artikel

BMW demonstreert motorfiets van de toekomst

Techniek Premium 639

Vehicle to Vehicle communicatie, zelfrijdende voertuigen, slimme verlichting en geavanceerde productietechnieken. Het is niet voorbehouden aan auto’s, zo liet BMW zien tijdens een innovatiedag op haar testcircuit ‘Miramas’ in het zuiden van Frankrijk…

BMW demonstreert motorfiets van de toekomst
Voor een zelfrijdende motorfiets zijn nu nog koffers vol meet- en regelapparatuur nodig. Straks moet dat allemaal compact in de motorfiets verwerkt zijn.

Op het BMW-terrein komt een testrijder aanrijden op een fraaie GS1200. Hij stapt af en vergeet de zijstandaard uit te klappen. De BMW blijft gewoon staan. Dan gaat de GS er in zijn eentje vandoor en draait achtjes op het terrein, tot alle open gezakte onderkaken weer opgekrikt zijn. Dan klapt de GS zelf zijn zijstandaard uit en stopt. Verbazingwekkend. Natuurlijk hebben we allemaal gehoord van de zelfrijdende Google-auto, en we hebben al jaren geleden een BMW zelf over het Top Gear-circuit zien rijden. Dat de zelfrijdende auto eraan komt is geen nieuws meer.

Veel auto’s zijn al uitgerust met diverse Automated Driver Assistance Systemen, kortweg ADAS. Auto’s kunnen al jaren zelf fileparkeren. Met Adaptive Cruise Control (ACC) kunnen auto’s de afstand tot de voorganger constant houden. Met Lane Departure Warning (LDW) kunnen ze binnen de lijnen van de rijbaan blijven. Autonomous Emergency Braking (AEB) zorgt dat de auto kan remmen wanneer er zich een obstakel voordoet. Zelf remmen en uitwijken kan de nieuwste Lexus ook al. De navigatie weet waar we heen moeten en diverse auto’s hebben al een highway-assistent, die min of meer autonoom over de snelweg kan rijden, waarbij lidar, radar en optische camera’s de omgeving in de gaten houden, zodat de auto daar veilig doorheen kan rijden.

Door V2V kan via connectivity gewaarschuwd worden voor kruisend verkeer, zodat je tijdig kunt remmen, zelfs als je het voertuig zelf nog niet kunt zien.

Niet zelf rijden maar bijsturen

Autonoom rijdende auto’s zijn zinvol. Niet alleen omdat de meeste ongevallen door menselijke fouten worden veroorzaakt, maar ook omdat autorijden door druk verkeer of op lange afstanden vervelend is. Het is niet erg om dat aan een computer over te laten, als je dan zelf iets leuks of nuttigs kunt doen. Een motorfiets die zelf rijdt lijkt een middel zonder doel. Meestal ga je motorrijden voor je lol en zelfs als je van A naar B moet, kun je op een motor niets anders doen dan motorrijden.

Een motor moet je eerst de verkeerde kant o sturen om hem uit balans te brengen

Toch ziet BMW hier een belangrijke functie voor de autonome technologie. Niet om de motor zonder bestuurder op pad te sturen, maar om hem te controleren en zonodig bij te sturen. Motorrijders halen soms bijvoorbeeld een bocht niet, omdat ze de motor niet ‘platter’ durven te leggen, terwijl dat best zou kunnen. Bij wildongevallen rijden ze vaak tegen het wild aan, omdat ze niet hard genoeg remmen of niet durven uit te wijken, terwijl automobilisten daarbij juist vaker een boom naast de weg raken. Dodelijke auto-ongevallen zijn in Duitsland in de laatste tien jaar dankzij ADAS met 73 procent gedaald. Motorongevallen zijn met 38 procent teruggelopen, mede dankzij ABS en bochten-ABS en tractiecontrole. Het helpt dus wel, maar niet genoeg.

Op het testcircuit wordt van alles gemeten en getest om ervoor te zorgen dat de motoren in de praktijk betrouwbaar en veilig zijn.

De autonome technologie kan de ideale koers en handelswijze bepalen en die vergelijken met de door de rijder gekozen parameters. Indien nodig kan het systeem dan ingrijpen door bij te sturen, te remmen of uit te wijken, of bij voorbaat al snelheid te minderen. Een noodstop is (nog) niet mogelijk, aangezien een motorrijder ‘los’ op de motor zit.

