GFG101

De Communauté de la Fabrique des Mobilités
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GFG101.png Photo maquette corde flotante.jpg

Fiche Contact :

Niveau de développement du projet : concept
Le véhicule en résumé ! Le GFG101 est un quadricycle à assistance électrique proposant notamment un carénage souple et un système de suspension inclinable novateur pour des dimensions contenues, une habitabilité maximum et une fabrication largement distribuable grâce au chassis périphérique en contreplaqué boulonné.

Fabricant : Equipe Vadzaih
Modèle : GFG101
Contact : François Garcin
Partenaire impliqué (industriel, fablab, labo...) :


VADZAIH pour connaître les besoins et aider GFG101. Les compétences recherchées par l'équipe pour ce véhicule sont (à renseigner dans une fiche Equipe !) - Les personnes ayant les compétences recherchées par l'Equipe :ANGE PADOVANI, ANTOINE DACREMONT, Abdourahamane, Adam Mercier, Adrien Pitois… autres résultats

Tags : Proto2

Défi associé : L'extrême défi ADEME, Améliorer l'offre de mobilité, XD, Securité routière, Réduire dépendance à l'auto, Sémantisation et le graph, Ergonomie, Améliorer les solutions et développer de nouvelles solutions de mobilités pour tous

Commun produit / utilisé :

Communauté(s) d'intérêt :

Pays :

Sur la carte :
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Éléments Techniques du Véhicule[modifier le wikicode]

Type de véhicule : velomobile

Catégorie de véhicule : quadricycle léger

Les cas d'usages principaux pour ce véhicule sont :

Catégorie de véhicule : L6eB

Vitesse maxi de l'assistance (en km/h) : 45

Type de route utilisable route goudronnée, chemin grade 1, chemin grade 2, chemin grade 3, chemin grade 4, chemin grade 5

Nb personnes : 2+enfant

Nb roue arrière : 2

Nb roue avant : 2

Masse totale du véhicule (kg) : 180

Masse Batterie (kg) : ~30kg (batteries LFP à confirmer)

Consommation à 25 km/h (Wh/km) :

Consommation à 45 km/h si concerné (Wh/km) :

Consommation à 80 km/h si concerné (Wh/km) : NA

Volume coffre/chargement : 525L/80kg

Type de propulsion : electrique avec pedalier

Type de transmission : by wire

Type de direction : tilt, avant poignees

Type de freinage : disque

Matériaux chassis: bois

Type d’assemblage : boulonne

Autonomie visée (km) : 50

Puissance (en W) :

Tension batterie (Volt) :

Ampère.heure Batterie (A.H) :


Dossier de réponse à l’eXtrême Défi[modifier le wikicode]

Décrivez ici votre réponse sur 2 des 6 parties (Véhicule, Énergétique) en actualisant régulièrement ces informations. Remplir le fichier des composants mutualisables et celui de vos contacts prototypistes
Les 4 autres parties (Narratif, écosystème, économique et retours d’expériences) sont à détailler dans votre fiche Équipe : VADZAIH

--- Work In Progress - Corrections, amendements et suggestions bienvenus ici : https://pad.fabmob.io/FTuCx3gFTviyzO_CuVqGhA

Dossier Véhicule(s)

Nos véhicules

Nos véhicules GFG101 et GFG201 sont des quadricycles à assistance électrique proposant notamment un carénage souple et un système de suspension inclinable novateur pour des dimensions contenues, une habitabilité maximum et une fabrication distribuable.

Analyses fonctionnelles

À partir de notre étude des besoins en déplacements dans les Alpes Maritimes, et des contraintes liées à la fabrication distribuée, nous avons choisi de développer un véhicule se déplaçant à 45km/h avec une charge utile de 160kg et une autonomie réelle de 50km.

Notre analyse fonctionnelle externe (phase utilisation, stationnement comprit) est fondée à la fois sur les déplacements péri-urbain et les déplacements urbains compte tenu de l’emprise des grandes agglomérations sur le territoire.

