Baker-Prax

From Communauté de la Fabrique des Mobilités


Visuel baker-prax 2-seul.jpg Visuel baker-prax 2-Arrière et dessus.jpg

Fiche Contact :

Model: Baker-Prax


Equipe Baker-Prax to know the needs and help Baker-Prax. The skills the team is looking for for this vehicle are Discipline/Industrialisation, Discipline/Véhicule/Matériaux, Discipline/Véhicule/Mécanique, Discipline/Véhicule/Prototypage, Partie prenante/Entreprise, Pratique de mobilité/individuelle, Réglementation/véhicule - Les personnes ayant les compétences recherchées par l'Equipe :Adam Mercier, Alain Dubois, Alex Rousselet, Alexandrelagrange, Alexgrandremy... further results

Tags: XD1

Related challenge(s): L'extrême défi ADEME

Common produced:

Community(ies) of interest: Communauté de l'extrême défi

Country: France

On the map:
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Level of project development: prototype


Technical Elements of the Vehicle[edit source]

Vehicle type: VAE, velomobile

Vehicle category: VAE, quadricycle léger

Number of people: 1+2 enfants

Number of rear wheel: 2

Number of front wheel: 2

Trunk/load volume: 250 litres

Drive type: electrique avec pedalier

Transmission type: chaine

Steering type: bras leviers

Type of braking: disque

Chassis materials: alu

Type of assembly: soude, boulonne


Response file to the eXtreme Challenge[edit source]

Describe here your answer on 2 of the 6 parts (Vehicle, Energetics) by providing new informations continuously.
The 4 other parts (Narrative, ecosystem, economic and feedback) are to be detailed in your Team sheet: Equipe Baker-Prax

...

1 Principe

Le véhicule sera uniquement disponible sous forme d'un kit châssis pré-assemblé:
Il est composé d’un train avant, d’un train arrière et de 2 longerons en profilé alu provenant de ridelle de remorque. Toutes les pièces spécifiques sont fournies. Tous les autres composants pour en faire un véhicule roulant peuvent être récupérés en occasion , ou achetés d'après la nomenclature ci-jointe (voir en pièces jointes).

Exemple en version basique:

Les roues avant peuvent venir d’une moto, d’un tricycle, les roues arrières et les contrôleurs de 2 vélos électriques identiques par exemple.

Cela réduit les coûts et améliore le bilan carbone globale du véhicule.


Pour donner un ordre de grandeur, le châssis du prototype à couté 8000 € environ, et les pièces achetées pour le compléter autour de 3000€ TTC



2 Choix techniques :

2-1 Choix généraux :

     Position de conduite assise ou couché ? :

La position assise facilite l’accès mais réduit la capacité de pousser en se calant le dos contre le dossier comme on peut le faire en position couchée, cette position est également moins aérodynamique et demande une protection plus importante. La position couchée est donc privilégiée mais une version assise est possible, ce sera au choix du client.

2-2 Nombre de roues

     Les vélos à 3 roues ont l’avantage de la simplicité : du pédalier à la roue arrière, toutes la transmission d’un vélo droit peut être récupérée avec toutes les variantes :

*Moteur pédalier ou moteur roues

*Boite de vitesse pédalier ou dérailleur,

*Boite de vitesse moyeux etc...


L’inconvénient c’est que la roue arrière prends beaucoup de place derrière le conducteur et limite fortement le volume d’un coffre : Soit il est divisé en 2 de part et d’autre de la roue arrière, soit il est au dessus de la roue arrière et pénalise la stabilité du véhicule. Autre point négatif, lors du roulage dans un chemin, la roue arrière se retrouve au milieu, là où l’herbe a poussé.

Les 4 roues permettent d’avoir un grand coffre entre les roues arrière, avec un centre de gravité assez bas. Les 4 roues augmentent également la stabilité en virage du véhicule, et améliorent grandement le confort, si une roue tombe dans un trou, l’ensemble du vélo s’affaisse moins. Par contre la transmission devient plus complexe : le pédalier est forcément au centre et à l’avant et doit entrainer des roues arrière (ou les roues avant) sur les côtés.

Nous retenons donc les 4 roues.

