Arrière-plan
Il est indéniable que les Canadiens aiment faire du vélo toute l'année, non seulement pour réduire leur empreinte carbone, mais aussi comme forme de loisir et d'exercice. Cependant, comme le constatent la plupart des Canadiens, les conditions météorologiques à travers le pays sont la plupart du temps imprévisibles, froides et humides pendant plus de la moitié du temps.
Vélomobile est la réponse à ce défi, vélomobile est un nouveau concept de véhicule à propulsion humaine capable de résister aux intempéries et aux collisions. De plus, les vélomobiles sont classés comme vélos et peuvent donc utiliser les pistes cyclables. Vous n'avez pas besoin de permis ni d'assurance pour les exploiter.
Les concepts vélomobiles sont disponibles dans toutes les formes et tailles, certains ressemblent à un tricycle couché recouvert d'un carénage, tandis que d'autres peuvent ressembler à une goutte d'eau (en raison de sa forme aérodynamique).
Problème/opportunité
Il y a eu des dizaines de concepts de vélomobiles au cours des dernières décennies, certains n'étaient qu'un prototype tandis que d'autres ont été mis en production, mais nous n'avons pas encore vu de produit prenant en charge un modèle commercial viable et réussi. Le défi n’est donc pas seulement de concevoir un produit mature, mais aussi de s’assurer qu’il est réalisable de le vendre.
Chez ENVO, nous pensons que si un produit est d'un prix raisonnable, transportable, stockable et mature, il suffirait à capter l'attention du client et à devenir un produit à succès.
But
L'objectif d'ENVO est de concevoir et de fabriquer un vélomobile à assistance électrique à propulsion humaine présentant les caractéristiques suivantes.
- Suffisamment léger pour être alimenté uniquement par la puissance humaine, l'énergie électrique devant être introduite pour compléter la puissance humaine.
- Compact et démontable pour qu'il soit facile à ranger et à transporter.
- Le vélomobile doit avoir une structure durable, solide et non sujette aux cliquetis/bruit.
- Le vélo doit protéger l’opérateur de tous les temps, y compris les températures glaciales, la pluie ou la neige.
- Le vélomobile doit offrir une protection contre les collisions.
- Le vélomobile doit être classé comme vélo à assistance au pédalage, donc capable de circuler sur les pistes cyclables.
ENVO vélomobile utilise des plastiques, des matériaux gonflables et des composites acryliques pour la construction de la carrosserie. L'objectif ici est de révolutionner les solutions de mobilité en utilisant des techniques de fabrication bien établies. L'effort sera donc concentré sur l'aspect conception et non sur le développement de nouvelles techniques de fabrication. De plus, le vélomobile doit utiliser autant de pièces de vélos électriques que possible, notamment les moteurs de moyeu, la transmission, le guidon, les capteurs d'assistance au pédalage, etc. afin que le produit soit non seulement peu coûteux mais également facile à entretenir/réparer pour qu'il soit durable. .
Exigences clés
Le vélomobile ENVO est considéré comme un concurrent sérieux en matière de déplacement/transport. Il doit combiner les meilleures caractéristiques d’un véhicule et d’un vélo et éliminer les inconvénients des deux.
En gardant cette exigence à l’esprit, les fonctionnalités suivantes sont présélectionnées :
- Corps étanche capable de résister à la pluie et à la neige mais offrant une ventilation suffisante.
- Pièces pouvant tenir dans des boîtes pouvant être expédiées par service de messagerie.
- Puissance d'assistance au pédalage de 500 W.
- 50 km d'autonomie avec une batterie de 480 Wh.
- Corps capable de s'adapter à n'importe quelle piste cyclable
- Enceinte suffisamment spacieuse pour être confortable.
- Châssis de style couché pour la stabilité et l'ergonomie.
- Inclure un siège pour un deuxième passager.
- La capacité de charge utile d’un vélo utilitaire/cargo.
- L'écran avant doit avoir un design antibuée et hydrofuge.
Contraintes/Risques/Hypothèses/Incertitudes
La technologie des matériaux gonflables en est à ses balbutiements et présente de multiples défis de conception et de fabrication. De plus, la fabrication va présenter un défi en raison de sa nature nouvelle, tandis que même si les techniques de fabrication liées aux plastiques et à l'acrylique peuvent être matures, leur combinaison peut présenter un défi.
Un autre défi est de concevoir un vélomobile facile à démonter. Cela limite la taille des pièces que nous sommes autorisés à concevoir et introduit la nécessité de les plier dans la conception. La carrosserie du vélomobile n'est pas destinée uniquement à protéger contre les intempéries et elle doit également être résistante aux collisions. La conception modulaire présente donc un problème d'intégrité structurelle où les joints non permanents peuvent ne pas être aussi solides et ne pas présenter une protection suffisante en cas de choc. collision.
Le plus grand défi dans la conception du vélomobile est de contrôler le coût de fabrication, ENVO ne considère que les méthodes et processus de fabrication qui ne nécessitent pas nécessairement d'économies d'échelle pour réussir. Nous sommes bien conscients de l'aspect de niche de ce produit et du fait que les premiers modèles ne pourront peut-être pas être vendus à grande échelle, c'est pourquoi le design est développé en gardant cela à l'esprit.
