Engineering Experience 4: Design a Small Solar Vehicle/Nl/2012: Team AM6



Voor het vak engineering experience 4 moeten we dit semester een zonnewagen/Small Solar Vehicle (SSV) bouwen. Elk team (8 personen) krijgt een zonnepaneel en een DC-motor, hieruit wordt de zonnewagen opgebouwd. Na 10 weken racen alle teams tegen elkaar, tijdens deze race is het niet enkel de bedoeling om de snelste zonnewagen te bouwen maar ook om de origineelste en meest innovatieve wagen te laten zien.

Procesverslag
a)	Planning

De voorstelling, algemene planning en takenverdeling zijn uiteengezet in de volgende documenten. -	Grantt chart -	PVA -	Samenwerkingscontract -	WBS

b) Realisatie van de SSV

Op de wikipage staat een algemene, wekelijkse beschrijving van opdrachten, vorderingen, problemen en oplossingen. *De wikipage: http://en.wikiversity.org/wiki/Engineering_Experience_4:_Design_a_Small_Solar_Vehicle/Nl/2012:_Team_AM6 De vergaderverslagen zijn uitgebreider en bevatten een aanwezigheidslijst, de feedback van de coach, afspraken en een korte termijn takenverdeling. *zie document: vergaderverslagen. In de laatste weken van het project werden de taken groot zodat we de taken makkelijk konden verdelen. Er was geen nood aan aparte vergaderverslagen voor duidelijkheid.

c) Bouwproces SSV Het in elkaar steken van de wagen gebeurde in één keer zonder tussenstappen. De onderdelen: -	De basis uit plexiglas o	Getekend in solid edge, bewerkt in fablab -	De wielen uit plexiglas o	Gemaakt in fablab -	De assen -	De houder van het zonnepaneel -	Het zonnepaneel -	Staafjes in het midden voor lijnsbegeleiding -	Staafje en blokje op 10cm voor tijdsmeting tijdens race -	DC-motor -	tandwielen

d) Beschrijving SSV en argumentatie

-	Basis Het basismateriaal van de zonnewagen is plexiglas. Dit materiaal is relatief licht, goedkoop en vooral makkelijk bewerkbaar in FabLab. De basis van de wagen bestaat uit een raketvormig stuk plexiglas met een lengte van ongeveer 20 centimeter en een dikte van vier millimeter. Aangezien het gaat om een kleine wagen met een kleine massa, is de plaat dik genoeg om als basis te dienen. In deze raketvormige basis zijn er vijf uitsnijdingen. Vier waar de wielen dookomen en een waar een tandwiel doorkomt.

-	Wielen Oorspronkelijk was het idee om kleine CD’s als wielen te gebruiken. Deze hebben een diameter van acht centimeter. Al gauw bleken deze moeilijk monteerbaar op de assen en doordat ze zeer dun zijn, zijn ze instabiel. Uiteindelijk zijn de wielen uitgesneden in plexiglas. De diameter van acht centimeter bleef behouden. Doordat de wielen op maat gemaakt zijn, passen deze perfect op de assen. Samen met de vier millimeter dikte en de goede afsluiting rond de assen, is dit beter materiaal om te gebruiken als wielen. Om de wielen en assen te kunnen monteren, zijn er vier kleine plaatjes aan de onderkant van de zonnewagen gelijmd. Twee vooraan en twee achteraan. In elk plaatje zit een gat, met daarin een rollager. Deze dient om de wrijving tussen de assen en de plaatjes zo klein mogelijk te houden.

-	Tandwielen en assen. Zowel de tandwielen en de assen zijn aangekocht via internet. Een groot aanbod met duidelijke beschrijvingen maakte het mogelijk om tandwielen en assen te bestellen. De tandwieloverbrenging is berekend op 7, maar toegepast met 5,8. Dit doordat het grootste passende tandwiel slechts 58 tanden had, en het kleinste er al 10 had. Indien er gebruik wordt gemaakt van een overbrengen van 5,8 is er minder verlies dan dat er meerdere tandwielen gecombineerd worden om een overbrenging van 7 te verwezenlijken. Het gaat hier om plastieken tandwielen. Het tandwiel van 10 tanden is met behulp van een klein tussenstuk rechtstreeks geplaatst op de motor. Het tandwiel met 58 tanden is nauw aansluitend met een stalen as van vier millimeter dikte. Deze as zit door de achterste rollagers, bevestigd aan het frame. Op deze as zitten ook twee wielen gelijmd en geklemd. De andere twee wielen zijn op dezelfde manier vooraan bevestigd op een kortere as. Doordat er achteraan meer plaats is, is er gekozen voor achterwielaandrijving.

