Elektromos bevásárlókocsi-bicikliutánfutó-teheroller
Téma
eSCART
Electric Shopping Cart and Scooter Trailer
Elektromos bevásárlókocsi-bicikliutánfutó-teheroller tervezése és megvalósítása.
Előzmények
Külön elektromos roller, külön kézikocsi, bicikliutánfutó, teheroller létezik. A tapasztalat azonban azt mutatja, hogy a gyakorlatban ezekre a funkciókra együtt van szükség. Ezen közlekedési eszközök kombinációját oldottam meg mind elméletben, mind gyakorlatban. A kerekek mint a rollereké, a motor mint az elektromos rollereké, a kormány mint a bicikliutánfutóké. Mindegyik szerkezetnek megtartottam az előnyeit és egy jól megszerkesztett, kétállású kormány és elektromos vezérlés segítségével további előnyös tulajdonságokat kapott a járművem az eredetiek mellé.
Alkalmazás
- elektrollerként belvárosi környezetben; kerületek, falvak közötti ingázás; iskolába, munkahelyre való eljutás, esetleg tömegközlekedési eszközökkel kombinálva.
- teherollerként körülbelül egy átlagos felnőtt 80 kg-ja mellett plusz 40 kg-ig terhelhető; csomagtere lehetővé teszi a nagyobb térfogatú tárgyak szállítását is.
- a motor szabadonfutása mellett hagyományosan is rollerezhetünk a szerkezettel; ősi és mégis újszerű játék gyerekeknek.
- csomagok szállítására alkalmas bicikliutánfutó, mely 50 N tolóerőt biztosít. Emelkedőn segít feljutni; megkönnyíti a nehezebb terhek szállítását. Ez hosszú úton, dombos vidéken különösen hasznos tulajdonsága utánfutó funkcióban.
- kézikocsiként, poggyászkocsiként, elektromos targoncaként, bevásárlókocsiként, ha az előzőektől is eltérő esetet veszünk: egy hétvégi bevásárlás autó nélkül is megoldható, hiszen személy nélkül 100 kg-t is elbír. Ez a súly a három kereket egyenletesen terheli és csak a sebesség mértékét és a kormányt kell irányítani.
- találtam még egy olyan funkciót is, amire senki se gondolt: a hátrafordított kormányra ráhelyezve a kezemet, a készülék mellett sétálva nagyon jól vezethető a kiskocsi akár motoros, akár motor nélküli üzemmódban. Így is kézikocsinak minősül, de kisebb helyen is el tud menni vele az ember és nem kell átfordítani a rudat kézikocsi állásba. Hasonlóan, mikor hátsó állásban van a kormány, kényelmesen lehet tolatni a szerkezettel.
- további lehetőségek a kutyaszállító kocsi, elektromos golfkocsi, kézikocsi újságkihordóknak, raktárban, áruházban.
- egy hátramenet-kapcsolóval megoldottam, hogy nagyobb terhekkel tolatni is lehessen.
- kézikocsi állásban a „gázkart” megmarkolva, mihelyt lemarad a jármű, a kéz helyzetének változtatása nélkül a szerkezet azonnal gyorsít.
Előnyök
- kerékpárjegy nélkül szállítható HÉV-en, vonaton, metrón, mozgólépcsőn.
- a mozgássérültek közlekedését segítő rámpákon könnyű felrollerozni az eSCART-tal.
- mehet járdán, bicikliúton; utánfutóként, kézikocsiként bárhol az út mentén; egyirányú utcákban a forgalommal szemben is.
- bevásárlóközpontokban a biciklitárolóktól a pultokig és a pénztárakig közlekedhet.
- a nagy akkumulátorokról mobiltelefont lehet tölteni.
Specifikációs adatok
- motor: 280 Watt (100 W takaréküzemmódban, mindkét irányba működtethető)
- akkumulátor: 2 db 12 V, 18 Ah (kb. 0,36 kWh » 8 Ft energiát tárol egy feltöltésre)
- automatikus akkumulátor-visszatöltés
- töltő: 29 V, 3 A
- töltési idő kb. 5 óra (például munkahelyen, iskolában, egyetemen, otthon, garázsban)
- hatótávolság 12 km rollerként (8 km/h) és 23 km aktív utánfutóként (10 km/h eredeti biciklisebesség + 5 km/h a tolóerő miatt)
- egy kb. 1,2 méteres vezetékkel a kormányra szerelt távirányítóval is vezérelhető a bicikliről.
- XYK 2000 24 V-os kontroller, mely az elektronika nagyobbik részét tartalmazza.
