A Baross Gábor pályázat keretében létrehozott Solo elektromos hibrid autó projekt összefoglalása Baross Gábor Program Nyugat-dunántúli Innovációs Fejlesztések ND_INRG_05-TAUMOBIL Az elsı magyar alternatív autó mőködı prototípusának elkészítése I. SZAKASZ Ezen tanulmány a hivatalos pályázati jelentés publikus kivonata. 1
BEVEZETİ A projekt az alábbi három fázisra bontva valósult meg: Tervezési és mőhely háttér kialakítása - szervezeti keretek (menedzsment, fejlesztık) - gyakorlati eszközök (szoftverek, számítógépek, szerszámok) - szakértıi testület Mőszaki tervezés, szimulációk végrehajtása - formatervek, 3D modellezés - alváz, karosszéria, futómő tervezés - statikai és dinamikai számítások, szimulációs vizsgálatok - ütközési szimulációs vizsgálatok - villamos tervezés - prototípus modellezés (belsı tér, pedálhajtás, ajtó, futómő) Kivitelezés - gyártás összeszerelés - vázszerkezet - karosszéria - futómő - elektromos rendszer és villamos hajtás - részelemek összeillesztése - belsı tér kivitelezése A projekt teljes ideje alatt ez egyes téma területek egymásra épülve valósultak meg. A megvalósítás minden szakaszára jellemzı volt a terv és a lehetıség idıbeni összhangjának a megteremtése. A megvalósítás sok kompromisszumot kényszeríttet a projektre, mert néhány elemnél a hazai gyártási lehetıségek igen beszőkültek. Ennek ellenére a projekt keretében megépült autó hazai fejlesztık tervei alapján készült el. 2
1. A projekt elsı munkaszakasza 1.1. Elıkészítı munkák indítása - A projekt mőködéséhez szükséges szervezeti háttér létrehozása (menedzsment, fejlesztı csoport, adminisztráció) - A megvalósítás eszközeinek / materiális javak kiválasztása (tervezıi program, számítógépek, szerszámok) - A projekt szakértıi testületének megszervezése - A legfontosabb tervezési feladatok beindítása az Antro Kht. formatervezı és mérnök munkatársai részvételével - A projekt szakasz külsı szakértıi / alvállalkozói feladatainak meghatározása formatervek készítése, 3D modellezés Solo- Duo alváz, karosszéria és futómő tervezés statikai és dinamikai szimulációs vizsgálatok ütközési szimulációs tesztek aerodinamikai vizsgálatok Solo-Duo jármő villamos tervezés gazdasági elemzések Solo prototípus modellezések (belsı tér, pedálhajtás, ajtó, futómő). - Kiegészítı és támogató tevékenységek (fordítás, gazdasági elemzés, weblapszerkesztés) 1.2. Infrastrukturális háttér létre hozása A pályázat keretében alaposan megvizsgáltuk a tervezéshez szükséges számítógépes háttér és tervezıi programok / szoftverek variációit. A kiválasztás fı szempontja a cégen belüli és az alvállalkozókkal való kompatibilitás hosszú távon való biztosítása volt. A kiválasztott Pro/ENGINEER szoftvert találtuk a legalkalmasabbnak, mivel ennek a programnak van saját formatervezıi és mérnöki / mechanikai tervezıi modulja, emellett költségtakarékos is. Az Antro Kht. két munkatársa a programcsomagok használatát szakképzésen el is sajátította. További fontos feladat volt az elızı projektünk keretében megépült Antro Kht. kutató és fejlesztı központ szerszámokkal való ellátása, a prototípus építés-összeszerelés, valamint tesztelés-mérés feladatainak elvégzése. A kiválasztásnál igyekeztünk olyan szerszámokat, berendezéseket, mőszereket választani, melyek jó minıséget képviselnek a piacon, de nem tartoznak a legmagasabb árkategóriába. 1.3. Szakértıi testület felállítása Vállalásunknak megfelelıen létrehoztuk a szakértıi testületünket, akiket a Széchenyi István Egyetem, a Budapesti Mőszaki Egyetem gépjármőtervezésben jártas, és az MTA munkatársaiból állítottunk össze. A szakértıi testület a projekt további részében még bıvült.
