Engineering Experience 4: Design a Small Solar Vehicle/Nl/2014: Team PM2

Inleiding
Deze opdracht, als onderdeel van EE4 aan Groep T, International University Leuven, houdt in dat teams studenten een Small Solar Vehicle (SSV) bouwen. Met deze wagen zullen ze het tegen andere teams moeten opnemen tijdens enkele races om de degelijkheid van te wagen te testen. Het project wordt uitgevoerd in opdracht van het Punch Powertrain Solar Team. Het project staat onder het toeziend oog van de coach, Pauwel Goethals. Het idee bestaat eruit dat elk team als ingenieursbureau fungeert en een voorstel voor een nieuwe Solar Vehicle indient.

Het Team
Het team bestaat uit zes studenten Industriële Ingenieurswetenschappen aan Groep T. Alle zes hebben ze als afstudeerrichting Elektromechanica gekozen. Onder deze richting valt ook het vak EE4 waar dit bouwproject deel van uitmaakt.

Het team is genaamd: "Helios". Dit verwijst naar de Griekse God van de zon, die ook Helios heet.



Doel
De titel van de beste zonnewagen wordt gegeven aan de Small Solar Vehicle die de wedstrijd wint. De wedstrijd bestaat eruit dat drie wagens tegen elkaar moeten racen. Elke wagen legt 10 meter af en komt dan in botsing met een petaque-bal van (735 ± 10)g. Deze bal bevindt zich voor een schans en wordt door de botsing omhoog gestuwd. De winnaar is dat team waarbij de petanque-bal zo hoog mogelijk geraakt. De winnaar wordt bepaald door relatieve wedstrijden, aangezien de hoeveelheid zonne-energie niet gelijk is op elk tijdstip van de dag. De winnaar van de drie teams die tegen elkaar competeren, gaat naar de volgende ronde voor een nieuwe race. Uiteindelijk zullen drie teams in een finaleronde terechtkomen en strijden voor de eerste, tweede en derde plaats. Tijdens deze races mag enkel beroep worden gedaan op zonne-energie. De SSV mag niet starten met enige vorm van opgeslagen energie (bv een opgespannen veer, batterij, ...).

Reglement
Aangezien de effectiviteit van de wagen getest wordt aan de hand van een wedstrijd, is het wedstrijdreglement de bepalende factor in het ontwerp van de SSV. De wagen mag geen energie hebben opgeslagen voor het begin van de wedstrijd die gebruikt zal worden voor het verplaatsen en het wegduwen van de bal, voor andere doeleinden is dit wel toegestaan. Dit zijn bijvoorbeeld batterijen of opgespannen veren. Ook het gebruik van spiegels of extra zonnepanelen zijn verboden. De wagen mag maximaal 30cm op 60cm groot zijn. Na botsing moet de gehele wagen nog in staat zijn te werken. Zowel de motor als het zonnepaneel moeten onbeschadigd de wedstrijd verlaten. Het volledige regelement is terug te vinden op Toledo onder de naam “Wedstrijdreglement SSV race 2013-2014”.

De SSV
Hieronder zijn zowel het initiële ontwerp als het uiteindelijke ontwerp terug te vinden. Naarmate het project vorderde werd duidelijk dat het finaal ontwerp steeds meer begon af te wijken van wat we in eerste instantie in gedachten hadden.

Oriënteringsfase & Analysefase
Hier staan alle bestanden met betrekking tot de oriënteringsfase en de analysefase, namelijk het samenwerkingscontract, het plan van aanpak, de Gantt Chart en de Work Breakdown Structure.

Week 1
Deze week begon met de uitleg over het project. Ook werd er meteen gevraagd enkele documenten af te maken tegen het einde van deze week: Een Gantt Chart, de WBS, het samenwerkingscontract en het Plan van Aanpak. De eerste twee bestanden werden reeds op school in orde gebracht, het samenwerkingscontract en plan van aanpak werd thuis afgewerkt en nagekeken door de verschillende groepsleden. We hebben tevens een naam voor ons team gekozen.

Week 2
Deze week hebben we de eerste onderdelen van onze SSV ter beschikking gekregen, dit zijn namelijk een zonnepaneel en een DC-motor. Op het zonnepaneel hebben we een lichtproef uitgevoerd. We hebben metingen uitgevoerd van de stroom en de spanning wanneer het zonnepaneel aan een verstelbare weerstand geschakeld is. Deze gegevens hebben we dan uitgezet in een I-U grafiek. Hier konden we dan de plaats met het maximaal vermogen bepalen. Verder werd ook deze wikipagina aangemaakt. Hierin zijn de verbeterde bestanden, die we vorige week af moesten hebben, terug te vinden. Deze week is tevens het ons logo afgewerkt.

Week 3
Deze week hebben we meer informatie gekregen over Race Strategy. Er werd ingegaan op welke factoren en invloed hebben op de snelheid waarmee de zonnewagen zich kan verplaatsen en er werd uitgeweid over het reglement van de wedstrijd. Op basis daarvan hebben we een eerste model uitgedacht voor onze zonnewagen. We hebben al nagedacht over de vorm, de te gebruiken materialen, de overbrenging,... Tevens hebben we het toerental van de DC-motor bepaald uit de resultaten voor maximaal vermogen, dewelke we bekwamen na het uitvoeren van de lichtproef.

Week 4
Deze week kregen we uitleg over Simulink. De analytische berekeningen van de wagen zijn deels afgerond, maar hier en daar is er nog een fout, waardoor we even vastzitten en een andere aanpak moeten zoeken. De berekeningen om de m-waarde te vinden zijn afgewerkt en we zijn de best mogelijke m-waarde uitgekomen. Het ontwerp van onze wagen is al gedeeltelijk gekozen. We weten welke vorm we gaan gebruiken en welke extra toepassingen we gaan implementeren.