Wat vindt de motorrijder?

Technisch gezien zit een motorfiets natuurlijk anders in elkaar dan een auto. Het is een evenwichtsvoertuig. Er zijn dus enorm veel testen en metingen nodig om de input van de rijder te begrijpen en te imiteren. Om autonoom rijden mogelijk te maken, is de motor voorzien van stuurkoppelsensoren, een stuuractuator, een geautomatiseerde koppeling en versnellingsbak, een hellingshoeksensor en een actieve zijstandaard. En blijkbaar heeft hij ook een gyroscoop, die hem in staat stelt stil te staan zonder zijstandaard. Uit alle data moet de ECU bepalen wat de beste route van A naar B is, wat de beste baan rond een obstakel is en welke hellingshoek een motor nodig heeft om een bepaalde baan te maken.

Er zijn speciale wielen ontworpen die allerhande krachten en momenten kunnen meten tijdens het rijden, om meer inzicht te krijgen in de belastingen die in de praktijk optreden.

Bij een auto geef je de voorwielen een bepaalde stuurhoek en dan beschrijft hij een bepaalde cirkel. Een motor moet je eerst de verkeerde kant op sturen om hem uit balans te brengen, dan een stuurhoek de goede kant op om hem op een bepaalde hellingshoek te houden waarbij hij de gewenste bocht rijdt, vervolgens te ver insturen om hem een koppel te geven dat de motor opricht. Dat is een stuk ingewikkelder.

Daarnaast is het voor BMW een uitdaging om systemen, sensoren en actuatoren te vinden die qua formaat op de motor passen en die bestand zijn tegen het hoge trillingsniveau alsmede de weersinvloeden waar je op een motor last van hebt. Een probleem is dat de aantallen in de motorindustrie klein zijn en dat het dus moeilijk is om toeleveranciers te vinden. En als het dan allemaal lukt, is de volgende uitdaging dat de motorrijder de technologie moet accepteren. Het moet raar voelen als je motor verder een bocht in valt dan jij voor veilig houdt…

Praten met de omgeving

Met behulp van rekstrookjes worden belastingen gemeten.

V2X staat voor communicatie tussen een voertuig en zijn omgeving. Dat kan van alles zijn. Een ander voertuig, een stoplicht, de auto- of motorfabrikant, hulpdiensten, een parkeerservice, noem maar op. Vandaar Vehicle to X. Sommige van die mogelijkheden zijn voor je comfort. Je kunt via je connected vehicle aan de telefoniste van het callcenter van de fabrikant vragen om een pizzarestaurant voor je te zoeken, zij kan die dan op afstand in je navigatie programmeren. Dat is geen toekomst, dat kan bij veel auto’s al.

Auto’s zijn vanaf april 2019 ook verplicht om een e-call systeem te hebben. Na een ongeval worden de hulpdiensten dan automatisch ingeschakeld, die weten dankzij de ABS-sensoren dan al hoe zwaar de impact was en via de GPS waar je bent. BMW motorfietsen kunnen ook al worden voorzien van  E-call, maar veel merken hebben het nog niet. V2X kan straks in je dashboard een aanwijzing geven met welke snelheid je door kunt rijden zonder voor rood te hoeven stoppen. Maar wat, zeker voor de motorrijder, belangrijk is, is de mogelijkheid om te waarschuwen voor onzichtbare gevaren.

De autonome technologie kan de ideale koers en handelswijze bepalen

Een radar- of optische camera heeft dezelfde beperkingen als het menselijk oog: je kunt niet door een gebouw of een vrachtwagen heen kijken. Maar via Wifi, LTE, 4G of 5G is het wel mogelijk te communiceren met voertuigen die je zelf niet kunt zien. Dat laatste, 5G, is de standaard waar bij de ontwikkeling vanuit wordt gegaan, omdat dit de snelste vorm van communicatie biedt.

