Engineering Experience 4: Design a Small Solar Vehicle/Nl/2014: Team PM3

Inleiding
Een groep studenten van GroepT-KU Leuven werkt mee aan een project: Engineering Experience 4: Design a Small Solar Vehicle (SSV). Hierin is het de bedoeling om een kleine zonnewagen te bedenken en te produceren die kan racen tegen andere groepen. De start van dit project had plaats op 11 februari 2014. De races worden gehouden rond mei 2014. Hier zal een baan met een lengte van 10 meter moeten afgelegd worden, waarna een petanque bal zo hoog mogelijk op een ramp geduwd moet worden. Het is uiteraard belangrijk dat de SSV de inpakt moet kunnen overleven.

Het Team
Het team bestaat uit 6 groepsleden:

De Race
Tijdens de race is het belangrijk dat het zonnepaneel loodrecht op de zon staat, om een zo hoog mogelijk rendement te krijgen. Wij stelden ons zonnepaneel af door middel van een handig hulpmiddeltje, we zetten een bus op het zonnepaneel en bewogen het zonnepaneel naar de zon tot er geen schaduw meer was van de bus. zie foto



Het zonnepaneel was gemakkelijk te richten door ons houdersysteem.

Ook hebben we proberen te zoeken om zo lang mogelijk energie te gebruiken van de zon, door eerst energie op te laden en dan meer te kunnen verbruiken. Dit hebben we gerealiseerd door onze auto eerst op te liften, dan de wielen achteruit te laten draaien, de richting van de wielen bediende we door een mechanische schakelaar.

waarmee dan een rekker kon opgerold worden, (pullback systeem) dan werd de auto van op afstand terug op de grond gezet en reed hij vooruit met behulp van de rekker EN de motor. Door het pullback-systeem konden we kiezen voor een kleinere gearratio omdat de rekker ons een startsnelheid gaf, waardoor we een hogere eindsnelheid konden bereiken.

Om recht op de baan te kunnen blijven rijden hebben we er voor gekozen zijwieltjes op de wagen te plaatsen, die de wagen met behulp van de wanden van de baan recht naar de bal moesten leiden.

tot slot kozen we voor een harde botsing met de bal om de verliezen te minimaliseren in de botsing.

Hieronder ziet u een filmpje van het verloop van de race, wij (PM3) zijn de SSV in de meest rechtse baan. U kan zien dat de ssv eerst blijft stilstaan terwijl de rekker wordt opgedraaid en we dan sneller kunnen vertrekken als de andere wagens zonder pullback systeem.
 * SSV Race GroupT 2014

11 februari 2014
Op dinsdag 11 februari werden de groepen voor het EE4-project ingedeeld en hebben onze teamleden elkaar voor het eerst ontmoet. We zijn toen gestart met een kleine taakverdeling. Matthias maakte reeds een kladversie van onze WBS, Willem van de Gantt Chart, Karst van het samenwerkingscontract en Ben van ons plan van aanpak. Joris werd verantwoordelijk voor de vergaderverslagen, en Alexander werd verantwoordelijk gesteld voor de Wikipage

13 februari 2014
Op donderdag, twee dagen later al, hadden we allemaal een namiddag vrij en zijn we een tweede keer samengekomen om samen de kladversies van al onze documenten af te werken. We zijn toen ook reeds beginnen brainstormen over innovatieve ideeën en hebben onze afgewerkte WBS, Gantt Chart, PVA en samenwerkingscontract geüpload naar onze WikiPage. We ontdekten wel dat het niet zo gemakkelijk was om nu al goed te kunnen inschatten hoe de uren verdeeld moesten worden over de verschillende onderdelen.

18 februari 2014
Op 18 februari kregen we na het seminarie feedback over onze WBS, Gantt Chart, PVA en samenwerkingscontract. Hier dienden we nog enkele wijzigingen in aan te brengen. Enkele zaken die we nog moesten aanpassen waren het verwachte resultaat in het plan van aanpak dat nog veel gedetailleerder geschreven moest worden met echte resultaten en deadlines in verwerkt. De uren per persoon in de Gantt Chart moesten we ook kunnen weergeven. Daarna kregen we de kans om met ons zonnepaneel enkele testen te doen. Door deze resultaten te analyseren konden we aan de analytische berekeningen beginnen. Tot slot zijn we verder gegaan met het brainstormen naar innovatieve ideeën.

25 februari 2014
Op 25 februari hebben we definitief onze naam en ons logo gekozen. Er waren enkele voorstellen voor een naam, en voor twee daarvan maakte Joris een logo. Na het seminarie hebben we gestemd. We kozen voor Sunshark 9000, met zijn logo. Daarna zijn we verder gegaan met brainstormen, vooral over de start van de wedstrijd, omdat er 20 seconden de tijd zijn om de race te volbrengen maar geen 20 seconden nodig zijn om de 10 meter afstand af te leggen. Hebben wij gezocht achter manieren om de volle 20 seconden de energie van de zon te benutten Tot slot hebben we nog wat ideeën verder geanalyseerd. Tegen de volgende zitting maakte Matthias een technische tekening van een levitatie-systeem, analyseerde Alexander een pull-back motor systeem, maakte Ben een soort stootsysteem en maakte Karst de wedstrijdbaan na. Met deze prototypes zouden we volgende vergadering kunnen oordelen of ze al dan niet een meerwaarde aan onze SSV zouden brengen. Ook hebben we toch nog een Team leider gekozen en dit is Alexander geworden.