1.4. Autó tervezési feladatai 1.41. Korábbi jármőváltozatok átdolgozása Az elsı munkaszakaszban a tervezéseket a korábbi fejlesztési projektjeink, valamint a jármőbemutatóink tapasztalatainak eredményeire támaszkodva kezdtük el. Itt a leglényegesebb rész az új Solo-Duo jármő tervezése volt az Antro Kht. formatervezıjének irányításával. Ez a korábbi jármőgeometria teljes átdolgozását jelentette, jelentısen megnövelt napcellás tetıfelülettel, tágasabb belsı térrel, a részelemek integrálásával, kiérlelt külsı megjelenéssel. Elkészült a Solo és Duo külsı formaterv, mely Pro/Engineer fájlformátumba került, valamint a Solo és Duo változatok látványtervei. A több lépcsıben kiérlelt külsı design teljesíti az összetett mőszaki igényeket (méretek, felület, aerodinamika, részelemek, stb). 1.42. Aerodinamikai szimulációk A projektben új elemként jelent meg az aerodinamikai szimulációk elvégzése, mely a legfrissebb szoftveres fejlesztéseknek köszönhetıen konkrét paraméterekkel szolgál, amit e speciális tevékenységre szakosodott alvállalkozó igen költséghatékony módon tudott megvalósítani. Így rendelkezésünkre állnak az üzemanyag takarékosság egyik legfontosabb feltételét biztosító aerodinamikai paraméterek: a Solo és a Duo külsı jármőtestek felhajtóerıés ellen-állástényezıi, tanulmányozhatók a testek körüli áramképek. Ezen túl meghatározásra kerültek a külsı formaterv szükséges módosításainak irányai. 4
Tevékenység leírása: - a SOLO-DUO jármővek mindkét karosszéria változatának külsı aerodinamikai vizsgálata numerikus áramlástani szimuláció segítségével, a szimulációhoz szükséges numerikus háló elkészítése - meghatározandók a felhajtóerı- és ellenállás-tényezı értékei - a testek körüli áramképek bemutatása, részletes dokumentáció elkészítése Az autó aerodinamikai vizsgálata - - a jármő körüli áramlások elemzésével a továbbfejlesztés irányainak külsı formaterv módosítások meghatározása - a szimulációs modelleken figyelembe veendı a forgó kerekek és a mozgó talaj hatása 5
Kerék aerodinamikai hatása - a karosszérián való keresztüláramlás (hőtés, szellızés, aktív kifúvás, stb.) nem vizsgálandó A szimuláció eredményei: - megfelelı a Solo és a Duo külsı jármőtestek felhajtóerı- és ellenállástényezıje - tanulmányozhatók a testek körüli áramképek - meghatározásra kerültek a külsı formaterv módosítások irányai 1.43. Statikai, dinamikai szimulációk és ütközési vizsgálatok A tervezésben nagy hangsúlyt kapott az üzemanyag takarékosság másik fontos feltételét jelentı, a minimális saját tömeg elérését biztosító könnyőfémekkel és kompozitokkal kapcsolatos anyagismeretek bıvítése. Részlet a Crash vizsgálatból Kompozit törés kép 6
Tevékenység leírása: - a Solo és a Duo jármővek vázszerkezetének és kompozit karosszériájának (BIW) számítógépes szimulációs merevségi / statikai, valamint dinamikai elemzése Létra alváz statikai vizsgálata - Karosszéria dinamikai vizsgálata - Solo-Duo jármővek (váz + karosszéria + futómővek + motor + stb.) szabványos ütközésvizsgálatai, külön a front ütközés, az oldal ütközés és hátsó ütközés tekintetében A régi és új vázszerkezet crash elemzése - - ütközés hatása a belsıtéri viszonyokra, mint gyorsulás-lassulás, fejütközés, stb. - az eredmények optimalizálása a felhasznált anyagok szempontjából - projekt keretében megvalósuló Solo prototípus jármő fentiektıl eltérı vázszerkezetének és kompozit karosszériájának (BIW) számítógépes szimulációs elemzése 7
A régi és új vázszerkezet frontális ütközés eredménye A szimuláció eredményei: - a tervezett anyagok paraméterei, függvényei meghatározásra kerültek - a statikai, dinamikai, és ütközési szimulációk elsı fázisai elkészültek - a választott vázszerkezet és kompozit karosszéria megfelelı. 1.44. Konstrukciós tervezések A Solo és a Duo jármővek vázszerkezeti, karosszéria, és futómő konstrukciós tervei kidolgozásra kerültek. Az alváz magnézium-alumínium-titán ötvözetbıl készül, míg a vázszerkezet és a karosszéria anyaga karbon-nylon szálerısítéső epoxi kompozit. A tervezett alkatrészek kialakításánál a gyárthatóság is fontos szempontként jelentkezett. A Solo-Duo futómő kialakításának alapkoncepciója független hosszlengıkaros futómő felfüggesztés. A kerékhajtás a keréktárcsában elhelyezett elektromos agymotorok alkalmazásával lesz megvalósítva. Utóbbi a kerékfék szerepét is a legtöbb esetben átveszi, generátor üzemmódban nagy fékteljesítmény érhetı el, mely részlegesen biztosítja a jármővek EGB 13 fékelıírásainak való megfelelést. Elkészültek a Solo prototípus vázszerkezeti, karosszéria és futómő konstrukciós tervei is (a gyártási és költségvetési lehetıségekhez alkalmazkodva), valamint elkezdıdött a Solo prototípus összeállítási terveinek elıkészítése (befejezés a következı munkaszakaszban). Vázszerkezet, felsı kert, futómő modell terv 8
