| dc.description.abstract | SAMMENDRAG
I fremtiden vil det trolig bli stilt enda strengere krav til energiforbruk for transport av personer
og gods på offentlige veier. Vi er i realiteten dermed tvunget til å vurdere alternative metoder
for utforming av kjøretøy slik at de blir mindre og lettere. Samtidig må funksjonaliteten og
komforten til en konvensjonell bil opprettholdes i så stor grad at forbrukerne faktisk er villige
til å akseptere endringene.
Ideen bak dette kjøretøykonseptet er opprinnelig lansert av førsteamanuensis ved IMT / UMB,
Jan Kåre Bøe. Konseptet er et lettvekts 3-hjulskjøretøy med plass til en voksen og to barn,
eller en sjåfør og tilsvarende lastevolum. Kjøretøyet skal ha to hjul bak og ett foran, mulighet
for lene seg i svinger som en motorsykkel og skal kunne registreres som en trike. Konseptet
har fått navnet "Dolphin Family".
Totalkonseptet skal utvikles gjennom en rekke delprosjekter, hvor da denne prosjektoppgaven
har som hovedmål å utrede, designe og konstruere et forslag til kjøretøyets bærende
rammestruktur og bakhjulsoppheng. Av praktiske og tidsmessige årsaker er oppgaven
begrenset til ikke å spesifisere andre deler av kjøretøyets chassis, som bla. forhjulsoppheng,
motor, bremser og drivverk.
Utviklingsarbeidet har bestått av utredning av eksisterende 3-hjulskjøretøy og relevante
utformingsprinsipper, skissering og vurdering av flere prinsippforslag, og
grunnlagsberegninger for et foreløpig løsningsforslag. Sannsynlige belastninger er kartlagt og
profil- og materialvalg for konstruksjonen er foretatt gjennom systematiske vurderinger.
Videre er strukturspenninger analysert vha. FEM og forsøkt optimalisert med hensyn til lav
vekt. Til sist er løsningen presentert med 3D-renderinger, aktuelle produksjonsmetoder er
drøftet og et grovt kostnadsoverslag er utarbeidet for prototypefremstillingen.
Løsningsforslaget er ca. 3,1 m langt og 1,4 m bred, og basert på en antatt fullastet totalvekt på
800 kg. Kjøretøyet kan tilte opp mot 45° i sving vha. et automatisk hydraulisk system.
I dimensjoneringsarbeidet er det valgt å fokusere på to hovedkomponenter;
rammekonstruksjonen og svingarmene i bakhjulsopphenget.
Rammen kan karakteriseres som en plattform satt sammen av knekte aluminiumsplater.
Rammekonstruksjonen er dimensjonert for å tåle en antatt maksimal akseptabel belastning
som oppstår i det forhjulet treffer en forhøyning ved full oppbremsing. Ved overbelastning vil
en skjærbolt i innfestingen av forhjulsgaffelen ødelegges først og kan enkelt repareres.
Rammen veier kun 39,1 kg (kun plater), og har dermed et meget gunstig forhold mellom vekt
og styrke.
Bakhjulsopphenget består av langsgående svingarmer, som roteres vha. hydrauliske sylindre
slik at kjøretøyet tilter. Svingarmene er i hovedsak utformet av to firkantprofiler i aluminium.
Bakhjulsopphenget tåler en viss vertikal støtbelastning mot bakhjulet samtidig som kjøretøyet
holder maksimal akselerasjon i full sving. Ved overbelastning vil et utskiftbart stag knekke før
andre komponenter blir skadet.
Øvrige komponenter i løsningsforslaget er ikke spesifisert eller beregnet, men rapporten
antyder at det kan benyttes eksisterende løsninger, som hjul og forhjulsgaffel med støtdemping
fra motorsykkel.
En del antakelser og grunnlagsberegninger bærer preg av høy usikkerhet, f.eks. i forhold til
kjøreegenskaper, belastningsstørrelser og utmattingsproblematikk. Det gjelder også i forhold
til tilpassning av kjøretøyets resterende hoveddeler som øvre karosseri og interiør.
I dette utviklingsarbeidet er det lagt mest vekt på bakgrunnsutredning og prinsippdrøfting,
fremfor detaljering og dimensjonering av konstruksjonen. Rapporten er derfor ikke et fullgodt
produksjonsunderlag i seg selv, men kan være verdifullt bakgrunnsmateriale for videre
utvikling av Dolphin Family.
ABSTRACT
In the future there will probably be made even stricter requirements on energy consumption
for transportation of people and freight on public roads. We are in fact forced to consider
alternative methods in the design of vehicles, in order to make them smaller and lighter. Still,
the functionality and comfort of a conventional car has to be maintained to the extent that
consumers actually are willing to accept the changes.
The basic idea behind this concept was originally introduced by Professor Jan Kåre Bøe at
IMT / UMB. The concept is a lightweight 3-wheeled vehicle, with capacity of one adult and
two children, or one adult and equivalent load volume. The vehicle shall have two rear wheels
and one in front, the ability to bank like a motorcycle while cornering, and be approvable as a
trike. The concept has been named "Dolphin Family".
The complete concept will be developed through a series of subprojects, where as this project
assignment's main goal is to investigate, design and construct a proposal for the vehicle's main
frame and rear suspension. Because of time limits and practical reasons, the task is limited not
to specify other parts of the vehicle chassis, such as front suspension, engine, brakes and
powertrain.
The carried out work includes investigation of existing 3-wheel vehicles and related design
principles, drafting and consideration of several proposals, and basis calculations for a
preliminary solution. Probable load cases are identified, and the structure's beams and
materials are selected through systematic reviews. Furthermore, the structural stresses are
analyzed using FEM. The structure is attempted optimized for minimum weight, and then
presented with renderings of a 3D model. Finally, appropriate production methods are
discussed and a rough cost estimate is carried out, all with respect to a prototype.
The final proposed solution is about 3.1 m long and 1.4 m wide, and the structure is based on
an assumed fully loaded vehicle weight of 800 kg. The vehicle can tilt up to 45° while
cornering by using an automatic hydraulic system.
Two main components have been chosen for the detailed constructional work; the frame
structure and the swing arms for the rear suspension.
The frame can be characterised as a platform structure, composed of bent aluminum plates.
The frame is designed to withstand an expected maximum and acceptable load which occurs
when the front wheel hits a bump at full braking. When overloaded, a shear bolt in the front
wheel fork joint is destroyed first, which is then easily repairable.
The weight of the frame is only 39.1 kg (only sheet metal), and thus has a very favorable
weight to strength ratio.
The rear suspension consists of longitudinal swing arms, which is rotated by means of two
hydraulic cylinders. The swing arms are mainly formed by two square aluminum profiles. The
rear suspension can withstand a certain vertical shock loading to the rear wheel while the
vehicle holds maximum acceleration and turning angle. In case of overloads, a changeable rod
acts as a fail-safe element by breaking before other components are harmed.
Remaining components in the proposed solution are not completely specified or calculated,
but the project paper suggests a possibility of using existing solutions, such as wheels and
front fork with shocks from a motorcycle.
A number of assumptions and calculations in this report are characterized by significant levels
of uncertainty. Especially in relation to vehicle handling, load sizes and fatigue. This also
applies in relation to the adaptation of the vehicle's remaining structure, such as the upper
body and interior design.
This thesis has placed most emphasis on background investigation and discussion of design
principles, rather than detailing and design of the final structure. As a result, this report is not a
fully adequate production document. But the paper may offer valuable background material
for further development of Dolphin Family. | en_US |