4 maart 2014
In week 4 begonnen we, na het seminarie over Simulink, met al onze documenten af te werken, door definitieve logos en layout aan te brengen. Daarna installeerden we Matlab, analyseerden we onze pull-back motor en onze DC-motor. We berekenden uit de resultaten van de test op het zonnepaneel onze ideale m-waarde. Hieruit konden we dan veel meer gegevens berekenen, te beginnen met de ideale massa om de petanque bal zo hard mogelijk weg te stoten. Maar ook ideale overbrengingsverhoudingen en nog veel meer. Deze gegevens vinden door het omvormen van formules bleek meer problemen teweeg te brengen als eerst verwacht. Er slopen heel snel rekenfoutjes in de berekeningen die achteraf moeilijk op te sporen waren. Uit de gemaakte prototypes beslisten we dat het stootsysteem van Ben geen extra bijdragen zou leveren dus dit idee werd afgevoerd, de pull-back motor in combinatie me het levitatie-systeem bleken wel een innovatieve oplossing. Dus die gingen we verder uitwerken en proberen in te passen in onze SSV.

11 maart
Op 11 maart begonnen we te werken in Simulink. We losten ook een probleem met onze m-waardes op en verbeterden de DC-motor analyse. In de analytische berekeningen bleven maar fouten zitten want er ontstonden onmogelijk waardes, we hebben hier lang op gezocht. We zijn ook alles al beginnen verzamelen in een groot eind document waarin de juiste lay-out reeds aanwezig was. Er was zeker nog werk aan de winkel.

18 maart
Op 18 maart kwam de eerste deadline al heel dicht bij wat de werkdruk opvoerde. We hebben in deze vergadering besloten dat we goed de taken moesten verdelen en dat we donderdag 20 maart terug vergaderen. De verschillende taken waren: Karakteristieken van het zonnepaneel uitschrijven, optimale overbrengingsverhouding uitschrijven, finalisering SSV deel 1 document, Matlab M-files uitwerken en uitschrijven Case Simulink. De laatste fouten werden eindelijk uit de analytische berekeningen gehaald. Het bleek achteraf gezien een zeer moeilijk proces te om al deze berekeningen in een mooie formule te gieten.



20 maart
Op 20 maart was de laatste vergadering voor de eerste deadline, we hadden onze tijd nogal slecht ingedeeld en er moest nog veel gebeuren, we hebben allemaal samen nog hard gewerkt om case SSV 1 tot een goed einde te brengen. Er bleven maar problemen zijn in Simulink, omdat onze m-file niet zo goed werkte. Ook in matlab bekwamen we niet altijd realistische waardes. Er was ook nog veel werk aan de lay-out en de finalisering van case SSV 1. We hadden ook problemen met de sensitiviteitsanalyse we wisten niet zo goed wat dat inhield. Ook hadden we nog vragen bij welke doel formule die bedoeld werd voor de bisectie methode.

29 maart
Op 29 maart hebben we feedback over onze case SSV 1 gekregen, deze was niet zo positief, er zaten nog veel kleine foutjes in. Dit was te verklaren doordat we nogal veel op het allerlaatste moment snel hebben moeten doen. wat natuurlijk niet zo ideaal is. Daarmee was ook de hele case minder goed nagelezen worden dan gehoopt. We moesten nog veel moeilijke taken doen, maar na tips van onze coach leken ons deze wel mogelijk. We zijn na de feedback direct begonnen aan de verbetering van de case SSV 1. Zo hebben we veel grafieken samen gevoegd teksten aangepast, matlab en simulink opnieuw gedaan. Ook hebben we verder taken verdeeld voor wie wat nog aanpast.

1 april
In week 8 was er een tussentijdse test als voorbereiding hier voor hebben we allemaal gestudeerd en heeft het werk omtrent onze SSV even stil gelegen.

10 april
In de paasvakantie hebben Joris en Alexander met een deel van de groep al de eerste dingen uitgezocht over hoe we onze SSV effectief konden opbouwen, we zijn hier vertrokken van bestaande speelgoed auto's op afstandsbediening, hier hebben we een sturing kunnen recupereren met bijhorende afstandsbediening, ook hebben we wielen uit een bestaande auto gerecupereerd. Deze wielen hadden een goede straal die overeen kwam met de eerder bekomen straal uit case SSV 1. alleen waren er wel topjes die misschien iets teveel weerstand zou kunnen bieden op de banden.