Week 5
Deze week werd het laatste seminarie gegeven, waarin uitleg werd gegeven over FabLab. Tegen deze week is ook het finale document omtrent de lichtproef afgewerkt. We zijn echter nog steeds niet volledig wijs uit de analytische berekeningen. We lopen nog vast op enkele onbekenden. Er zijn inmiddels wel verschillende tekeningen opgesteld in Solid Works om een idee te krijgen van hoe de wagen eruit zal gaan zien. Hierbij zullen later nog wel enkele details moeten worden toegevoegd en aangepast. Ook zijn reeds de verschillende testcircuits gemaakt in Simulink die we nodig hebben om onze berekeningen te testen.

Week 6
Deze week staat alles in het teken van de deadline. De analytische berekeningen zijn af. Nu moeten de verslagen over matLab en Simulink geschreven worden. Dit alles wordt samen gegoten in een verslag dat vrijdag afgegeven wordt. Ook peer assessment 1 moet tegen dan ingevuld worden. Ondertussen kan ook het ontwerp in Solid Works worden uitgebreid.

Week 7
Deze week hebben we feedback ontvangen over ons tussentijds verslag. We kunnen nu alvast enkele verbeteringen aanbrengen en enkele onvolledige stukken aanvullen. Zo moet er onder andere nog een sensibiliteitsanalyse worden toegevoegd. Naast het afronden van de eerste case, beginnen we deze week ook met de tweede case.

Week 8
Deze week zijn al enkele verbeteringen voor de eerste case afgemaakt. We hebben ook enkele data afgesproken waarop we in de paasvakantie kunnen afspreken om met de bouw van de SSV aan te vangen. Hiervoor zullen we naar FabLab gaan om de nodige onderdelen te laten uitprinten. Deze week werd ook een test afgenomen over case 1.

Week 9
In de paasvakantie hebben we een na enkele keren afspreken een rijdende SSV in elkaar kunnen steken. Omdat we nu enkele krachtproeven uitvoeren in de kelder van GroepT hebben we een 9 Volt batterij aangesloten op de motor in plaats van het zonnepaneel. Bij de derde test sloeg de stoter de bumper van ons zonnewagentje kapot. Tot zover de proeven.

Week 10
Aangezien onze wagen nog niet zo snel reed doordat de tandwielen niet zo goed in elkaar pasten, zijn we nieuwe tandwielen gaan kopen in plaats van met de eerder in FabLab vervaardigde tandwielen verder te werken. We hebben bijgevolg de tandwieloverbrenging een klein beetje moeten wijzigen. Doordat de tandwielen nu beter op elkaar ingrijpen, hebben we minder verliezen en een hogere snelheid. Ons teamlogo is tevens in de bumper gegraveerd, dewelke wel nog bevestigd moet worden op het wagentje zelf.

Week 11
Tijdens enkele testen die begin deze week werden uitgevoerd, haalde onze SSV een behoorlijke snelheid. Echter na verloop van tijd ontstond er op verschillende plaatsen terug teveel wrijving zodat onze wagen nagenoeg niet meer vooruit ging. We zijn daarom opnieuw gaan kijken naar de overbrengingen en de wielassen. Uiteindelijk zijn enkele wiel- en tandwielassen versteld, zodat de tandwielen niet meer dicht zo dicht opeen gedrukt zitten. Ze roteren nu ook veel vlotter en de wagen heeft terug een behoorlijke snelheid. De zijwielen van die de SSV moeten bijsturen wanneer die tegen de kant zou komen zijn zo aangebracht dat de wagen net niet breder is dan de toegestane 30 centimeter. Ook de bumper en het zonnepaneel zijn ondertussen op de SSV bevestigd. De wagen is nu klaar voor de race. Deze week moet ook case 2 voltooid worden. Ieder heeft zijn onderdeel afgewerkt en alles wordt tegen vrijdag in een gezamenlijk verslag gegoten. Tot slot moet ook het procesverslag nog afgewerkt worden tegen vrijdag en peer assessment 2 worden ingevuld.

Week 12
Deze week mochten alle groepen hun wagentjes presenteren in het atrium. De andere studenten konden dan stemmen voor hun top 3 van meest innovatieve wagentje en mooiste wagentje. Vervolgens hebben we ook feedback gekregen over het verslag van Case 2. We kunnen nu Case 1 en Case 2 samenvoegen en het totale verslag verder verbeteren.

Week 13
Deze week werd de race gehouden. Om ervoor te zorgen dat onze wagen nog iets sneller zou rijden hebben we het gewicht van het wagentje nog iets verminderd zodat we de berekende optimale massa uitkwamen. Jammer genoeg wilde de wagen niet starten eens hij op het raceparcours stond. Uiteindelijk bleek te oorzaak te liggen bij het feit dat de eerste tandwielas niet langer voldoende stevig in het wormwieltje geklemd zat. Wanneer de wagen bijgevolg om de grond werd gezet, ontstonden er net teveel krachten die maakten dat de as niet meer meedraaide met het wormwiel. Het wormwiel draaide dus rond de as zonder deze aan te drijven. Nu de race echter achter de rug is zullen we ons verder concentreren op het afwerken van het volledige verslag. Dit leveren we volledig verbeterd af tegen vrijdag. Volgende week zal er nog een test afgenomen worden over het gehele project en daarmee wordt het vak EE4 afgesloten.