2-3 : Châssis :

       A cause du pédalier, la plupart des vélos 4 roues sont construits autour d’une poutre centrale. Pour ajouter une carrosserie sur ces vélos il faut que tous les supports partent de cette poutre et aillent jusqu’à l’extérieur, ce qui reste fragile et ajoute du poids. Le principe de base ici c’est d’avoir 2 longerons, qui font structure et carrosserie. Ces longerons sont fabriqués en aluminium extrudé et possède une rainure en T en partie basse qui permet de fixer le train avant et le train arrière, ainsi que les traverses.

L'empattement est choisi au montage

Ces profils légers, d’une grande rigidité verticale, font carrosserie et structure. Ils ont aussi une certaine rigidité latérale qui permet d’encaisser un choc


2-3 : Train avant

La suspension avant est de type  Macpherson, c'est la configuration qui permet de laisser le plus de place aux jambes pour le pédalage, l'amortisseur sert en plus de pivot et de guide. Le plus difficile c'est de trouver un amortisseur pouvant remplir ces 3 fonctions, tout en étant adapté à la charge, disponible en grande série, abordable, et pouvant être fixé de manière rigide au pied. Le choix s'est porté sur un mono-amortisseur avant de scooter Vespa LX:

02 Vespa LX 125 3V.jpg
Amortisseur avant vespaLX.png

▪Ces amortisseurs sont conçus pour guider le train avant du scooter, on peut donc les utiliser comme jambe de force.


▪La double fixation basse permet une liaison rigide avec le support d’axe de roue


▪La partie haute démontable peut être adaptée pour fixer une butée à bille, une rotule, ou des caoutchoucs.


▪Vespa étant une marque répandue, ils sont disponibles mondialement pour 36€ TTC.



Train avant Baker-Prax

Détail du train avant:
▪La  bôme en tube carré de 40 est réglable en hauteur. Elle n’est pas structurelle, et peut être adaptée pour recevoir une boite Pinion ou Effigear.

▪L’arbre de transmission utilise une cannelure Shimano-Sram. Les pignons sont du type « fixie », on peut monter également une courroie CDX et les poulies correspondantes.

▪La direction est à levier, les renvois sont protégés par un plancher (enlevé sur le dessin). Les poignées sont horizontales pour pouvoir utiliser des comodos de moto





2-4 : Train arrière

Train arrière Baker-Prax

▪ Les bras oscillants proviennent de Dirtbikes puis sont découpés et re-soudés pour obtenir la même largeur qu'une fourche arrière de vélo, et permettre ainsi le montage de tout type de moteur roue. La modification intègre la fixation des étriers de frein à disques, un bras de couple pour le moteur, et une fixation de dérailleur.

Ce sont des pièces éprouvées et produites en grandes série

▪ Les amortisseurs viennent de VTT, entraxe 150mm, mais ce choix devrait évoluer.

▪ Une barre de torsion est envisagée, en fonction des retours d'essais

▪ Ce système de train arrière permet d'avoir un plancher de caisse plus bas que l'axe des roues arrières, diminue le roulis et améliore la stabilité en courbe




2-5 Transmission

Les 2 roues arrières sont motrices électriquement et seulement la roue gauche peut être entrainée en plus musculairement, via une chaine. Cela ne devrait pas provoquer de déséquilibre, vue que la puissance totale nécessaire à déplacer l'engin est comprise en 750 et 2000W, et la puissance fournie par le pilote entre 100 et 200W. Les moteurs RH212 peuvent recevoir une cassette de 10 vitesses. Cette configuration évite le recourt au différentiel.

3 Caractéristiques techniques

Encombrement Baker-Prax-2022.jpg


▪Largeur : 0,99

▪Hauteur : dessus ridelle 62cm haut arceau 108cm

▪Garde au sol: 20 cm au milieu, 12cm entre les roue avant.

