Steeds meer bussen in Nederland zijn elektrisch. Inmiddels wordt zo'n 80% van alle nieuwe bussen aangedreven door een elektromotor. Goed nieuws voor het klimaat, zou je kunnen zeggen. Maar er is een probleem:omdat het vaak moeilijk te voorspellen is hoeveel energie er nog in de batterij zit, worden er vaak meer bussen ingepland dan nodig is. Ook busmaatschappijen moeten vaak maanden van tevoren plannen. doctoraat onderzoeker Camiel Beckers vond dat dit efficiënter kon. Hij ontwikkelde modellen die precies kunnen voorspellen hoeveel energie een elektrische bus op een bepaald traject verbruikt.

Net als elektrische personenauto's worden elektrische bussen aangedreven door een of meer elektromotoren, die energie krijgen van een grote batterij aan boord van het voertuig. Hoe ver de bus kan rijden, het rijbereik, hangt af van twee factoren:de capaciteit van de batterij en het energieverbruik van het voertuig.

Omdat het niet eenvoudig is om de energiecapaciteit van een elektrische bus te vergroten (batterijen zijn groot en zwaar), hebben deze bussen een kortere actieradius dan conventionele dieselbussen. "Bovendien varieert het rijbereik nogal, afhankelijk van het voertuig, de weg, het verkeer en het weer", legt Camiel Beckers uit, onderzoeker bij de onderzoeksgroep Dynamics and Control bij de faculteit Werktuigbouwkunde van de TU/e.

"Dit is niet alleen onhandig voor de individuele chauffeur, omdat hij of zij niet weet hoe lang de bus nog kan rijden, het is ook vervelend voor de mensen die de planning maken. Die moeten vaak meer bussen klaarmaken dan er daadwerkelijk nodig zijn, voor de zekerheid, wat natuurlijk niet erg efficiënt is."

Slip en ophanging

Dit inspireerde de jonge onderzoeker om een ​​tool te ontwikkelen die het energieverbruik van elektrische bussen tot in detail voorspelt. "Mijn tool houdt niet alleen rekening met route-informatie, zoals de maximaal toegestane snelheid op de route, maar ook met actuele weergegevens en de helling van de weg."

De voorspelling is voornamelijk gebaseerd op fysieke modellen die de voertuigdynamiek van de bussen simuleren. Denk aan de rolweerstand van de wielen, luchtweerstand en de verliezen die optreden bij het aandrijven van de wielen. "Vervolgens hebben we deze modellen verrijkt met actuele gegevens over het weer en route-informatie, zoals de locatie van verkeerslichten", zegt Beckers.

De onderzoeker testte zijn model met elektrische stadsbussen van VDL, die worden ingezet in de stad Eindhoven. "Hieruit bleek onder meer dat het nemen van bochten veel energie kost, tot 5% van het verbruik van de aandrijflijn. Dat komt omdat de banden meer slippen in een bocht. We ontdekten ook dat de vering van de bussen extra energie verbruikt bij het rijden over oneffen wegdek. Op oneffen wegen kost dat tot 13% van het gemiddelde energieverbruik in stadsbussen."

Online leren

Het mooie van Beckers' werk is dat zijn modellen steeds slimmer worden. "Door gebruik te maken van zogenaamde recursieve parameterschattingsmethoden (online leren), worden mijn modellen automatisch beter naarmate er nieuwe gegevens beschikbaar komen."

Uiteindelijk kon Beckers met een foutenmarge van slechts 10% voorspellen hoeveel energie een bepaalde bus op een bepaald traject zou verbruiken. "Hieruit, in combinatie met bestaande batterijmodellen, kun je dan ook de exacte actieradius voorspellen."

Dynamische planning

Beckers, die na zijn promotie bij TNO aan de slag gaat, hoopt dat zijn modellen vooral van pas zullen komen bij de dynamische planning van bussen. “Momenteel worden bussen maanden van tevoren ingepland, wat niet altijd even efficiënt is. In de toekomst kan dat veel later, een week van tevoren, of zelfs een dag eerder. Dat heeft natuurlijk allerlei voordelen, zoals efficiëntie en flexibiliteit."

De onderzoeker ziet ook toepassingen voor personenauto's, zolang de route redelijk voorspelbaar is. "Denk aan forensen die elke dag dezelfde route naar hun werk nemen. Ook zij zouden gebaat zijn bij wat minder actieradius natuurlijk."