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