Engineering Experience 4: Design a Small Solar Vehicle/Nl/Team AM4

Introduction

Naar aanleiding van het EE4-project op Groept Leuven werd de opdracht gegeven aan verschillende groepjes studenten een zonnewagen te maken. Het doel van dit project is het ontwerpen, bouwen en optimaliseren van een Small Solar Vehicle (SSV). Op 29 april dient dit wagentje afgewerkt te zijn en neemt het team er mee deel aan een race. In deze race legt de SSV een recht parcours van 14 meter af waarvan 6 meter vlak en de laatste 8 meter onder een helling van 3 procent. Het meest innovatieve en mooiste wagentje zullen tevens extra beloond worden. Voor de realisatie van project krijgt elk team een zonnepaneeltje met bijhorende motor ter beschikking. Daarnaast is er een budget voorzien van maximum 200 euro en de mogelijkheid tot het gebruiken van Fablab.

Teamleden

Bruno Crouzé

Denise Jeurissen

Lars Mannaerts

Bart Mentens

Raf Schoenaers

Aurélie Smeekens

Wim Van Mulken

Christof Van Poucke

Blog

Week 1

Wat de EE4 betreft in de eerste week was er op dinsdag het eerste, inleidende, seminarie. We kregen een uitleg over het verloop van het vierde EE project en ons team werd willekeurig door de coach ingedeeld. Meteen werd ook de eerste deadline vastgelegd. We kregen tot vrijdag om de Work Breakdown Structure (WBS), Gantt Chart, Plan Van Aanpak en het Samenwerkingscontract samen te stellen. De eerste deadline werd op tijd behaald.

Week 2

In de tweede week werden we op dinsdag verder ingelicht over concrete berekeningen, hulpmiddelen, problemen etc. waar we gedurende ons project zeker mee te maken zullen hebben. Na dit 2 uur durende seminarie kregen we feedback op onze ingeleverde documenten van deadline 1. Op enkele kleine verbeteringen na was de eerste deadline tot een goed einde gebracht. Zo restte ons ‘enkel’ nog de opdracht om deze verbeteringen tegen vrijdag van dezelfde week in orde te brengen. Het vermelden waard is dat we op dinsdag een nieuwe teamgenoot erbij kregen: Bruno Crouzé. Om 16:00 hielden we onze eerste officiële vergadering. Zo kreeg Bruno ook meteen de kans om kennis te maken met de rest van het team. Tijdens deze vergadering werd de belangrijke basis gelegd van het verdere verloop van het project. Aangezien het hele project nu als een blok voor ons stond was het noodzakelijk om iedereen een duidelijke taak te geven. Tevens werd er vastgelegd dat de vergaderingen steeds op een vast tijdstip zullen plaatsvinden: dinsdag om 16:00 uur. De volgende deadline die voor ons ligt is in week 6. Dit lijkt nog een hele tijd, al wordt er veel van ons verwacht. Dit was de voornaamste reden dat we een persoonlijke deadline oplegden op de donderdag van week 3. Op die manier kunnen we op de vergadering van week 3 eens checken hoever iedereen staat met zijn of haar taak en waar de problemen zitten.

Week 3

Aangezien we deze week geen seminaries hoeven bij te wonen konden we dinsdag voormiddag nuttig besteden aan de wekelijkse vergadering. Na een korte feedback van onze coach over onze gecorrigeerde documenten trokken we naar een computerlokaal. Dit was een uitgelezen kans om samen met het team te brainstormen over het uiteindelijke concept. Iedereen had zijn inbreng waardoor enerzijds onhaalbare fantasieën terug werden opgeborgen, maar anderzijds ook interessante vondsten werden uitgewerkt. Het is op deze bijeenkomst dat onze SSV een eerste concrete vorm kreeg. Het vooropgestelde doel was om het gewicht zo laag mogelijk te houden. Na een snelle berekening van het gewicht van de bodemplaat concludeerde we dat dit geen eenvoudige opdracht zal worden. Het uitkiezen van het geschikte materiaal zal uiteraard cruciaal zijn voor het uiteindelijk gewicht, waardoor we dit ook eens grondig zullen moeten uitzoeken. Ook stootten we op het probleem van hoe we de wielen op de as zullen bevestigen en de motor op de bodemplaat. Verder werd er besproken hoever iedereen stond met zijn persoonlijke opdracht die voor donderdag moest worden verwezenlijkt. De berekeningen vergen wel enige tijd en speciale aandacht aangezien deze cruciaal zijn om een mooie tijd te kunnen neerzetten met de race. Hier zullen we dus ook de nodige tijd voor uittrekken.

