FAST

Erik Couzijn

O.S.G. Willem Blaeu

In dit onderzoek heeft Erik een continu variabele transmissie (CVT), zoals gebruikt in auto’s, ontworpen en gebouwd. Deze Full-range Automatische Slipvrije Transmissie(FAST) kan staploos schakelen en er treden geen verliezen op door slip. Voor het prototype van de FAST is gebruik gemaakt van 2 kegels waar een getande riem omheen loopt. Om te zorgen dat de riem niet kan slippen, wordt gebruik gemaakt van zogenaamde vrijlooprollen. Dit zijn rollen die slechts één kant op kunnen draaien. Doordat er een korter of langer deel van de riem tussen de vrijlooprollen kan komen, kan de omloopstraal van de riem rond een kegel gevarieerd worden. Elk kegel heeft 4 ingebouwde vrijlooprollen. De straal van de kegels varieert van 13 tot 54 mm, waardoor de secundaire as (naar de wielen) maximaal 4 keer langzamer of sneller kan draaien dan de primaire as (van de motor). Zo kan het overbrengingsgetal van de transmissie geheel traploos worden geregeld.

Het prototype bevat naast de transmissie ook een microprocessorschakeling met een microcontroller. Het geheel wordt in een LEGO-constructie in de vorm van een wagen geplaatst. De microcontroller is in feite een minicomputertje en kan aangesloten op een PC, metingen aan de FAST verrichten en de transmissie regelen. M.b.v. een zelfgeschreven programma kan de gewenste motorsnelheid, de stand van de stuur en de sterkte van de motor ingesteld en verstuurd worden van de PC naar de microcontroller. Vervolgens meet de microcontroller de werkelijke motorsnelheid, de wielsnelheid en de stand van de transmissie en stuurt deze gegevens naar de PC, waar ze met een tweede programma gelezen kunnen worden. Aan de hand van deze metingen kan bepaald worden of er slip optreedt. Want wanneer er geen slip optreedt, is het overbrengingsgetal, gemeten aan de stand van de automaat, gelijk aan de wielsnelheid gedeeld door de motorsnelheid. Tijdens het experiment stuitte Erik op het probleem, dat de riem niet recht over de kegels bleef lopen, maar de smalste delen opzocht. Hij heeft dit op verschillende manieren proberen op te lossen, door bv. riemgeleiders langs de zijkanten van de kegels te monteren, staalkabels langs de riem ter geleiding rond de kegels te bevestigen, andere riemen te testen en een andere plaatsing van de kegels. Geen van deze pogingen zijn geslaagd, wel slaagde de onderzoeker erin het principe van de FAST met succes te testen door de riem handmatig rond de kegels te geleiden. Door de vrijlooprollen en de riemen te vervangen door een overbrengingswiel, dat heen en weer kan schuiven tussen de kegels, kan een continu variabele transmissie verkregen worden die niet slipvrij is. Het voor de FAST bedoelde meet- en regelsysteem kan nu gebruikt worden om te bepalen hoeveel slip er optreedt. Door het overbrengingsverhouding, gemeten aan de stand van de automaat, uit te zetten tegen de verhouding wielsnelheid/motorsnelheid, kan gecontroleerd worden of er slip optreedt. Wanneer er geen slip optreedt zijn deze verhoudingen gelijk en is de richtingscoëfficiënt dus 1. Het blijkt dat bij de transmissie met overbrengingswiel geen of verwaarloosbare slip optreedt. Ook heeft Erik de stabiliteit en de reactietijd onderzocht door de motorsnelheid eerst constant te houden en daarna plotseling te verlagen. Het regelsysteem kan de motorsnelheid binnen een marge van circa 4% op de gewenste snelheid houden. Wanneer de motorsnelheid met een factor 2 afneemt (van 66% naar 33%) bedraagt de reactietijd ongeveer 18 seconden. Kleinere veranderingen van de motorsnelheid worden eerder gerealiseerd. Een verlaging van de motorsnelheid met een factor 1,2 wordt bereikt in 8 seconden. Een praktische toepassing lijkt mogelijk. De FAST kan met name interessant zijn voor de zogenaamde vliegwielauto. Deze auto wordt aangedreven door een vliegwiel dat zo af en toe door een verbrandingsmotor op snelheid wordt gebracht. Hierdoor draait het vliegwiel eerst snel, maar gaat steeds langzamer draaien totdat de motor hem weer op gang brengt. Om de auto toch op constante snelheid te houden is dus een goede continue variabele transmissie nodig.