1.44. Villamos tervezés A villamos tervezés kapcsán kiválasztásra kerültek a Solo-Duo jármővek, valamint a megvalósításra kerülı Solo prototípusának elektromos részegységei. Elkészültek a jármővek elektromos tömbvázlatai, melyek a tervezett jármővek minden villamos berendezését, valamint azok kapcsolódását, elrendezését tartalmazzák. A Solo prototípus elektromos agymotoros hajtás / napcellás és hálózati akkumulátortöltés / központi vezérlés / mőszerfal / külsı-belsı világítás. 1.45. Ergonómiai modell A gyors és hatékony számítógépes tervezés problémája a valós tapasztalatok (térérzet, arányok, mozgás) kontroljának hiánya. A projekt keretében ezért megépült az utastér 1:1 léptékő mintája a pedálhajtás modellel, mely valós ergonómiai tapasztalatokkal szolgál, illetve segíti a döntéshozatalt a variációk valós elemzésével (kiszállás, beszállás, üléspozíciók, ergonómiai tanulmányozás, kormány elhelyezkedés vizsgálata, pedálhajtás variációk). 9
Ergonómiai modell terv Ergonómiai modell Hozzá kapcsolódóan az ajtómodell váz is elkészült, üvegszálas kompozitból lehetıséget adva a fejlesztés segítésére, a prototípus egyedi ajtótervének vizsgálatára, mőszaki megoldásainak tesztelésére. A futómő vizsgálat is történt a futómő tervezést, a mőszaki konstrukció továbbfejlesztését szolgálta. Mindezen részfeladatok szükséges feltételei és alapul szolgálnak a prototípus összeállításához, tesztelesésez, összeszereléséhez. 1.46. Pénzügyi kockázat elemzés A fejlesztésünk igen lényeges részének tekintettük, hogy a megvalósuló mőszaki megoldásokat hogyan lehet minél gyorsabban, hatékonyabban piaci termékké fejleszteni, és ehhez mennyi idı, mekkora anyagi források szükségesek. Vizsgálandó feladatnak tekintettük azt, hogy milyen módon tudnak a fejlesztést végzı Antro Kht-hez kockázati tıkebefektetık, befektetık kapcsolódni, a gyártás elıkészítés, majd a gyártás megvalósítására. 10
1.5. Az elsı munkaszakasz összefoglalása Az elsı munkaszakaszban a tervezéseket a korábbi fejlesztési projektjeink, valamint a jármőbemutatóink tapasztalatainak eredményeire támaszkodva kezdtük el. Itt a leglényegesebb rész az új Solo-Duo jármő tervezése volt az Antro Kht. formatervezıjének irányításával. Ez a korábbi jármőgeometria teljes átdolgozását jelentette, jelentısen megnövelt napcellás tetıfelülettel, tágasabb belsı térrel, a részelemek integrálásával, kiérlelt külsı megjelenéssel. A pályázat keretében megvizsgáltuk a tervezéshez szükséges számítógépes háttér és tervezıi programok / szoftverek variációit A kiválasztott Pro/ENGINEER szoftvert találtuk a legalkalmasabbnak, és az Antro Kht. két munkatársa a programcsomagok használatát szakképzésen el is sajátította. Beszereztük a szerszámokat, berendezéseket, mőszereket, számítógépeket és a szükséges szoftvereket, amelyekkel elkezdhettük a tervezési munkákat. Létrehoztuk a szakértıi testületünket. A speciális szakterületekhez beérkezett ajánlatok kiértékelése után kiválasztottuk a megfelelı vállalkozókat, cégeket. Az alábbi tervezési munkákat kezdtük el: formatervek, 3D modellezés Solo alváz, karosszéria és futómő tervezés statikai és dinamikai szimulációs vizsgálatok ütközési szimulációs tesztek aerodinamikai vizsgálatok Solo jármő villamos tervezés Solo prototípus modellezések (belsı tér, pedálhajtás, ajtó, futómő). Ezek a tervek szolgáltak alapul a jelen munkaszakasz további tervezési, összeállítási és kivitelezési feladataihoz. Alvállalkozók bevonásával elkészült a Solo és a Duo jármővek vázszerkezetének és kompozit karosszériájának (BIW) számítógépes szimulációs merevségi / statikai, dinamikai vizsgálatának, valamint ütközési szimulációs elemzésének elsı fázisa (befejezés a következı munkaszakaszban). Az Antro Kht. elızı fejlesztési projektjére alapozva a tervezett anyagok paraméterei, függvényei, az elérendı értékek meghatározásra kerültek. A szimulációk eredményei a koncepciót alátámasztva nagyon kedvezıek, további finomítások a vizsgálatok eredményeként beépülnek a konstrukciós folyamatba. 11