Week 4

Dinsdag was er opnieuw een seminarie gepland. Er werd ons uitgelegd hoe we Simulink moesten gebruiken. Het duurde echter maar een halfuurtje waardoor het seminarie slechts beperkt bleef tot een inleiding. Het leek niet dat we er echt veel wijzer uit zijn geworden. Een nadeel waarmee we onmiddellijk werden geconfronteerd was dat we Simulink enkel in GroepT ter beschikking hebben en we er bijgevolg dus niet thuis aan kunnen werken. Hier zullen we uiteraard rekening mee moeten houden. Na de seminarie hadden we nog drie en half uur die ons restte. Net zoals vorige week konden we deze tijd weer nuttig besteden. Zo konden we onder andere eindelijk de gearratio bepalen waar we al een hele tijd ons hoofd over hebben gebroken. Verder zijn deze week al concrete ontwerpen in Solid Edge getekend, waardoor het hele team het ‘einddoel’ eens heeft kunnen aanschouwen. Het was een stimulans om verder te gaan zoals we bezig zijn. Verder hebben we een mail gekregen met de materialen die ter beschikking zijn in Fablab Leuven. Onze voorkeur in verband met het materiaal ligt daardoor al zo goed als vast. Vrijdag 11/03/2011 zal er echter voor het eerst iemand ook effectief naar Fablab Leuven gaan. Bruno zal op die manier verdere informatie verzamelen en horen of ons ontwerp in alle opzichten ook echt wel te verwezenlijken zijn.

Week 5

Week 5 is de week waarbij we voor het eerst een glimp van de bodemplaten van andere teams hebben kunnen opvangen. De ene bleek gelijkaardig aan die van ons, de andere was dan weer wat groter. In dat opzicht leken we qua gewicht wel op de goede weg. Verder hebben we een belangrijke aanpassing kunnen bedenken waar we in de race misschien wel eens voordeel zouden kunnen uithalen. Om evidente redenen kan ik die hier niet verder behandelen. De stemming en werkijver binnen het team zitten beide goed. Iedereen heeft zijn taak en meestal worden de persoonlijk opgestelde taken tijdig uitgevoerd. Dit draagt bij aan de goede stemming, alsook het feit dat we op de vergadering alles eens goed op een rijtje hebben gezet om een duidelijk overzicht te krijgen van waar we precies staan. Dit leerde ons dat we goed op schema zitten en met een paar puntjes zelfs al wat voor zitten op de planning wat natuurlijk nooit kwaad kan. Deze week is het de bedoeling dat onze SSV ook in de praktijk wordt omgezet: de onderdelen worden deze week gehaald en ook de bodemplaat zal in Fablab Leuven gelaserd worden. We beseffen wel dat de kans klein is dat hetgeen dat we nu in elkaar zullen puzzelen meteen goed zal zijn. We zijn benieuwd hoe ver we zullen staan als we een eerste keer echt aan onze SSV zullen geknutseld hebben. Nog even wachten.

Week 6

Deze week is de week van de eerste serieuze vooropgestelde deadline. Vrijdag moeten de berekeningen in verband met 1m afrollen van de helling, de gearratio, het Sankey diagram en - last but not least! – Multisim afgegeven worden. De vergadering van dinsdag is vrij rustig verlopen. De reden hiervan is dat we op een paar aanpassingen na al volledig klaar waren voor de deadline van vrijdag. Het enige dat nog diende te gebeuren was Multisim. Bart en Christof hebben zich daarover ontfermd. Na wat samenwerken met andere teams, na wat hulp van de coach, na heel wat gevloek en vooral na heel wat uren hard doorwerken hebben we dankzij hen een degelijke simulatie in Simulink. Ere wie ere toekomt. Enkele onderdelen van het wagentje werden ook reeds gefabriceerd in Fablab: een prototype van het wiel, de bodemplaat, en een blokje waarin de kogellagers en de as zal komen. Het gehele team heeft de opdracht mee naar huis gekregen om een degelijke oplossing te vinden voor het ondersteunen en regelen van het zonnepaneel. Wanneer iemand het afgesproken onderdeel vindt, zou het wel eens erg snel kunnen gaan. Een volgende hindernis zal het vinden van de juiste tandwielen zijn. Geen simpele taak, maar uiteraard niet onoverkomelijk.