12 april
Op 12 april hebben Joris en Alexander verder onderdelen doen werken, hiervoor hebben we een nieuw batterij pak moeten bouwen. Om alles goed te kunnen monteren hebben we ook een grondplaat ontworpen waar we alles op konden bevestiging. Deze was van aluminium wat veel stevigheid gaf en toch relatief licht was, ideaal voor onze SSV dus.

16 april
In de tweede week van de paasvakantie hebben we dan de verzamelde onderdelen aan de rest van de groep voorgesteld. Willem had ook nog een andere auto op afstandsbediening mee, omdat we een extra printplaatje zochten aangezien 1 niet werkte en we niet direct vonden wat er kapot aan was. Hier hebben we nieuwe taken verdeeld omtrent het bouwen van de SSV zelf. Zo ging matthias het stootsysteem en de omkadering van onze auto ontwerpen en laten uitsnijden in fablab. We hebben dan ook nog een tandwiel voor op onze motor online besteld, Ben ging iets maken om de motor goed vast te zetten.

18 april
We hadden nu al heel wat onderdelen verzameld en ontworpen, we hebben dan alles eens in elkaar proberen zette om de eerste problemen al te ontdekken. Zo was er een pas uitgesneden stuk plexiglas al gebarsten, en kwamen we tot de ontdekking dat de door ons gebruikte wielen nogal veel weerstand boden. Wat niet ideaal was, we hebben dan samen nog een aantal oplossingen bedacht.

22 april
Op 22 april hebben we onze SSV getest op de baan in de ondergrondse garage van GroepT, deze zijn goed verlopen. Onze wagen heeft alles goed overleefd. Voor de test hebben we nog een aantal aanpassingen aan onze SSV gedaan, we hebben onze motor vastgezet in de gearbox, en de motor vast gemaakt op onze grondplaat. Hier moesten we goed opletten dat de motor niet rond zijn eigen as kon draaien, dit was niet zo gemakkelijk en hebben we voorlopig moeten oplossen met tape omdat we de motor niet mogen vast lijmen. Ook hebben we onze sturing voor de eerste keer volledig kunnen testen en zijn we op een groot probleem gestoten, we gebruiken 2 printplaatjes met 2 verschillende afstandsbedieningen en deze radio frequenties liggen dicht bij elkaar en interfereerde met elkaar. De ene printplaat voor de sturing kon dan niet meer een constant signaal ontvangen en de aandrijving werd beïnvloed door de stuur-afstandsbediening. Nog een probleem dat we tegen gekomen zijn is dat onze gearbox redelijk veel weerstand genereert, hier hebben we dan voor besloten om deze niet meer te gebruiken en 1 nieuw tandwiel te bestellen dat direct op de as van de achterwielen kan bevestigd worden. Ook hebben we besloten om onze huidige achterwielen te vervangen door nieuwe zelf uitgesneden wielen uit plexiglas, zodat er minder weerstand is met de grond maar nog altijd voldoende grip.

29 april
op 29 april hebben we ons vooral gefocust op case SSV 2, zo gingen Alexander en Joris de analyse van de botsing test doen, Willem en Karst begonnen aan de Sankey diagram, Matthias aan de technische tekening en Ben begon met het vraagstuk. De SSV zelf waren toch nog wat problemen mee, hier hebben we besloten om de achteras opnieuw te ontwerpen en het levitatie systeem toe te voegen alsook het pullback systeem. Ook werd er een nieuwe gearbox ontworpen en extra lagers en tandwielen besteld.

2 mei
op 2 mei hadden we in FabLab afgesproken omdat de onderdelen van plexiglas opnieuw uitgesneden moesten worden. Na deze gesneden te hebben is alles gemonteerd geweest, ook de nog nieuwe tandwielen en de nieuw ontworpen achteras. deze bleek goed te werken al konden we niet volledig testen omdat we de afstandsbediening niet hadden.

6 mei
Dinsdag 6 mei was de eerste dag dat de race kon plaatsvinden, maar er was niet genoeg zon dus die is niet doorgegaan. Pas in de ochtend hadden we een nieuwe frequentie transmitter die niet interfereerde met de 2de afstandsbediening. nu konden we de wagen volledig testen. en we concludeerde dat hij moeilijk vertrok zonder het pulback systeem omdat het gewicht iets te hoog was en de gear ratio iest lager als ideaal was gekozen geweest. Daarmee hebben we nog besloten om de voorwielen en de sturing nog aan te passen, naar wielen met minder wrijving en minder gewicht. we hadden pas vandaag een andere ontvanger We hebben dan in groep verder gewerkt aan Case SSV Deel 2, die al redelijk wat vorm begon te krijgen. De botsing analyse was al volledig klaar en het vraagstuk ook. De technische tekeningen werden gefinaliseerd. en Joris en Ben begonnen samen aan de sterkte berekeningen. En Willem ging thuis verder aan de sankey diagram werken.

8 mei
De laatste samenkomst voor de deadline van case SSV 2. We hebben alles samen gevoegd, na gelezen en de laatste aanpassingen gedaan.