Prototypage et tests Phase 1
Notre travail au cours de l’exercice 2020 s’est concentré sur des considérations de conception à un stade précoce, notamment l’analyse des matériaux, la modélisation 2D et 3D et le prototypage précoce. Les contraintes matérielles de notre produit comprenaient un faible poids pour tenir compte des frais d'expédition et réduire la puissance conformément aux lois sur les licences, une rigidité élevée pour garantir la sécurité de l'utilisateur et la durabilité de l'appareil, et une flexibilité suffisamment élevée pour absorber les chocs. Le matériau devait également permettre une certaine forme de démontage ou de compactage, et les matériaux des fenêtres devaient être transparents et résistants aux rayures. Une analyse des matériaux a été effectuée pour identifier les candidats, notamment le plexiglas, le polycarbonate et le vinyle épais transparent résistant aux rayures.
De nombreuses séries d'itérations de dessin et de modélisation ont été réalisées afin de visualiser une forme compatible avec le concept gonflable développé lors de l'analyse des matériaux. Le brainstorming des modèles visuels a été approfondi mais nous a permis d'identifier les matériaux.
Des séries supplémentaires de conception itérative 2D et 3D ont été réalisées au fur et à mesure que les concepts étaient évalués et modifiés jusqu'à ce qu'une conception finale soit décidée. La conception souhaitée était centrée autour d’un corps entièrement gonflé en matériau gonflable. La carrosserie serait structurelle et prouverait une protection contre les éléments.
Une fois les plans de conception prêts, le premier prototype du corps gonflable a été développé en octobre 2020. La conception s'est avérée satisfaisante en termes de poids, d'acoustique et d'ergonomie, mais manquait de résistance structurelle, quel que soit le prototype qui nous a aidé à mieux comprendre nos plans de conception pour l'année prochaine.
Prototypage et tests Phase 2
Au cours de l'exercice 2021, ENVO a réussi à développer un prototype réussi de tricycle léger protégé contre les intempéries à assistance par pédale, de conception modulaire, qui peut être facilement démonté et expédié dans le monde entier pour les mêmes frais d'expédition qu'un tricycle couché.
Le prototype développé au cours de l'exercice 2020 manquait de rigidité/intégrité structurelle, car aucune technique/technologie n'existait permettant de relier des matériaux gonflables cousus ensemble pour fournir une résistance raisonnable à la carrosserie du véhicule. Cela nous a conduit à une impasse et nous a obligés à retourner à la planche à dessin.
Dans le prolongement de l'année dernière, ENVO a commencé par une revue complète de la littérature sur les progrès réalisés dans le domaine des matériaux gonflables à points de chute (DSIM). Pour réaliser la conception aérodynamique, la forme du véhicule doit être aussi profilée que possible, mais la propriété inhérente du matériau cousu est qu'il a tendance à être droit et à résister à la courbure, ce qui conduit à une carrosserie émoussée qui n'est pas aérodynamique. Le matériau à points de chute disponible dans l'industrie est conçu pour répondre principalement aux produits à base d'eau et la plupart des fournisseurs fournissaient des matériaux épais. ENVO a mené des études théoriques et expérimentales pour développer un DSIM dont la largeur était plus fine que la plupart des options disponibles. Ce développement nous a permis de concevoir une carrosserie plus aérodynamique.
Une fois que nous avons pris conscience des propriétés du matériau, nous avons développé une conception assistée par ordinateur tridimensionnelle complète et détaillée basée sur les croquis et la conception du véhicule. Il s’agissait d’un processus itératif où de multiples contraintes définissaient le résultat. La conception finale était une combinaison d'un corps composite en trois parties.
La partie structurelle inférieure qui entoure et protège l'utilisateur est réalisée pour DSIM. La couche intermédiaire est une couverture solide en plastique et fabriquée par fabrication additive (impression 3D), cette couche supporte le pare-brise transparent en feuille acrylique. Les couches centrale et supérieure sont montées sur un point articulé arrière, ce qui leur permet de s'ouvrir et de permettre à l'utilisateur d'entrer et de sortir facilement. Le défi lié à la conception du véhicule était double : nous avions non seulement besoin d'une conception facile à démonter, mais les fixations devaient également être suffisamment solides pour offrir une protection raisonnable à l'utilisateur contre un léger impact. Ces exigences concurrentes ont nécessité un compromis qui a conduit à notre développement de luminaires gonflables.
Pour cette série de prototypage, le plancher du véhicule était creux, de sorte que le poids de l'utilisateur n'est pas supporté par la carrosserie du véhicule lorsqu'il monte ou descend. Une fois le prototype prêt, nous avons commencé les essais sur route pour tester l'hypothèse concernant l'étanchéité, la minimisation du bruit et des performances globales du véhicule. Nous avons découvert que même sans fenêtres, la conception du pare-brise offre une protection suffisante contre les vents frontaux et la pluie tombant verticalement. De plus, le DCIM conduit à un amortissement sonore, ce qui entraîne une diminution du bruit/hochet. En revanche, les performances de direction du tricycle ont diminué en raison de l'introduction de la carrosserie sur le dessus du tricycle. Ainsi, même si nous avons apporté des améliorations à la conception et que la conception est plus mature que jamais, certaines parties nécessitent une attention particulière avant que nous puissions enfin surmonter les incertitudes technologiques.