Pour nourrir l’analyse fonctionnelle externe de notre véhicule, nous avons également cherché à recenser les raisons pour lesquelles les usagers préfèrent souvent la voiture au vélo à assistance électrique qui pourtant répond déjà aux besoins en déplacement du plus grand nombre.

Nous avons également élargi nos analyses fonctionnelles aux différentes phase du cycle de vie du véhicule (utilisation, fabrication, démantèlement, conception, etc…)

L’excellent document “Nouvelles architectures et liaisons au sol pour véhicules décarbonés” de Gilles Schaefer, intégré sur le tard, nous a permis de renforcer ces analyses.

Le projet Vhélio qui nous inspire particulièrement, constitue notre benchmark le plus pertinent et ambitieux. Nos deux autres benchmarks sont le scooter Piaggio MP3 pour les dimensions et le comportement routier et le MoskitOS pour la fabricabilité et la mobilité de structure.

Les grandes fonctions qui en découlent sont les suivantes:

  • transporter un adulte + un adulte et/ou un enfant ou 80kg de cargo. Charge utile totale de 160kg+,
  • donner visibilité et contrôle au pilote,
  • assurer la sécurité des personnes et des biens lors du transport,
  • stationner le véhicule dans l’espace public,
  • assurer le confinement des biens lors du stationnement,
  • protéger de la pluie et assurer le confort climatique,
  • être fabriqué avec des outils, des techniques et des matériaux accessibles avec des composants standards,
  • sommer un bilan énergétique contenu,
  • tester à moindre coût la sécurité et l’ergonomie de différentes configurations lorsque que la veille ne nous aura pas permit de trancher (commande d’inclinaison, plancher virtuel, axe de direction…)

Un diagramme plus détaillé et complété au fil de l’eau synthétisant ces analyses est accessible ici.

choix de conception et innovations techniques proposées

Ces analyses fonctionnelles, une large veille technique, nos sessions de créativité et de nombreuses discutions passionnées nous on permis d’arrêter les choix de conception suivants:

un chassis périphérique

Pour protéger au mieux les occupants et les biens. En outre nous pensons que ce choix nous permettra d’une part de réduire la masse en fusionnant chassis et carénage, d’autre part d’augmenter la solidité en déconcentrant les contraintes mécaniques par rapport à un vélo classique.

des dimensions contenues

80cm de large pour mieux partager la route avec les autres véhicules et 230cm de long, ce qui correspond à la largeur d’un stationnement pour voiture, pour entrer dans un stationnement standard pour moto.

quatre roues

Pour un maximum de stabilité, y compris dans les situations d’urgence, nous développons un véhicule 4W-2f-4T-2d-2s-2p.

une suspension inclinable “en corde flottante”

Une solution technique inventée par François, membre de l’équipe, nous permet d’envisager une suspension inclinable fabricable par un amateur, très peu coûteuse, robuste et maximisant l'habitabilité. Celle-ci utilise des composants standards (œillets en acier et corde en dyneema 12mm) et un essieu fabriqué en panneaux de contreplaqués de 18mm usinés en CNC. Nous avons validé ce principe innovant par une maquette, en revanche la simplicité de cette solution se fait au prix de la variation de la voie lors de l’inclinaison. Nous pensons qu’il sera intéressant de prototyper sur le GFG101 cette solution pour mesurer les conséquences sur l’usure des pneumatiques et sur l’adhérence en virage.

Le GFG201 quand à lui adopte une suspension inclinable articulée en parallélogramme, conçue là aussi pour minimiser l'emprise sur le volume habitable.

un carénage souple

Comparison of propulsion losses (), rolling resistance () and air resistance () at different speeds. As you can see, air resistance is completely negligible below about 15 km/h, and even at 50 km/h it is not even half. This means that rolling resistance mostly dominates during the ride – except for a few high-speed sections. On other bicycles, rolling resistance and drive loss are roughly similar, but air resistance is significantly higher, by a factor of 5 to 10.(Source : https://anotherkiwi.gitlab.io/velomobil-grundwissen/velomobile_knowledge.html)
Compte tenu de l’importance de la traînée par rapport aux autres forces appliquées au véhicule, et pour minimiser l’impact de la hauteur du véhicule, nous avons choisi d’optimiser au mieux l’aérodynamisme du véhicule avec un carénage complet, roues comprises.

