Goodyear en TNO verbeteren voertuigveiligheid met intelligente banden

De onmisbare rol van banden in slimme voertuigveiligheid

Auto’s zijn geëvolueerd van voertuigen die alleen hun eigen staat in de gaten houden, naar voertuigen die hun omgeving observeren en met behulp van intelligente hulpmiddelen en geautomatiseerde functies de verkeersveiligheid vergroten.

“Maar ondanks alle sensoren en slimme algoritmen die helpen bij het besturen van het voertuig, is het enige contact met de weg nog altijd die vier stukjes rubber ter grootte van een hand”, aldus Ron Wouters, System Engineer bij TNO. De banden zijn daarom cruciaal voor de veiligheid van het voertuig, aangezien ze het stuur- en remvermogen regelen. Verlies van tractie door versleten banden, slecht wegdek of slechte weersomstandigheden gaat ten koste van de veilige werking van de besturingssystemen.

Wouters: “De banden hebben grote invloed op het gedrag en de veiligheid van een voertuig. Variabelen zoals het type en de grootte van de band, slijtage en bandenspanning beïnvloeden de bestuurbaarheid en het remvermogen. Veiligheidsvoorzieningen zijn ontworpen voor een smal werkvenster, waardoor het nog belangrijker is om te anticiperen op de actuele omstandigheden. Banden kunnen voertuigsystemen voorzien van waardevolle informatie, waardoor deze rekening kunnen houden met de actuele omstandigheden van de banden, de weg en het weer, en hun gedrag daaraan kunnen aanpassen om zo de veiligheid te vergroten.”

ABS als eerste testcase

Goodyear heeft een SightLine-programma opgezet waarmee het innovatieve toepassingen voor intelligente banden wil verkennen. TNO en Goodyear werken al langere tijd samen op het gebied van R&D en hebben gezamenlijk bijgedragen aan belangrijke innovaties in moderne bandentechnologie. In 2021 werd deze vruchtbare samenwerking nieuw leven ingeblazen met gezamenlijk onderzoek naar bandenintelligentie. Ron Wouters: “Dit onderzoek vereist zowel kennis van banden als expertise op het vlak van toepassingen. TNO heeft beide in huis. We hebben een zeer open en transparante samenwerking met Goodyear.”

Om de potentiële voordelen van bandenintelligentie voor de effectiviteit van veiligheidssystemen in voertuigen aan te tonen, hebben Goodyear en TNO gekozen voor een relatief eenvoudige toepassing: het antiblokkeersysteem (ABS).

Tegenwoordig zijn alle moderne voertuigen uitgerust met ABS, een systeem dat het stuurvermogen in stand houdt en de remafstand verkort door te voorkomen dat de wielen bij hard remmen blokkeren. Het ABS past in productievoertuigen een aantal vaste parameters toe, die tijdens de ontwikkeling door middel van uitgebreide tests zijn gedefinieerd. De betrouwbaarheid van het systeem wordt vergroot als het zich kan aanpassen aan de omstandigheden wanneer het wordt geactiveerd.

Deze parameters, in combinatie met het aanpassingsvermogen, zijn bedoeld om verschillende soorten banden onder verschillende omstandigheden, waaronder verschillende weg- en weersomstandigheden, optimaal te laten presteren. Ron Wouters: “Deze strategie is echter niet genoeg om het remvermogen volledig te maximaliseren. Doel van dit onderzoeksproject was om gebruik te maken van bandeninformatie die wordt verstrekt door de intelligente banden, voordat het ABS wordt geactiveerd, en zo de best mogelijke prestaties te verkrijgen.”

Veelbelovende testresultaten

Voor dit doel hebben Goodyear en TNO een demonstratievoertuig ontwikkeld voorzien van een verbeterde ABS-controller, die gebruikmaakt van de gegevens van intelligente banden. Ron Wouters: “Deze banden verstrekken zowel statische informatie, zoals het soort band en de fabriekseigenschappen, als dynamische informatie, zoals temperatuur, wielbelasting en actuele omstandigheden. Gewapend met deze informatie minimaliseert de ABS-controller de rotatieversnelling van de wielen en maximaliseert hij de wielslip om zo in alle moeilijke remomstandigheden het grootst mogelijke grippotentieel te benutten.”