Week 7

We zijn nu al 7 weken druk bezig met ons project. De eerste deadline is achter de rug. Dinsdag hebben we feedback gekregen op onze ingeleverde documenten. Over het algemeen mogen we tot nu toe tevreden zijn over het geleverde werk. Merendeel van de kritiek was te wijten aan enkele details die we nog moeten aanpassen zoals symbolen beter uitleggen, assen benoemen, de berekeningen die in Maple zijn gebeurd moeten duidelijk uitgelegd worden en de Maple-layout moet nog beter worden weggewerkt. Een steroperator mag niet gebruikt worden, en in het tekenen van het Sankeydiagram moet de volgorde van de energie-pijlen verandert worden. Dit laatste is op zich een simpele aanpassing al moet daarvoor wel het diagram helemaal opnieuw worden getekend. Multisim was zeer goed uitgevoerd, enkel de assen van de grafieken moesten benoemd worden en de ruis moest verklaard worden. Over het algemeen moet er ter verduidelijking wat meer uitleg bijgevoegd worden. In tegenstelling tot andere teams was Multisim bij ons goed genoeg. We hebben immers gehoord dat er andere teams zijn die met een verbeterde versie opnieuw moeten terugkomen. De berekeningen van de krachten op de as zijn ook het vermelden waard: niet alleen waren deze berekeningen goed uitgewerkt, maar tevens lopen we hiermee voor op de planning aangezien dit onderdeel slechts voor de tweede deadline moest afgewerkt worden. Hierdoor hebben we niet alleen wat ademruimte gecreëerd, maar hebben we ook extra feedback gekregen op dit onderdeel. Aan het deel marketing wordt ook vlijtig gewerkt en alsook aan het procesverslag. Verder komt de deadline van het ontwerp van het wagentje dichterbij. Normaal komen eind van deze week de bestelling van tandwielen aan en hebben we daarmee zo goed als alle onderdelen voor ons wagentje.

Week 8

Het belangrijkste dat nog in orde moeten maken is zonder twijfel de overbrenging. Het is jammer dat we hier nog niet verder mee zijn geraakt. Zoals eerder geschreven staat hebben we tandwielen op Conrad besteld. Deze zijn weldegelijk aangekomen alleen voldeden ze absoluut niet aan onze verwachtingen en kunnen we er eigenlijk totaal niets mee doen. Het tweede idee is om een kleine tandwielenset te kopen op Conrad waarmee je de gewenste overbrenging kan maken. Het nadeel hiervan is dat de boring in de tandwielen voor de as slechts 3mm groot is. Dit is een probleem aangezien de lagers en de wielen al voorzien zijn voor een as van 4mm. Het gat uitboren is geen oplossing aangezien er tanden vlak rond het gat zitten om de gewenste overbrenging te kunnen maken. Door het gat uit te boren naar 4mm zouden we deze tanden wegboren. Een andere oplossing is de volgende. We zouden een as kunnen kopen van 3mm waar de tandwielen op zouden passen. We kopen daarna een holle buis met een binnendiameter van 3mm en een buitendiameter van 4mm. Door deze dan op de plaats van de lagers en de wielen over de as van 3mm te schuiven lossen we op die manier het probleem op. Of het in praktijk even goed zal lukken als het in de theorie klinkt valt nog af te wachten. Voor de rest hebben we op de rubberen oorringen na alle onderdelen. Deze oorring komt rond de mdf wielen. Op de rand is vakkundig een sleuf getrokken om deze ring mooi te geleiden en laten passen. In de paas-’vakantie’ zal Christof zich dan bezighouden met het assembleren van het zonnewagentje zodat we in week 9 al weer een heel eind verder zijn.

Week 9

De paasvakantie zit erop en Christof heeft de nodige tijd aan de SSV gespendeerd zodat het wagentje volledig is afgewerkt en -al zeggen we het zelf- het resultaat mag er zeker wezen. Uiteindelijk hebben we rond de as een holle as met een iets grotere buitendiameter gebruikt, de tandwielen uit een afstandsbediend autootje, de bodemplaat vergroot en de centrale opening in de bodemplaat weggelaten. Week 9 begint al zeer interessant aangezien we vandaag voor de eerste en ook meteen de laatste keer de SSV kunnen testen op de ‘echte’ racetrack. Nu ja, ‘echte’ is niet het juiste woord aangezien de rail vrij krom lag, maar erger nog, ze lag verkeerd. De doorsnede van de rail kan beschouwd worden als een ‘L’ waarvan het horizontale beentje wordt vastgemaakt op de baan. Vandaag lag de ‘L’ met het beentje naar rechts als je met de rijrichting meekijkt, terwijl het weldegelijk andersom moet zijn. Voor ons is dit vrij belangrijk aangezien ons systeem om de rail te volgen specifiek gemaakt is om rechts van de rail te rijden en niet op het horizontale beentje zoals vandaag dus wel het geval was. Dit hebben we bij de coach gemeld en voor de echte race zou dit in orde moeten zijn. Voor de rest was de test met de SSV zeer positief. Op iets meer dan 6 seconden legt ons wagentje de 14 meter af. Het enige dat we nog kunnen verbeteren is de gleuf in het voorwiel breder maken zodat het wiel beter de rail kan volgen. Een tweede verbeterpunt is dat de achteras iets vlotter mag rollen in de lagers. Aangezien het mogelijk is dat volgende week de race plaatsvindt, moet het eind dit weekend sowieso volledig klaar zijn voor de race. Het vlotte verloop van het testen schept vertrouwen, maar we mogen het vel van de beer niet verkopen voor het geschoten is. We hebben een week om onze wagen echt op punt te stellen dus zullen we de tijd die ons rest verstandig benutten om het maximale uit het wagentje te halen voor de race.