(Source : https://anotherkiwi.gitlab.io/velomobil-grundwissen/velomobile_knowledge.html)

Moniteur de parapente, Guillermo a imaginé un carénage souple qui se déploie lorsque le véhicule est en mouvement. Ce carénage très prometteur a motivé notre participation à l’extrême défi.

En effet cette solution permet de fabriquer un carénage aérodynamique pour un coût et une masse contenus, tout en préservant des dimensions contenues lors du stationnement, une habitabilité maximum et un centre de gravité le plus bas possible.

Commandes et affichages devant le pilote

Pour faciliter le contrôle et la gestion du véhicule par le pilote, et maximiser le sentiment de sécurité, nous avons choisi de placer les commandes et affichages devant le pilote.

Le prototype GFG101, construits en matériaux peu coûteux et rapidement mis en oeuvre (contreplaqué usiné en CNC et assemblages boulonnés) est conçu de façon à permettre le test de plusieurs configurations pour maximiser l’ergonomie et le contrôle:

  • comparaison des solutions de commandes d’accélération et de freinage régénératif (par exemple pédalier ou pouce).
  • comparaison des solutions pour la commande d’inclinaison (inclinaison libre, assistée ou commandée ou plancher virtuel) en tirant parti des possibilités offertes par le dyneema et les transmissions par cabestan.

direction

À ce stade trois solutions subsistent pour la direction :

  • un palier sur chaque roue avant avec système ackermann,
  • un palier central sur l’essieu avant.
  • un axe virtuel central inspiré du python bike et du moskitOS
  • un système innovant de direction séquentielle avant puis avant et arrière pour: minimiser l'emprise sur habitabilité préserver un grand rayon de braquage à vitesse lente et sans problème de survirage.

L’encombrement et l’interface mécanique avec le chassi périphérique étants antagonistes à se stade, et le comportement en virage d’un axe centrale nous posant question il nous semble qu’une solution reste à élaborer sur ce point. Nous étudions à ce stade la faisabilité du système de direction séquentielle.

Il est également prévu d’expérimenter une commande distincte de l’inclinaison en s’appuyant sur le système de suspension inclinable en corde flottante.

transmission

Notre choix de faire un véhicule hybride série (VHS), c’est à dire de relier le pédalier à une génératrice malgré le faible rendement de cette solution ne répond à aucune fonction d’usage mais nous permet d’éliminer toute transmission mécanique et ainsi nous libérer de contraintes importantes sur l’agencement du véhicule lors de la phase prototypage et ainsi concentrer nos choix sur l’ergonomie et l’habitabilité du véhicule. Une fois l’agencement déterminé et validé, nous pourrons envisager de concevoir pour les prototype à venir une solution de transmission mécanique.

Deux prototypes complémentaires

Notre projet prévoit deux prototypes développés en parallèle. Le GFG101 doit être fabricable par des amateurs avec des outils électro portatifs courants et les outils de FAO facilement disponibles en fabLab (fabrication distribuée). Le GFG201, plus léger et plus performant, doit être fabricable par un artisan ou dans un atelier semi-industriel et peut tirer parti d’une structure tubulaire soudée et de matériaux composites.

Les deux prototypes donneront lieu à une documentation entièrement open sourcée.

Cette dualité nous permet non seulement de répondre à deux modèles économiques distincts (“fais-le-toi-même” dans le cas du GFG101 et produit clé en main haut de gamme dans le cas du GFG201), mais surtout d’accélérer le processus heuristique en séparant deux objectifs a priori contradictoires. Chaque prototype amènera des solutions abouties sans compromis, qui pourront éventuellement être transposés par la suite de l’un vers l’autre. Le développement du GFG201, plus raffiné, sera vraisemblablement déphasé par rapport au GFG101 mais devra démarrer bien avant l’aboutissement du GFG101 pour ces apports mutuels.