-	Lijnbegeleiding Om ervoor te zorgen dat de wagen op een rechte lijn blijft, is er op het traject een begeleidingsrail voorzien. Om deze ten volste te benutten is er zowel vooraan als achteraan de wagen begeleiding voorzien. De begeleiders bestaan uit twee stalen staafjes vooraan en twee achteraan. Aan deze staafjes zijn kleine plexiglazen wieltjes bevestigd. Doordat aan weerszijde van de rail een wieltje zit zal de wagen op de baan blijven.

-	Zonnepaneelbevestiging Aan het zonnepaneel is met ducktape een GPS-houder geplakt. Dit om het zonnepaneel niet te beschadigen. De andere kant van de GPS-houder bevat een zuignap die aan het frame kan bevestigd worden. Door gebruik te maken van de GPS-houder is er steeds een mogelijkheid om het zonnepaneel te verwijderen en om de hoek t.o.v. de zon te veranderen.

e) aanvulling

1.	Inleiding Enerzijds maakten we berekeningen en simulaties voor het project. Dit verslag bevat alle overige informatie over het project, namelijk de beschrijving, de planning, de evolutie en het uiteindelijke resultaat.

2.	Planning De wijzigingen in de Gantt Chart komen voort uit: o	Afwezigheden en ziekte van teamleden o	Onvoorziene taken o	??? De problemen qua organisatie en samenwerking: o	Communicatie ging moeilijk gezien de groep vrij groot was. Ook bijeenkomen was moeilijker dan bij kleine groepen. De takenverdeling en georganiseerd werken was zeer belangrijk om dit op te lossen. o	Opvolging en controle: Soms werd de taak te laat of niet uitgevoerd. In toekomstige projecten kunnen we eventueel de groepsleider minder werk geven en meer een controlerende rol laten uitoefenen.

3.	Oude vaardigheden o	Werken in groep: vergaderen, taakverdeling, communicatie, etc o	Plannen o	Technisch tekenen Nieuwe vaardigheden o	Werken volgens functie met bepaalde verantwoordelijkheid o	Werken in een grotere groep o	Opvolging van teamleden / feedback aan elkaar geven

4.	Conclusie o	Het eindoordeel over het proces van het team: Bij het project hadden we soms problemen maar door deze tijdig aan te kaarten op bijeenkomsten, vonden we in overleg steeds een oplossing waar ieder teamlid het mee eens was. o	Het eindoordeel over het product: Het wagentje rijdt vlot en blijft op de baan. Volgens het plan van aanpak streven we naar de snelste wagen en we slaagden er dus in een snelle SSV te bouwen. o	Verbeteringen in de toekomst: 	Bij een grote groep is er nood aan een persoon die de rest opvolgt en bijstuurt. 	Vergaderverslagen zijn zeer handig gezien er in een grote groep met een groot project vaak kleine dingen vergeten worden. Ook zijn de afwezigen snel terug op de hoogte en kunnen zij terug meehelpen.

5.	Literatuur / Referenties

Week 1
In week 1 zijn de verschillende functies verdeeld:

Karlien zal samen met Glenn het team proberen in goede banen te leiden door de gewenste doelstellingen en deadlines te behalen. Pieter en Christophe zullen afwisselend de vergaderverslagen opstellen terwijl Milan de vergaderingen zal organiseren. De projectmap zal beheerd worden door Anton. Als laatste zullen Brecht en Cesar de website beheren.

Ook werden de nodige documenten opgesteld:
 * Plan van aanpak
 * Gantt chart
 * WBS
 * Samenwerkingscontract

En werd er een logo ontworpen dat gebaseerd is op de gekozen teamnaam: The Mean Green Solar Machine.

Week 2
In week 2 hebben we ons zonnepanneel en de DC motor gekregen. Na een seminarie hebben we op het zonnepaneel enkele testen uitgevoerd, hieruit bleek dat de 'm' van ons zonnepaneel gelijk is aan 1,16.

(I = Isc - Is*(e^(U/(mNUr)-1))

Deze m heeft steeds een waarde tussen 1 en 5, hoe hoger de m-waarde, hoe beter het zonnepaneel werkt. Een m-waarde van 1,16 wilt dus zeggen dat ons zonnepaneel niet meer optimaal werkt dit komt omdat dit zonnepaneel al enkele keren is gebruikt tijdens vorige jaren voor het EE4 project.

Deze week hebben we ook feedback gekregen van onze mentor over het plan van aanpak, de WBS en de gantt chart, op enkele kleine puntjes na waren deze documenten zeer goed opgesteld. Ook hebben we er een nieuw teamlid bij: Marie Ingabire, zij zal de realisatie van de technische tekening in goede banen leiden.