- digitális voltmérő, mely a felhasználót folyamatosan informálja az akkumulátorok töltöttségi állapotáról.
- terhelhetőség rollerként 20-40 kg, bicikliutánfutóként 60-80 kg
- a motor és az akkumulátorok együtt 14 kg-t nyomnak. Egészen mélyen helyeztük el a súlypont helyzete miatt. Számítani kellett egy átlagosan 80 kg-os, magas tömegközéppontú emberre hátul, a tengelyek felett.
- tolóerő 250 W esetén 50 N kb. másfél órán keresztül és 20 N takaréküzemmódban
Műszaki megoldások
1. Alapegységek
- gömbcsuklós vonórúd, elfordítva kormány
- a kézi vezérlés mellett, a kormányrúdon elhelyezett erős, hálós zseb
- csomagtér 60 literes műanyag doboz hálóval; ha nem rollerként használjuk, akár a 2-3-szorosára is megrakható.
- egy vagy két meghajtott kerék hátul (felhasználástól függően 30 cm vagy 20 cm átmérőjű) és egy kormányozható kerék elöl (20 cm átmérőjű)
- sárhányók
- gumipók és erős háló
- csengő
- biciklilámpa, levehető, piros villogó a kocsi hátuljára és fénycsíkok, mert így sötétben, villogó nélkül is észrevehető például bicikliutánfutó funkcióban.
- beszereltünk mobiltelefontöltőt is, mely a standard 8 V-tal működik a két akkumulátor 24 V-járól. Így rollerozás, bevásárlás, túra, táborozás közben is lehet használni a telefont, ha lemerült.
- fényvisszaverő csíkok, prizmák elöl, hátul, oldalt
- biciklizár, mellyel a szerkezetet önállóan vagy a biciklivel együtt lekötjük. A zárat a vázra való kétszeres ráhurkolással rögzítettem. Ez elég biztonságos ahhoz, hogy útközben se vesszen el, és praktikus is, mert az utánfutóvázat a bicikli hátsó kerekével összezárva képtelenség együtt elmozdítani a két járművet.
2. Kiegészítő egységek
- kilométeróra
- kutyaszállító kocsi esetén biztonsági rács
- GPS-t viszünk magunkkal hosszú túra esetén. Szükségünk van rá helyzetünk meghatározásához, emellett időt, sebességet is mér, és akkumulátorról tölthető.
- a két hátsó kerék közti differenciálmű, mely kanyarodáskor javítja a stabilitást.
3. Kivitelezés
Innováció: a hajlított kormánycsövet egy törtvonallal ábrázoltam. Kézi szerkesztések, majd számítógép segítségével kiszámítottam az ideális szöget a két törtvonal között, a kormánycső és a váz, a váz és a doboz között. Számításaim szerint a legoptimálisabb kormányállás az, amikor 106° a rúd hajlítottsága, a kormányrúd pedig 20°-kal tér el a váztól. Ehhez három alaphelyzetet kellett végigvizsgálnom:
- roller: mindhárom kerék a talajon áll. A kormányrúd hátrafelé néz. Az elektromos szabályzómarkolat jobb kézre esik. A fék, a csengő bal kézzel kezelhető. Fékezéskor a motoráram automatikusan megszakad.
- kézikocsi: szintén mindhárom kerék a talajon áll. A kormányrúd előre néz. A felhasználó a fordított helyzetű irányító karnál fogja (húzni nem kell) a vonórudat. Ha megindul, a kiskocsi automatikusan követi; ha megáll, a kiskocsi szintén fékez.
- bicikliutánfutó: a szerkezet csak a hátsó két kerekére támaszkodik, rúdja a gömbcsuklóval a bicikli vázához van erősítve a talajhoz képest 80 cm magasan. A kormányrúd a kerékpár hátsó kereke felett ível át, a csomagtartóba sem szabad beleütköznie. Az első kerék 7 cm-rel a talaj felett található. Ez teszi lehetővé, hogy nagy sebességnél ne ütődjön fel az úthibáknál. Mivel ebben az állásban a vonórúd rögzített, az utánfutó a gömbcsuklón keresztül biztonságosan tolja a kerékpárt.
Ergonómia
A vezérlőkarnak rollerként 105 cm magasságban, 55 cm-re a függőleges testsíktól kell elhelyezkednie. Kézikocsiként 76 cm magasan kell lennie a kényelmes fogás miatt. A féknél, fogantyúnál a csuklószögeket is figyelembe vettem.