De Volkswagen Golf die hiervoor werd gebruikt, werd aan een omvangrijk en intensief testprogramma onderworpen, met onder meer remtesten op droog en nat wegdek en met verschillende soorten banden, zowel nieuwe als versleten. “Na eerst voor de referentieband de originele ABS-prestaties te hebben gemeten, hebben we met dezelfde band het ABS van TNO getest. Daarna is de test herhaald met drie andere banden, zowel nieuwe als versleten. Uit de resultaten van het experiment blijkt dat intelligente banden de ABS-prestaties aanzienlijk kunnen verbeteren.”

“Het verlies aan tractie als gevolg van slijtage van het profiel of moeilijke weg- en weersomstandigheden, wordt door de afgestelde controller gedeeltelijk gecompenseerd. Dit resulteert in een aanzienlijk kortere remweg. Bovendien hebben we laten zien dat intelligente banden de onzekerheid in het systeem kunnen verminderen. De tijd die het ABS nodig heeft om optimale parameters vast te stellen voordat het in werking treedt, wordt korter, wat leidt tot betere remprestaties.”

ABS is nog maar het begin

Naast de aanzienlijke veiligheidsvoordelen voorziet TNO ook een aanzienlijk economisch voordeel voor OEM’s. ABS met intelligente banden zorgt er namelijk ook voor dat er minder uitgebreide afstellingen en tests voor verschillende voertuigconfiguraties nodig zijn. De resultaten van het ABS-onderzoeksproject zijn voor het eerst aan de wereld gepresenteerd tijdens de CES in Las Vegas en onlangs op ATZlive’s Chassis.tech plus in München, waar ze veel indruk maakten op een publiek van OEM’s en Tier 1-leveranciers in de auto-industrie.

“Hoewel dit project een belangrijke stap is voor het demonstreren van bandenintelligentie, is dit nog maar een begin,” aldus Ron Wouters. “Het principe om gegevens van intelligente banden te gebruiken om de effectiviteit van voertuigsystemen te vergroten, kan worden toegepast op een hele reeks ADAS- en autonome veiligheidssystemen. Een logische vervolgstap zou onderzoek kunnen zijn naar Autonomous Emergency Braking (AEB), waarbij de remweg onder verschillende weers- en bandomstandigheden wordt geoptimaliseerd en voorspeld, of Automated Emergency Steering (AES), waarbij automatisch wordt gestuurd om ongelukken te helpen voorkomen, wanneer er een potentiële botsing wordt gedetecteerd.”

Intelligente banden cruciaal voor CCAM

Terwijl intelligente banden al zeer nuttig blijken te zijn voor de huidige veiligheidsvoorzieningen van voertuigen, kunnen ze volgens Ron Wouters van onschatbare waarde blijken voor de coöperatieve, verbonden en geautomatiseerde mobiliteit (Cooperative, Connected, and Automated Mobility, CCAM) van de toekomst. “In het huidige verkeer anticiperen bestuurders op moeilijke omstandigheden, omdat ze bijvoorbeeld weten dat een glad wegdek de remweg verlengt. Daarom houden menselijke bestuurders meer afstand bij het rijden in de regen, ijs of sneeuw en verminderen ze hun snelheid in bochten, waarbij ze rekening houden met de toestand van de weg en de belading van het voertuig.”

“Geautomatiseerde voertuigen moeten hun rijstijl eveneens aanpassen aan deze veranderende omstandigheden, zonder dat ze beschikken over menselijke inzichten. Intelligente banden kunnen deze informatie nauwkeurig en in realtime leveren en zo rijstrategieën bepalen op basis van de actuele omstandigheden. De industrie richt zich momenteel vooral op systeemontwerp, maar we moeten ervoor zorgen dat geautomatiseerde systemen in staat zijn zich aan te passen aan wisselende verkeerssituaties, weersomstandigheden en bandenslijtage. Intelligente banden zullen een onmisbaar onderdeel gaan vormen voor veilig geautomatiseerd rijden.”