Week 3
Deze week werd een seminarie gegeven over het Design voor de SSV daarbij ook een inleiding over simulaties voor ons autootje. Op het design werd er onmiddellijk gebrainstormd en al enkele prototypes werden uitgetekend. Deze zullen we dan willen uittesten in de simulaties. Het ruw model bestaat uit 4 wielen die zullen gebouwd worden uit 4 kleine CD's. Het onderstel heeft een driehoekige vorm waarvan de achterwielen in de hoekpunten liggen. De voorste wielen vormen samen het voorste hoekpunt. Ze delen dus het voorste punt via hun as. In het midden bouwen we een dragende staaf waarop we het zonnepaneel zullen plaatsen. Van hierop is het vrij voor beweging om een zo goed mogelijk vermogen uit het paneeltje te krijgen. Het frame zal bestaan uit plexiglas, hout of plastiek. Hiervoor zal er eerst nog wat opzoekwerk verricht moeten worden op vlak van gewicht, prijs, sterkte etc. Creatieve ideeën: Het zonnepaneel zou automatisch kunnen met de zon meebewegen.

Verder werd nog extra info gehaald over de DC motor uit de datasheets. Deze informatie kan dan later verwerkt worden binnen het simulatie programma.

Er zal nu zo snel mogelijk een simulatie gemaakt worden met de geschatte waarden.

Week 4
Deze week werd een seminarie gegeven over matlab en simulink. Deze programmas kunnen we dan verder gebruiken voor de simulatie van de auto. Verdere verdeling van taken is dus wel vereist aangezien de taken van vorige week nog niet afgeraakt zijn. Simulink blijft nog altijd een beetje tegen steken. Er vormen zich problemen dat we niet verstaan. Daarbij was niet iedereen op tijd tijdens het seminarie. Al bij al niet zo'n goede week. Volgende week zal er betering in moeten zitten. Taken zijn herverdeeld en er wordt gericht om alle taken af te krijgen tegen volgende week. Dit is nodig want de simulatie moet af zijn volgende week!

Even een tandje bijsteken!

Week 5
In week 5 werd er een seminarie gegeven door het umicore solar team over hun avontuur met de solar car. Ook werd er een seminarie gegeven over fablab, een labo waar groept studenten geavanceerde machines mogen gebruiken. In het FabLab kunnen we gebruik maken van een lasercutter/graveerder, een freesmachine, een 3D-scanner en een 3D-printer. Vooral de lasercutter is interessant voor ons project. Deze kunnen we gebruiken om ons frame uit te snijden. Het idee is nu dat we dit uit plexiglas gaan maken. Het is een redelijk lichte materie en is gemakkelijk te gebruiken in deze FabLab machines.

Week 6
Deze week moesten we ons voorlopig verslag aan onze begeleider voorstellen. We hebben ons blijkbaar gemist in de hellingshoek van het wagentje en zullen dit moeten aanpassen. Verder nog wat uitwerking van de uitleg hier en daar en vervolledigen van ons Sankey Diagram en dan staan we er op papier al heel goed voor. Het is ook de peer assessment week. hier worden de teamleden voor het eerst beoordeeld door mede teamleden.

Over het design van het wagentje: Materiaal voor het frame wordt Plexiglas. Dit is een gemakkelijk uit te snijden materiaal, inclusief voor tandwielen. Het frame zal een driehoekige structuur hebben en daarbij door 4 wielen ondersteund zijn. De as aan de voorkant zal een statische as zijn waar de wieltjes (lees 'kleine cdtjes') rond zullen draaien door middel van een kogellager. De achterste as, de aandrijfas, zal een vrij roterende zijn in kogellagers waaraan de achterwielen aan vastzitten. Op deze as zal dus ook de aandrijving van motor op wielen komen te zitten. In het midden installeren we een draagcillinder waarop het zonnepaneel vrij kan roteren om een zo goed mogelijke positie in te nemen. Het frezen van het frame en onderdelen zal best voor de paasvakantie moeten gebeuren! Alsook het bestellen van onze onderdelen. Extratje dat we zouden willen toevoegen aan onze auto zijn ledlampjes die zullen gevoed worden door een aparte batterij. Dit kunnen we implementeren als we nog onder het voorziene gewicht zitten.

Week 7
Deze week feedback gekregen op ons eindverslag: - We gebruiken nog wat teveel een spreektaal, minder informeel zijn dus - in handberekeingen waren nogwat fouten te verbeteren alsook in de berekende maximum snelheid in simulink - We komen een optimaal rendement uit van 84% wat goed is, maar voor de berekeningen gebruiken we beter een wat lagere waarde - Daarbij in Simulink waren we nog vergeten de uphill functie erbij te berekenen, silly us.

Dus over het algemeen een goed beeld en zo was ook de quotering die we op dit verslag kregen. So keep up the good work.