▪Poids du châssis en kit: 54 kg

▪Poids à vide: 100kg sans batterie, 111 avec (complet pour le proto1)

▪Poids total en charge: 320kg, soit une charge utile de 210 kg

▪Volume du coffre: 250 litres, largeur 50cm,hauteur 50cm (avec rehausse), longueur 1m

▪2 roues arrières motrices électriques dont 1 musculaire

▪4 roues suspendues, débattement 6cm

▪Roue en 19’’x1,6 , 36 rayon 10G ( pour le proto 1 ), pneu moto ou mobylette

▪Axe avant de Ø 15mm ou 20mm

▪Chasse: 54mm, angle de chasse 10°

▪Carrossage: 1°

▪10 vitesses sur cassette arrière.

4 Téléchargement

Nomenclature projet Baker-Prax BOM


Liste des composants achetés


Fichier 3D de l'étude:

Chassis Baker-Prax en .stp

Vehicle File: Nomenclature BOM Baker Prax.xlsx
Fichier Véhicule (AAP Proto) : 
Fichier associé au guide de montage : 
Lien vers un espace de stockage des fichiers 3D : 
Partenaire impliqué (industriel, fablab, labo...) : 

*

1 Bilan énergétique de la fabrication du châssis

Produire 1 tonne d’acier nécessite 5 600 kwh soit 5,6kWh pour 1kg


Produire 1 tonne d’aluminium nécessite 69 000 kWh dans le pire des cas (minerai + électricité produite par une centrale à charbon) soit 69kWh pour 1kg, et recycler de l'aluminium en France , seulement 1660 kWh /tonne, soit 1.66 kwH pour 1kg.


Il est impossible de savoir avec quel aluminium ont été fabriqués les tôles et les tube profilés que j’utilise. Mes fournisseurs s'approvisionnent partout, selon la disponibilité des stocks. En faisant l’hypothèse que l’aluminium est produit à partir de 30% de produit recyclé et 70% de matière brut on arrive à:


0.3x1.66+0.7x69= 48.8kWh pour 1 kg d'aluminium


Le châssis en kit est composé de

  • 5 kg d’acier (3 kg de pièce spécifique +  2kg de visserie)
  • 54 kg d'aluminium (49kg de pièces finie +5kg de copeaux et chutes)

L’énergie nécessaire à produire la matière première est de

5x5.6 + (54)x48.8= 2635.12 kWh

L’énergie nécessaire à l’acheminer est inconnue.


La fabrication du châssis à nécessité 42h de soudure, avec un taux fonctionnement du poste à 30% du temps de soudure. Le poste à souder consomme 12A en 220V, soit 2200W


42x 2200x0.3= 27720 Wh , soit 27.7 kWh


Et la soudure a consommé 4m3 d’Argon dont je n’ai pas pu trouver l’énergie grise.


L’énergie de découpe et pliage est négligeable, environ 10kWh

Consommation minimal d'énergie par la fabrication du châssis : 2635+28 + 10 = 2673 kWh

Les autres composants dépendent de ce que le client final voudra, selon s’il pourra récupérer des pièces d’occasion ou s’il commande des neuves, mais doivent s’approcher de ce que les autres équipes de l’extrême Défie ont trouvé.

La combustion d’1 litre d’essence représente 9.8kWh. La fabrication du châssis équivaut à la combustion de  2673/9.8= 273 litres d’essence.


A raison de 7l au cent pour une voiture moyenne, ce volume d’essence sera brulé au bout de 3896 km

Comme le véhicule est destiné à faire 6000 km/an, l’énergie grise du châssis sera compensée en 8 mois.


Améliorations possible :

Certaines pièces du véhicule mériteraient d'être produites en fonderie localement, voir dans l’atelier. Par exemple les bras oscillant arrière, dont la base de départ est produite en Chine. Les 5kg de chute d’aluminium pourrait être re-fondue directement, avec un besoin en énergie de 1.6 kWh/kg au lieu de 48.8 kWh/kg.


2 Bilan d'usage:

ACV BAKER PRAX.jpg


La durée de vie des pièces est basée sur une utilisation normale de 6000km/an pendant 30 ans. Le châssis n'étant pas sensible à la corrosion, cela devrait être possible. Les composants sont classés par ordre de coût d'usage total. Sans surprise c'est le remplacement régulier de la batterie qui arrive en tête, avec toute la problématique de recyclage derrière. Cependant le coût de remplacement de la batterie ne représente qu'1/10ème du coût d'achat du véhicule et environ 1/5 du coût résiduel au moment ou elle sera changée. C'est très important, car cela incite l'utilisateur à remplacer la batterie plutôt que le véhicule complet. Ce n'est pas le cas pour les voitures électrique actuelles, où le coût de remplacement de la batterie dépasse largement la valeur résiduelle d'un véhicule de 8 ans d'âge, ce qui les envoie à la casse.


