Dat een auto draadloos gegevens over de prestaties kan verzenden, kennen we wel uit de Formule 1. Maar er zijn ook gegevens, die tot dusver eigenlijk niet meetbaar waren. Bijvoorbeeld krachten die op de auto uitwerken. Die kunnen echter nu ook worden gemeten door middel van een systeem van de Duitse start-up COMPREDICT.
Het systeem maakt daarbij gebruik van de bestaande sensoren in auto’s of machines. De artificiële intelligentie concludeert echter op basis van al die meetgegevens hoe de staat van de componenten is. De virtuele sensoren van COMPREDICT kunnen worden geïntegreerd in bestaande telematicasystemen, waardoor gebruikers realtime gegevens uit het voertuig te zien krijgen.
De onderneming werd in 2016 aan de Technische Universität Darmstadt opgericht door Rafael Fietzek en Stéphane Foulard. Het bedrijf levert zijn systeem aan onder andere autofabrikanten, telematicabedrijven en wagenparkbeheerders. De virtuele sensoren kunnen het dynamische gedrag van onderdelen zoals accu’s, remmen en aandrijflijnen meten. Zij bieden inzicht in hoe voertuigen worden gebruikt en hoe zij presteren. Dat maakt voorspellend onderhoud en een beter ontwerp van componenten mogelijk. Gezien de enorme hoeveelheid informatie die auto’s tegenwoordig kunnen produceren, moet het systeem weten uit welke gegevens het moet kiezen.
“We hebben een systeem voor machinaal leren ontworpen, waarin alle gegevens worden verzameld die auto’s produceren. Door middel van artificiële intelligentie (AI) wordt de informatie die op dat moment nodig is gefilterd. Dat doet het systeem door de juiste kenmerken te selecteren uit meer dan 20.000 verschillende datapunten in de auto”, legt Fietzek uit.
Zo kan bijvoorbeeld de levensduur van onderdelen worden gemonitord. Fabrianten kunnen real-time volgen hoe componenten zich houden als een auto rijdt. Met behulp van die gegevens kunnen ze de duurzaamheid van die onderdelen verbeteren. Daardoor verlaagt ook de ecologische voetafdruk van apparaten. “Wij willen zo bijdragen aan een vermindering van afvalstromen en het beperken van vervangingskosten. Bijvoorbeeld door het voorspelling van storingen, zodat op tijd onderdelen vervangen kunnen worden.”
Overbelading
Een van de toepassingen van het systeem is het detecteren van overbelading van een voertuig. Het berekent massa’s in verhouding tot de krachten en de versnelling. “Het ontwikkelen van een algoritme was ingewikkeld, omdat het goed moet werken voor verschillende voertuigen. Maar het systeem kan worden opgeschaald en het geeft nauwkeurige resultaten”, zegt Fietzek.
Wanneer het platform voor het eerst wordt aangesloten, voert het een automatische setup uit die ongeveer een half uur in beslag neemt. Daarna controleert het systeem alle ritten en kent het het toegestane gewicht van het voertuig. In minder dan vijf minuten levert het systeem een schatting met een marge van 5 procent. In geval van overbelasting krijgt de wagenparkbeheerder een waarschuwing. Bovendien kunnen algoritmen bepalen of de overbelasting het dynamische gedrag van het voertuig beïnvloedt en zo veiligheidsrisico’s detecteren.
Actieradius voorspellen
De berekening van de massa maakt ook een betrouwbaardere voorspelling van de actieradius van een elektrisch voertuig (EV) mogelijk. In combinatie met andere factoren – rijstijl, externe omstandigheden en toestand van de batterij – bepaalt het gewicht van het voertuig mede hoelang er nog met de beschikbare stroom gereden kan worden. Aangezien de geladen massa voortdurend verandert – vooral bij leveringen van goederen – is het doorgaans moeilijk om deze actieradius exact te bepalen. De metingen zijn immers doorgaans gebaseerd op het vorige gebruik. Door middel van de nieuwe sensoren kan de capaciteit van de accu’s in de nieuwe situatie worden berekend.
Beoordeling van de wieldruk helpt bij het ontwerpen van efficiëntere auto’s Het meten van de wieldruk is essentieel voor het ontwerpen van auto’s, omdat hiermee de vermoeidheid en de belasting op onderdelen kan worden beoordeeld.
Met de virtuele sensoren van COMPREDICT kunnen ophangingen, carrosserie en aandrijfas worden gemonitord. Daardoor krijgen ingenieurs relevante informatie over hoe de voertuigen presteren. Volgens Fietzek geven virtuele sensoren een beter beeld van hoe auto-onderdelen werken. “Tegenwoordig zijn veel onderdelen veel te robuust uitgevoerd, omdat autofabrikanten niet weten hoe ze worden gebruikt. Andere onderdelen gaan juist te snel kapot, omdat ingenieurs een of ander koppel hebben onderschat.”
De sensoren kunnen zowel het toerental van de motor en het wiel meten, als de koppels en de versnellingen. Ze kunnen de waarden die hardwaresensoren hen geven optimaal correleren, en ze kunnen worden geschaald voor verschillende voertuigen. In vergelijking met andere systemen zijn virtuele sensoren betrouwbaarder. Verkeersdrempels en slechte kalibrering vervuilen de gegevens niet. Dit maakt het mogelijk om in elke reële situatie over preciezere gegevens te beschikken.
Accu-capaciteit
“We kunnen live gegevens van de auto krijgen over de toestand van de batterij. Het systeem kan de levensduur van de batterij voorspellen en geeft ingenieurs informatie over hoe ze in de toekomst betere batterijen kunnen ontwikkelen”, zegt Fietzek. Het systeem meet de spanning in de eerste tien seconden na het starten van de motor. Vervolgens analyseren de sensoren de spanningscurve in de loop van de tijd en detecteren ze autonoom de status van de batterij. Voordat de sensoren worden aangesloten, moet echter eerst de status van de accu worden gecontroleerd. Hij moet nieuw zijn of in goede staat verkeren.
Ook interessant: Frans-Duitse as bij accuproductie neemt steeds meer vorm aan
Overal virtuele sensoren
Inmiddels zijn er al meer dan 50.000 voertuigen aangesloten op het platform van COMPREDICT. “Ons doel is om in twee of drie jaar meer dan een miljoen voertuigen te bereiken”, zegt Fietzek. De auto-industrie is de focus van het bedrijf, maar de medeoprichter suggereert hoe dergelijke technologie in veel andere toepassingsgebieden kan worden gebruikt.
“Standaardsensoren zitten in elk apparaat en in alle mechatronische systemen. Met virtuele sensoren kunnen meer dingen worden gemeten, die hardwaresensoren niet kunnen meten”, voegt Fietzek eraan toe. De technologie die het bedrijf uit Darmstadt heeft ontwikkeld, zou kunnen worden toegepast in alle apparaten met hardwaresensoren. Ondanks de focus op de auto-industrie, is Fietzek’s start-up bezig zijn blik te verruimen, met als doel een groot sensorbedrijf te worden.
“We starten een proefproject om virtuele sensoren ook in huishoudelijke toepassingen te gebruiken”, zegt Fietzek. “Zo kan uiteindelijk een virtuele sensor in de oven precies vertellen wanneer je gebraden haantje klaar is.”
Foto: Rafael Fietzek en Stéphane Foulard
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