Comme mentionné dans le dossier narratif, pour adresser au mieux les usages les plus courants, nous avons mis de côtés certains cas d’utilisation lors de notre analyse fonctionnelle (weekend en famille, transport d’outils et matériaux…). Éluder ces cas d’usages risque d’amener les utilisateurs à conserver une voiture. Nous prévoyons donc à moyen terme une solution modulaire basée sur le véhicule GFG, en offrant la possibilité de coupler deux GFG et/ou annexer une remorque motorisée. Nous nous efforçons donc de garder cela à l’esprit et les contraintes associées lors de nos choix techniques.

Fichier Véhicule (AAP Ideation) : 
Fichier Véhicule (AAP Proto) : GFG101 et GFG201.pdf
Fichier associé au guide de montage : 
Lien vers un espace de stockage des fichiers 3D : 
Partenaire impliqué (industriel, fablab, labo...) : 

https://pad.fabmob.io/5yUZnQL_QBi9csx7TjYvAw

Dossier énergetique

Pour atteindre l’objectif de sobriété de notre solution de mobilité nous nous appuyons :

  • en amont sur des décisions et des choix de conception en accord avec un certain nombre de principes fondamentaux (fabricabilité avec des outils et composants disponibles localement, matériaux biosourcés ou issus de récupération ou recyclage, mutualisation des informations et des moyens, etc…) une méthodologie de conception
  • en aval sur un recensement et une évaluation systématiques des coûts environnementaux

Fabrication

Nos choix de conception sont systématiquement contraints par la nécessité de pouvoir fabriquer avec des moyens disponibles localement.

Le GFG101 privilégie les assemblages boulonnés et les assemblages textiles reproductibles avec une machine à coudre domestique.

Le GFG201 tire parti des procédés de fabrications pratiqués par des artisans locaux dans le domaine marin par exemple (structures tubulaires soudées, matériaux composites).

Dans les deux cas nous nous appuyons également sur les outils mis à disposition par les fablabs locaux, notamment Sofab et artiFab: découpe laser, CNC, etc…

Nos choix sont également faits pour préserver un maximum de flexibilité sur le choix des composants électriques et électroniques (moteurs-roues non thru-axle, batteries, commande), et pour utiliser des composants standards (roues, ressorts, amortisseurs,etc…). Nous prévoyons de nous adapter aux discussions en cours entre les équipes pour la mutualisation des composants.

Mise à disposition de l’utilisateur

Dans le cas du GFG101, il s’agira de permettre à un amateur de fabriquer son propre véhicule dans un espace réduit à son domicile, avec des moyens disponibles localement et éventuellement un kit pour les composants mutualisable.

Dans le cas du GFG201 il s’agira de mettre en place un circuit de fabrication et de distribution s’appuyant sur des entreprises locales existantes.

Utilisation

Nous visons une consommation de 30Wh/km.

Fin de vie

La totalité des composant devra être démontable. Seul le chassi du GFG201 ne pourra pas être démonté sans altérer son intégrité, mais la structure pourra être séparée de l’enveloppe pour recyclage.

Les matériaux biosourcés sont privélégiés pour les composants non standards (chassi, textile,résines…)

Les cordes en dyneema devront pouvoir être séparées facilement.

Ressources matérielles et transport

Nous prévoyons de maintenir le tableau suivant tout au long du projet.

Tableau conçu pour centraliser la liste des matériaux et composants ainsi que les information de coût, coût environnemental, et approvisionnement.
Tableau conçu pour centraliser la liste des matériaux et composants ainsi que les information de coût, coût environnemental, et approvisionnement.
Fichier Énergétique : 

Fichier lié aux expérimentations 
Nom du pionnier pour tester le véhicule : 
Lister le(s) territoire(s) d'expérimentation : Département des Alpes-Maritimes
Date de disponibilité du véhicule à la location ou vente : day« day » contient un tiret superflu ou d’autres caractères qui ne sont pas valides pour interpréter une date.
Date Début des expérimentations : day« day » contient un tiret superflu ou d’autres caractères qui ne sont pas valides pour interpréter une date.


Compléments :