Számítógéppel segített tervezés
A vázszerkezet dinamikus terhelését a Cosmos programmal vizsgáltam. Az XYK 2000 vezérlőelektronika bekötését az internetről, egy magánlevélből csíptem el. A képek és a filmek szerkesztéséhez digitális szerkesztőprogramokat alkalmaztam. A műszaki rajzokat szerkesztőprogramokkal készítettem. A honlapra kerülő trükkfelvételt .gif-animátor segítségével állítottam elő.
Elektronika
A szerkezet egyszerűsített kapcsolási rajza
Az utánfutó vezérlése egy 6 pólusú vezetékkel a kerékpár kormányára is tehető, ezért az eredetileg tervezettnél 18-cal több forrasztásra volt szükség.
Környezetvédelem
Számtalan helyre könnyebben jut el, mint egy autó. Például belvárosi közlekedés, napi ingázás, bevásárlás,… esetén. Nem füstöl és szinte zajtalan. Hegy- és dombvidéken egy ilyen tolóerővel szívesebben ül kerékpárra az ember, így kevésbé szennyezi a környezetét, mintha autóval vinné a helyszínre a biciklit.
Energiatakarékosság
Egy autó fosszilis energiafogyasztása kb. 100 000 W, tömege 1000 kg, szállítható 2-300 kg teher, 1-4 fő, de inkább csak egy. Az eSCART megfelelő paraméterei: 100-280 W, 25 kg önsúllyal szállítható 40-60 kg hasznos teher és egy fő. Az eSCART energiahatékonysága egy autóhoz képest legalább 100-szoros, kevesebb, mint 1000-szeres. Energiafogyasztása napi munkába járás, bevásárlás esetén naponta 1 MJ (~ 8-10 Ft). Ez az 1 MJ megfelel kb. 2,5 dkg fosszilis energiahordozónak.
Biztonság
Az út szélén rollerozva, biztonságosan le lehet lépni a járműről és kézikocsiként lehet folytatni az utat. Megfelelően ki van világítva.
Fogyatékkal élők
Önjáró kézikocsiként segít hazaszállítani az árukat a boltból az idősebb, nehezen közlekedő embereknek. Utánfutóként rákapcsolható háromkerekű kerékpárra vagy kerekes székre. Újabban a bevásárló központok akadálymentesítése az eSCART-tal való közlekedést is kényelmesebbé teszi.
Formatervezés
Meg kellett őrizni a funkcionális formákat. Az íves vonórudat és a szögletes doboz vonalait egy döntött csőváz segítségével kapcsoltam össze, amely a gumipókok rögzítésében is hasznos szerepet játszik. Az attraktív feliratokat fényvisszaverő fóliából alakítottam ki, amely közlekedésbiztonsági szempontból is jó láthatóságot biztosít.
Közgazdasági modellezés
A prototípus elkészítésekor szinte minden alkatrészt két példányban kellett megvásárolni, így azt mondhatjuk, hogy a nullszéria 100 eFt-ba kerül. Kerékpárgyártási tapasztalatok alapján 100-as sorozatok esetén az ár 70%-ára mérséklődhet. A motorblokkot ugyanolyan műanyagból lehet készíteni, mint az egész bevásárlódobozt. A váz 16 mm-es acélcsőből is kialakítható, ami az egész szerkezetet könnyebbé és olcsóbbá teszi. Ezres sorozat esetén az elektronikát egyetlen vízmentes blokkba lehetne foglalni. Így elérhető a tervezett 50 eFt-os irányár a magyarországi piacokon, 195 Eurós „reklámár” az európai piacokon. Az eSCART iránti legnagyobb keresletre Kínában, Dél-Koreában, Hollandiában, Németországban lehet számítani. Magyarországon a vidéki települések közlekedését is forradalmasíthatja.
Múlt és jövő
Ami Robert Zemeckis
filmjéből kimaradt…
2015-ben járunk:
Egy egyetemista vidáman rollerozik, lábánál a táskája… és mintha nem is hajtaná magát. A bevásárló központból kijön egy hölgy, de szinte tolja őt a bevásárló kocsija. Egy kerékpáros lezárja a biciklijét, egy mozdulattal lekapcsolja az utánfutót, megfordítja a szerkezet kormányát, rááll, és a csomagokkal együtt elsuhan. Mindez csendesen és energiatakarékosan, ahogy a jövő közlekedési eszközéhez illik.
Köszönetnyilvánítás
Köszönetemet szeretném kifejezni mindazoknak, akik segítettek a pályamunkám kivitelezésében, különösen konzulenseimnek: Borbély Venczelnek (fizikatanár, Ferences Gimnázium) és Kékesi Mártonnak (XII. évfolyamos tanuló, Ferences Gimnázium).
Pályázó: Dőry
Zsófia
Szentendre