Arjo van der Ham (Lightyear): ‘Digitale simulatie helpt ons bij designkeuzes’

Eind 2021 brengt Lightyear de eerste handgemaakte zonneauto’s op de markt. Om in 2024 een hoogvolumemodel te produceren. Een digitaal simulatiemodel staat aan de basis. Nabootsing van de werkelijkheid helpt om rationele beslissingen te nemen, stelt CTO Arjo van der Ham.

Eigenlijk is hij nog altijd verbaasd dat de auto-industrie niet reageert. Sinds hij samen met zijn vier medeoprichters meerdere World Solar Challenge-races won, zijn ze ervan overtuigd te hebben aangetoond dat rijden op zonne-energie de ‘way to go’ is. Toch zit hij noodgedwongen in een Tesla – weliswaar mét eigengemaakt zonnedak. “Al rekenend konden we er niet omheen zelf het initiatief te nemen.” Lightyears tweede prototype van de zonneauto is in het voorjaar gereed, de eerste 946 voertuigen, waarvan 120 pre-ordered, volgen later in het jaar.

Met de Lightyear One verschijnt de eerste elektrische personenauto op de markt die voorzien is van vijf vierkante meter zonnecellen, verwerkt in het dak, de motorkap en het raam. Daarmee laadt het voortuig zichzelf op en belooft het jaarlijks zeven- tot twintigduizend zonnekilometers. Het bedrijf gaat ervan uit dat opladen in de zomer tot zeven weken niet nodig is. Een volle accu is daarnaast goed voor 725 kilometers. “Alle componenten zijn afzonderlijk goed genoeg om als geheel te testen”, stelt Van der Ham.

Designkeuzes
Anders dan gebruikelijk in de automotive laat Van der Hams team – bestaande uit de afdelingen design, research en engineering –  zich niet leiden door hergebruik van componenten of bestaande processen. Een blanco tekenvel leent zich makkelijker voor een vernieuwende visie op elektrisch rijden. “We zijn uitgegaan van drie veelgenoemde gebruikersproblemen: de actieradius, het opladen en de kosten. Hierin komen efficiëntie en zonne-energie samen.”

Hij omschrijft energie-efficiëntie als de magische volumeknop. Daarin is een verbetering met factor twee gemaakt. Om dit te bereiken heeft Lightyear van meet af aan gewerkt met een digitaal simulatiemodel, ook wel vehicle performance model genoemd. Losse componenten zijn beschikbaar als digital twin, digitale replica’s. Geïnspireerd door de system engineering uit de hightechindustrie, staat voor Van der Ham vast dat zo’n nabootsing van de werkelijkheid helpt om rationele beslissingen te nemen. Het model is in de basis een formule waarin natuurkundige principes samenkomen. Variabelen die de aerodynamica, rolwrijving van de banden en het stroomverbruik van de motor bepalen, zijn onderdeel. “Zo’n eerste model is grofmazig, maar stelde ons wel in staat designkeuzes tegen elkaar af te zetten.”

Off-grid
Met elke proef groeide ook de modelcomplexiteit en het aantal afhankelijkheden. Wat betekenen de temperatuur en luchtdichtheid bijvoorbeeld voor het energieverbruik? Daarmee is Lightyear tot zo’n mate van energie-efficiëntie gekomen dat zaken die in brandstofauto’s als verwaarloosbaar worden gezien, om verbetering vroegen. De minimale wrijving tussen de remblokjes en -schijven bleek uiteindelijk verantwoordelijk voor vier procent van het energieverbruik.

Een simulatiemodel is dus ook een gevoeligheidsstudie. “Die vertelt ons welke verbeterslagen de moeite waard zijn en welke componenten we liever in-house ontwikkelen.” Behalve een rationeler product, ziet hij toepassingen voor de voorspelling van onderhoud. In een later stadium verwacht hij het model te gebruiken in de auto-interface om het toekomstige bereik te berekenen.

Door niet de industriële conventies, maar bepalende parameters en fysica centraal te stellen, voorkomt hij naar eigen zeggen een compromis te bouwen. Het nieuwe prototype en de handgemaakte eerste lichting ziet de CTO dan ook als een test voor product en markt. Het meest verheugt hij zich op de parallelle ontwikkeling van een hoogvolumemodel van de Lightyear One, afgerond in 2024. “Daarmee doen we iets aan het derde gebruikersprobleem: de betaalbaarheid. Pas als we een significant aantal schone kilometers mogelijk maken, komt ons doel van schone mobiliteit dichterbij.”

Foto: Frank Ruiter (in opdracht van Emerce)

* Dit artikel verscheen eerder in het decembernummer van Emerce magazine (#181).