Traffic Assistant

De V2X-communicatie maakt diverse ‘Cross Traffic Assistant’-waarschuwingen mogelijk. Je voertuig kan zo weten dat er een auto van rechts achter een gebouw komt. De ‘Intersection Movement Assist’ kan dan waarschuwen, zodat je kunt remmen. Bij een auto kan de rem door het systeem worden bediend. Met ‘Emergency Electronic Brake Lights’ krijg je in het dashboard een waarschuwing als een voertuig verderop in een ‘colonne’ hard remt, terwijl je zijn remlichten niet kunt zien. Zo kun je al remmen voor je voorligger reageert en heb je minder kans op een kop-staart botsing. Daarnaast kan het systeem bijvoorbeeld waarschuwen als er een voertuig met pechlichten aan langs de weg staat. Zo weet je dat al voor je hem ziet en kun je de snelheid aanpassen. De mogelijkheden zijn legio: waarschuwen voor tegenliggers die voor je langs afslaan, voor wegwerkzaamheden of voor gladde plekken, waarop het ESP van je voorganger ingreep.

Connected Motorcycle Consortium

Autofabrikanten vergeten dat er behalve auto's nog meer voertuigen op de weg zijn

Het probleem van V2V-communicatie is dat het alleen goed werkt als iedereen meedoet en iedereen dezelfde taal spreekt, oftewel hetzelfde communicatieprotocol gebruikt. In de autotechniek zijn veel fabrikanten of toeleveranciers met hun eigen systeem bezig en vergeten ze nog wel eens dat er behalve auto’s nog meer voertuigen op de weg zijn. Daarom is het belangrijk dat de motorfietsbranche er in een vroeg stadium op inhaakt en samenwerkt. Diverse motormerken, zoals BMW, Yamaha, Honda, Kawasaki, Suzuki en KTM doen dat in het zogeheten Connected Motorcycle Consortium.

Onderdelen uit de 3D printer

BMW experimenteert met onderdelen die met 3D-printers zijn gemaakt. Dat geeft veel vrijheid op het gebied van vormgeving.

De meeste onderdelen in een motorfiets worden gegoten, gesmeed, geëxtrudeerd, geperst, uit buizen gelast of met spuitgietmachines vervaardigd. Er is echter een nieuwe productietechniek in opkomst: 3D printen. Voor kunststof is dat al een redelijk bekende techniek, er zijn diverse huis-, tuin- en keukenprintertjes die 3D-modellen kunnen maken door steeds een dotje gesmolten kunststof op een voorwerp te spuiten en zo een voorwerp uit kleine dotjes kunststof op te bouwen. Voor metalen is de techniek wat gecompliceerder. Daar wordt een dun laagje metaalpoeder, van het gewenste metaal of de gewenste legering, op een metalen plaat geveegd. Vervolgens wordt het poeder op de gewenste plekken met een laser op de plaat gesmolten. Dan zakt de plaat enkele micrometers (50 micrometer is mogelijk) en wordt er weer een laag poeder op geveegd, waarna het proces zich herhaalt en er een voorwerp ontstaat.

Vormvrijheid

In de toekomst gaan we ook rijwielcomponenten van carbonfiber zien, zoals deze achterbrug.

Doordat je niet met vaste profielen werkt of aan vormen gebonden bent, waarmee een voorwerp nog uit een mal los kan komen, ben je met 3D-printen heel vrij in de vormgeving van het onderdeel. Je kunt dus fraaie vormen maken of bijvoorbeeld wanddiktes variabel aanpassen aan de belasting: dikker waar nodig en dunner waar het kan, voor gewichtsbesparing. Je kunt de vorm ook al dichter bij de vorm van het gewenste voorwerp krijgen, terwijl bij gieten bijvoorbeeld nog draai en slijpbewerkingen nodig zijn. Bovendien kun je vaak meerdere onderdelen tegelijk printen of kun je heel gemakkelijk volautomatisch meerdere onderdelen achter elkaar maken.

Het is ook heel gemakkelijk om een onderdeel snel aan te passen. Je hoeft immers geen nieuwe mal te maken. Dat maakt deze techniek vooral heel geschikt voor het maken van prototypes of kleine productieaantallen, bijvoorbeeld voor remanufacturing van slecht verkrijgbare onderdelen. Denk aan een raamhendeltje voor een oldtimer.

Leren construeren

Carbonfiber wielen zijn mooi en superlicht. Ze moeten wel eerder kapot gaan dan het frame en daarbij toch stabiel blijven…

3D-printen spreekt tot de verbeelding. Een paar haken en ogen zitten er echter nog wel aan. Je kunt bijvoorbeeld niet op een open ruimte printen, dus zul je een voorwerp met een vierkant gat diagonaal moeten printen. Verder kun je in principe alle lasbare metalen 3D-printen, maar met de gewenste vorm alleen ben je er nog niet.