Les pneus arrivent en 2ème position, quand un pneu de vélo fait 6000 km, c'est déjà bien. Cela fait 120 pneus pour faire 180 000 km et c'est énorme, même si un pneu de vélo cargo ou de mobylette ne pèse que 1kg, cela génère des frais, du temps d'immobilisation, et des déchets (120kg). L'utilisation de jante moto permet le montage de pneus de moto routière avec une bande de roulement beaucoup plus épaisse. Ces pneus sont prévus pour des charges bien supérieures, ils pourraient faire 30 000km, et ramèneraient le total de pneus usés à 24. Étant 2 fois plus lourds, le tas de pneus lisses ne pèserai que 48kg, mais cela alourdirai le véhicule de 4kg supplémentaires.

Au niveau de la transmission, la consommation de chaine est impressionnante et va provoquer du temps d’entretien. C'est un point qui peut être amélioré en utilisant une boite de vitesse sur le pédalier (type Pinion ou Effigear) + une courroie crantée en transmission primaire, et en secondaire une chaine de mobylette et 2 pignons plus épais. La transmission primaire pourrait ainsi durer 90 000 km et la secondaire 15 000km, avec l'avantage de ne plus avoir de dérailleur exposé aux intempéries et à la boue. Une autre solution serait d'utiliser un pédalier avec génératrice, à condition de trouver une solution low-tech et ouverte.

3-Consommation

Avec une masse à vide de 111 kg, un chargement moyen de 40kg et un conducteur de 90kg le véhicule devrait consommer : 52.2 Wh/km à 25 km/h sur du faux plat, en accélérant doucement ( les 25km/ sont atteints en 10s).

Consommation a plat.jpg

Les calculs ci-contre sont faits pour 1 moteur: la masse et la capacité de batterie sont divisées par 2.

Le résultat donne 35 Wh/km pour 1 moteur, une autonomie de 22 km, un ampérage maxi de 27 A. Les moteurs consomment 674W chacun.

La vitesse maxi est de 33km/h, après il y a décrochage.


Consommation a 7%.jpg



Pente de 7%: les moteurs consomment 1100W chacun pour maintenir une vitesse de 25km/h.

Surchauffe au bout de 40mn




4 Fin de vie

Une fin de vie prématuré des éléments peu être provoqué par :

  • Une surcharge à l’utilisation
  • Un choc léger
  • Une usure par fatigue des matériaux, particulièrement l’aluminium soudé qui durcit et fissure avec le temps.
  • Une surchauffe des moteurs
  • la défaillance d’un composant électronique.


Dans les cas ci-dessus chaque élément peut-être remplacé pour prolonger la durée de vie du véhicule complet. Une très grande variété de moteur roue est actuellement disponible en neuf et d’occasion sur internet. Les notices et vidéo d’assemblage seront disponible sur le site internet.  

En cas de classement épave du véhicule suite à une collision avec un tiers, le recyclage par la vente des pièces détachées encore utilisable doit être privilégié. Le site internet proposera de racheter les épaves pour recycler les éléments détruit, et mettre en ventes les éléments d’occasion après contrôle.

Si l’avant est détruit, l’arrière peut devenir une bonne remorque pour vélo avec suspensions :

Remorque Baker-Prax.jpg



Le projet utilise des moteurs vendu en kit pour électrifier des vélo existants. Si le chassis est irrécupérable, ces moteur peuvent retrouver leur fonction première, à savoir électrifier un vélo. (il y a même de quoi en faire 2 ).

Lien: Etude ACV Baker Prax

Energetics File: Analyse cycle de vie Baker-Prax.xlsx

Fichier lié aux expérimentations 
Name of the pioneer to test the vehicle : 
Lister le(s) territoire(s) d'expérimentation : 


Compléments :