Week 10

Vandaag is het een bijzondere dag geworden! Maandag 2 mei in de namiddag hebben we vernomen dat we ’s anderendaags de Solar Race zullen hebben. Aangezien de lagers bij het testen vorige week een beetje te fel schuurden moesten deze vervangen worden. Omdat we niet tijdig aan de lagers geraakten hebben we die op maandag nog snel moeten vinden en heeft Christof het wagentje thuis helemaal race-klaar gemaakt. Vandaag hebben we vanaf half 11 nog even de tijd gehad om het wagentje te testen. Maar goed ook: bij het testen schuurden de tandwielen namelijk over elkaar! Door het motortje vast te zetten was dit gelukkig verholpen en waren we helemaal klaar voor de race! De race is schitterend verlopen. We werden uiteindelijk 2e van de 19 deelnemende teams! Door een foute handeling bij het opvangen van het wagentje is bij de allereerste race een achterwiel gesneuveld maar door de reserveonderdelen hebben we gelukkig een zeer geslaagde pitstop kunnen afwerken tussen 2 races in. Met deze herstelling hebben we het helemaal tot in de grote finale geschopt. De beste tijd die vandaag gereden is bedroeg iets meer dan 4,9 seconden terwijl wij onze snelste tijd klokte in de finale met nauwelijks 5 seconden! Ook dit was goed voor een tweede plaats! Je merkt dat het zelfs in de finale niet meer veel scheelde of we hadden helemaal bovenaan gestaan! We zijn uiteraard ontzettend tevreden met onze tweede plaats, dit overtreft onze mooiste dromen. We zijn erin geslaagd om van nul af aan een solarwagentje te ontwerpen dat later de op 1 na snelste auto van het tweede jaar zal blijken! Onze welgemeende proficiat aan het snelste team. Volgende week volgt nog een laatste onderdeel, dan zal het origineelste/mooiste autootje gekozen worden. Ons vooropgestelde doel ging om de snelheid en niet om het esthetische. Volgende week zullen we naar onze verwachtingen geen potten breken, iets dat we vandaag duidelijk wél hebben gedaan! Wat een prachtige dag.

Week 11

De weken lopen op hun einde, al is deze week nog een belangrijke week aangezien onze laatste deadline vrijdag is. Dit is eigenlijk dé deadline aangezien dan alles af moet zijn: het rapport, procesverslag etc. Voor de rest hebben we volgende weken enkel nog feedbacksessies opstaan, aanstaande dinsdag hebben we de voorstelling van het autootje in het Atrium. Dan zal het origineelste en mooiste, maar ook het innovatiefste wagentje gekozen worden. We verwachten niet hier nog eens in de prijzen te vallen, aangezien we ervoor gekozen hebben om het snelste wagentje te bouwen. Vandaar dat het wagentje licht moest blijven waardoor het esthetische heeft moeten onder doen voor het functionele. We zijn echter zeer blij met onze tweede plaats in de race, het voelt bijna net zo goed aan alsof we eerste zijn geworden.

Ontwerp

Het ontwerp van onze SSV is vrij simpel. We kozen voor 1 wiel vooraan en 2 achteraan. De motor bevindt zich achteraan en drijft via tandwielen en een as de 2 wielen aan. De basis van de carrosserie is gemaakt uit MDF (Medium Density Fibreboard). Dit kozen we omdat het een stevig materiaal is, dat tevens licht en lijmvast is. Ook de wielen en de lagervoetjes zijn van MDF. Al deze onderdelen werden getekend in Solid Edge en geproduceerd bij Fablab Leuven.
Het zonnepaneel zal op de grondplaat bevestigd worden via een staander met daarop een kogelgewricht. Zo is het paneel beweegbaar en kan het gedraaid worden richting de zon voor optimale prestaties.
In het voorste wiel is een systeem voorzien om de wagen recht te houden op het parcours. Het wiel bestaat uit 2 delen waardoor de rail op het parcours gevolgd wordt.