Het is nodig om de gevolgen van de constructietechniek voor de materiaaleigenschappen te leren begrijpen. We weten dat gietijzer bijvoorbeeld brosser is dan smeedstaal en dat spuitgietaluminium sterker is als je het onder hoge druk inspuit, zodat je weer kleinere wanddiktes kunt maken. Hoe is het met de sterkte van een uit laspuntjes opgebouwd metaal?

En is dat in alle richtingen even sterk of hangt dat af van hoe het is geprint? Zijn er na het printen inwendige spanningen? “Zeker”, stelt Torsten Burkert, Project Manager Pre-Development Additive Manufacturing Metal bij BMW. “Daarom krijgen aluminium delen nog een warmtebehandeling, een half uur bij 500 °C en daarna anderhalf uur op 50 °C”.

Carbonfiber

Er wordt ook getest met carbonfiber frames. De uitdaging is om de plekken rond de aluminium inserts sterk genoeg te maken en om de uitzetting van het motorblok op te vangen. Dat kan wel 2 mm uitzetten als het warm wordt.

In de toekomst gaan we naast metaal ook kunststoffen zien voor constructieve delen. Met name carbonfiber is een kunststof die vanwege zijn lage gewicht en de hoge (trek-) sterkte erg interessant is voor de fabricage van motorfietsen. Daar wordt in Miramas veel mee getest. Zo ligt er een carbonfiber achterbrug voor een F850: “Die is sterk genoeg tot 40 pk”, stelt Matthias Greger, Technical General Manager Light Technology. “Maken we er langsverstevigingen van CFK-band in, dan blijft hij heel tot 100 pk. Voegen we daar zijverstevigingen en onder- en bovenverstevigingen aan toe, dan is hij sterk genoeg voor 200 pk. Dat meten we, maar we doen meer testen. UV-testen, zouttesten, alle invloeden van de omgeving worden meegenomen.”

Zo kunnen de aluminium inserts problemen veroorzaken. Ze worden bij een swing-arm ingegoten voor de swingarmbevestiging of de wielasbevestiging. Aluminium kan nogal uitzetten als het warm wordt, daarom moet de carbonfiber behuizing zo sterk worden gemaakt, dat die niet alleen heel blijft, maar de uitzetting zelfs geheel tegengaat. Daarbij moet er ook nog een laagje glasfiber als isolator tussen het aluminium en het carbonfiber worden geplaatst, aangezien carbonfiber en aluminium allebei elektrisch geleidend zijn en er anders contacterosie kan optreden.

Monocoque

BMW experimenteert ook met monocoque frames voor motorfietsen. Een uitdaging daarbij is dat een motorblok als het warm wordt 2 mm kan uitzetten. Een carbonfiber frame is bovendien zo duur, dat de motor total loss is als dit beschadigd raakt.

Daarom worden er preventieve breukvlakken in de swingarm gemaakt

Daarom worden er folies op aangebracht die het frame beschermen tegen schuifschade. Iets minder voor de hand liggend is dat er daarom ook preventieve breukvlakken in de swingarm worden gemaakt. Als de belasting te groot wordt, gaat de swingarm kapot en blijft het frame heel. Een swingarm is immers goedkoper te vervangen.

Om dezelfde reden worden carbonfiber velgen zo gemaakt dat ze eerder kapotgaan dan het balhoofd. De kunst is om de velg zo te maken dat er een scheur ontstaat, zonder dat de velg inklapt. Bij testen met een beschadigde velg werd nog 2.080 km doorgereden, zij het met een binnenband, aangezien de velg niet meer luchtdicht was.

Veiliger motorrijden

Een motorfiets die zonder rijder op pad gaat. Technologie die de rijder straks moet ondersteunen, als een soort parallel systeem.

BMW introduceerde op Miramas diverse technologieën. Sommige zijn bedoeld om de prestaties van de motoren te verbeteren, maar BMW heeft ook een duidelijke focus op veiligheid. Het idee is om het motorrijden zo veilig te maken, dat mensen die nu eigenlijk wel motor zouden willen rijden maar dat niet durven, straks zonder bezwaren op een motorfiets (over-)stappen.

Reageer op dit artikel