de vier achterwielen, drijven de Superbus aan. Omdat er geen versnellingsbak nodig is, treden geen transmissieverliezen op. Een power inverter maakt energie uit lithium-polymeer batterijen geschikt voor gebruik door de elektromotoren. Als de Superbus remt, werken de elektromotoren als generator en wordt de remenergie opgeslagen in de accu’s. Via laadkleppen in de bus kunnen de accu’s vanuit beide kanten snel verwisseld worden. Met een actieradius vam 210 km moeten op een lange rit de accu’s een keer verwisseld worden.
Bestuurderscabine
Aluminium frame Het frame van het voor- en achterdeel, inclusief de wielophanging, is van aluminium gemaakt.
Topsnelheid 250 km/u
Koeling In het achterdeel bevindt zich een aircosysteem en een koelsysteem voor de motor. Verse lucht wordt aangevoerd via een inlaatstuk in het dak.
c 2 008 S up er bu s
Acceleratie 0-100 km/u in 36 s Capaciteit 23 passagiers
Bestaande techniek Hoewel Superbus gebruikt maakt van de huidige stand van de techniek, zijn veel onderdelen speciaal ontwikkeld. Zo heeft Vredestein een speciale band voor de Superbus gemaakt. Bestaande vrachtwagenbanden kunnen een hoge belasting dragen maar zijn niet bestand tegen hoge snelheden. Bij banden van raceauto’s ligt is dat precies andersom. De unieke Superbusband moet het gewicht van een vrachtwagen met de snelheid van een raceauto combineren.
8•1
Lichtgewicht Superbus De Superbus is even lang (15 m) en breed (2,5 m) als een gewone bus, maar is veel minder hoog. De Superbus is vanwege de stroomlijn laag (1,6 m) en de passagiers hoeven niet door een middenpad te lopen. Dankzij het koolstof frame en de composietwanden is het gewicht van de beladen Superbus minder dan de helft van dat van een gewone bus (negen ton in plaats van 20 ton). Composiet body De buitenkant/body van de Superbus is gemaakt IXIS. Dit composiet-materiaal bestaat uit een schuimkern met aan beide kanten glasvezel. Het materiaal neemt veel energie op bij een botsing en is goed recyclebaar.
Superbanen Op de snelweg wisselt de Superbus van normale wegen naar speciale Superbanen waar een topsnelheid van 250 km/u mogelijk is, net zo hard als een hogesnelheidstrein. Een netwerk van Superbanen is een noodzakelijke voorwaarde voor het slagen van het Superbus-concept.
12
Dakverbindingen Dakelementen verbinden de twee zijwanden waardoor een stijve, gesloten constructie ontstaat.
[ in ]onderzoek
Stijve zijwanden Het chassis bestaat ruwweg uit de bodemplaat, twee zijwanden en dakelementen. Een zijwand bestaat uit een boven- en een onderbalk die verbonden zijn door de stijlen van de vleugeldeuren. Doordat deze balken ‘elkaar kruisen’ krijgt de zijwand de gewenste stijfheid. Elke zijwand wordt als één onderdeel gemaakt. Met dezelfde mal worden ook de vleugeldeuren (apart) gemaakt. Waar nodig worden losse koolstofelementen aan elkaar gelijmd.
Delft Integraal
Sensoren De Superbus krijgt 750 sensoren aan boord. Zo wordt automatisch vastgesteld of alle pasagiers hun gordel dragen en of er bij het open en sluiten van de vleugeldeuren niemand in de zwaaicirkel van de deuren staat. Verder heeft de Superbus een obstakeldetectiesysteem dat met een radarsignaal objecten een paar honderd meter voor de Superbus detecteert.
Comfortabel reizen De Superbus heeft 23 luxe stoelen met beeldscherm en internetverbinding. Vanuit de twee voorste stoelen – de racing chairs – hebben de passagiers goed zicht op de stuurconsole zodat ze kunnen ‘meerijden’ met de bestuurder. Bij het reserveren van een reis kan men een voorkeurszitplaats aangeven. Een camera in de neus zorgt dat ook de andere passagiers via hun beeldscherm kunnen meekijken op de weg. De middelste stoelen zijn wat naar voren verschoven om de reizigers meer privacy te geven. De achterste twee compartimenten zijn gescheiden door doorzichtige wanden.
8•1
Delft Integraal
13