In de namiddag (16u) zijn we dan nog eens samengekomen wanneer iedereen vrij was. Hierin hebben we de zoektocht opgezet naar het nodige materiaal voor onze zonnewagen te kunnen realiseren. We zochten naar kogellagers, assen en tandwielen. Dit vooral eerst in winkels in de buurt (denk aan metal leuven, de brico...) maar dat was niet zo'n succes. Tandwielen vinden die ons de juist tandwieloverbrenging zouden geven waren ook niet gemakkelijk te vinden. De onderdelen werden later deze week online besteld. Tegelijkertijd werd er ook gewerkt aan het tekenen van het wagentje in SolidEdge zodat we deze later zouden kunnen brengen naar het FabLab. Daar kunnen we onze stukken uitsnijden uit plexiglas en kan de opbouw van de auto beginnen!

Week 8
Met nog wat feedback op hoever we staan van onze coach, zetten we ons verder in voor het uittekenen in 3D hoe ons autotje er zal uitzien. Tegelijkertijd herbekijken we elk nog eens onze onderdelen van het eindverslag dat nog wat verbetering vereiste. De wagen zal bestaan uiteen raket-achtige vorm als uitsnijding van het plexiglas. Hierin wordt plaats gemaakt voor wielen die door de plaat zullen komen, inclusief het aandrijftandwiel. Deze zit vast op een as van 4mm dikte en heeft ongeveer een lengte van 20cm. De wielen worden vastgemaakt op deze as die zal vrij roteren in ashouders door middel van kogellagers. Dezelfde opstelling wordt voor de voorste as gebruikt. Verder wordt er nog niet aan een bevestiging gedacht voor de motor, aangezien deze heel precies moet zijn om de tandwielen goed te laten passen.

Week 9
Maandag werden de tekeningen naar het fablab genomen dat gelegen is aan de faculteit van werktuigkunde. Daar beschikte het lab over 3 lasercutters, een 3D-printer en andere handige hulpmiddelen zoals boren, zagen, lijm... Het was wel al redelijk druk in het lab aangezien de studenten van werktuigkunde, neem ik aan, ook bezig zijn met een project waar ze een squash bal zo ver mogelijk moeten kunnen projecteren. Hiervoor gebruiken zij ook de lasercutter aangezien ze praktisch zelf alles op maat moeten uitsnijden in hout, gaande van tandwielen tot de tandwielkasten zelf. Wanneer er eindelijk een pc vrijkomt, wordt de kans onmiddellijk gegrepen om de lasercutter aan zijn werk te zetten op een 600x300x4 plaat van plexi. Na wat uitleg over hoe je van je 3D tekening naar een effectieve print komt begint de lasercutter aan een razende snelheid aan de gravering en heel kort daarna al aan het uitsnijden van alle benodigde delen. In slechts zo'n 5 min was heel het proces al klaar en kon de Mean Green Solar Machine in elkaar geknutseld worden. Met behulp van de lijmen, de bestelde rollagers en asklemmen werd de auto geassembleerd en getest. Dit gebeurde op het circuit dat toen op de -2 parking opgesteld stond. Zonder aandrijving kwam het autootje vanzelf al eigenlijk redelijk ver! Met behulp van een batterij werd er ook een de motor getest. De batterij zorgde alleszins voor overbodige dosis aan energie aangezien de wagen er vandoor schoot toen het werd losgelaten. Het reed zelfs zo brutaal dat er 1 van de assen terug was losgekomen doordat de wagen niet meer op het traject was gebleven. Dit wees erop dat onze wagen nog niet volmaakt was en dus werd er teruggekeerd naar de tekentafel om hiervoor een oplossing te vinden.

Week 10
Na het incidentje van vorige week werd het plan nog eens herbekeken om het mogelijk te maken dat het wagentje zo nauw mogelijk het traject zal volgen. Er werd geopteerd voor een vrij simpele oplossing. Er zullen 4 staafjes verticaal naar beneden gericht worden die van het frame naar beneden zullen komen. Deze worden verstevigd in de horizontale manier door er schijfjes rond te monteren zodat het alligneringsstaafje op zijn plaats zou blijven zitten. Dit betekende wel dat er terug een kort bezoek aan het fablab nodig was. Opnieuw na een eindje wachten werden de nieuwe onderdelen uitgesneden uit de resterende plexiglas plaat die nog wat plaats overhad. De staafjes werden gemonteerd en het alligneersysteem werd opnieuw getest en leek correct te werken. Alleen wordt er nog wat gevreesd dat het wagentje een beetje teveel kan omhoog springen bij een van de hoeken van het traject enzo uit het L-profiel springen. De wagen zal dan nog altijd moeten getest worden op enkel zonne-energie op dat het genoeg energie zal leveren op het stuk omhoog van een halve meter over vier meter te overwinnen. Afwachten op goed weer dus en hopelijk hebben we dan de kans om de ultieme test voor het wagentje uit te voeren!