Konseptutvikling av drivverk for elektrisk varesykkel

Abstract

Denne masteroppgaven tar for seg den tidlige fasen av en produktutvikling. Omfanget det skal sees på i denne oppgaven er et drivverk til en elsykkel inkludert pedaler, krank, kraftoverføring, gir og motor. Den begynner med en innføring i produktutviklingsteori og hvordan denne teorien kan settes i praksis for dette prosjektet. Det er også grunnleggende teori om gir, moment og kraft for de som trenger en oppfriskning, men det er forventet at leseren kan grunnleggende trigonometri og mekanikk.

Målet med oppgaven er å finne et konsept som oppfyller kundens behov og ønsker når det kommer til designet av drivverket til en elektrisk varesykkel. Konseptet er begrenset til et godt gjennomtenkt grunnlag basert på utregninger og kunnskap om komponenter til elsykler. Det vil ikke bli tid til å lage fysiske prototyper. Å lage en sykkel med et komplett drivverk er et stort prosjekt som ikke burde påtas uten en klar plan. Sluttresultatet for denne oppgaven skal være et konsept som med stor sikkerhet kan utbedres som en verdifull fysisk prototype. Kunden i denne oppgaven er transportavdelingen på NTNU som gjør ønsker og behov fra kunden sin side lett å avdekke.

Teorien blir først satt i praksis med en undersøkelse for å avdekke hvordan kundens behov vil føre til fysiske problemer som må løses. Eksisterende løsninger blir først utprøvd for å se om det finnes en løsning som kan oppfylle kundens behov med tanke på hvilke utfordringer sykkelen vil møte.

Det vil først utvikles flere hovedkonsepter med ulike virkemåter som kan oppfylle kundens behov. Disse blir sammenlignet og det velges ut et hovedkonsept som blir tatt med videre i oppgaven. I denne oppgaven velges det å se på hvordan startassistansen som lovlig kan kjøre sykkelen i 6km/t kan kombineres med et ekstra gir (assistansegir) med veldig høy utveksling for å få sykkelen opp de bratteste bakkene uten kraft fra syklisten. Dette konseptet blir igjen oppdelt i flere konsepter med forskjellige delløsninger.

Oppgaven konkluderer med hvilket retning de neste stegene i utviklingen bør ta med tanke på valg av komponenter og delløsninger. Forhåpentligvis vil prosjektet tas videre av noen som har mulighet til å bygge videre på konseptet, se på valg av komponenter i detalj-nivå og bygge fungerende prototyper.

This master's thesis deals with the early phase of a product development. The scope of this thesis is the drivetrain for an electric bike including pedals, crank, power transmission, gears and motor. It begins with an introduction to product development theory and how this theory can be put into practice for this project. The basic theory of gear, torque and power equations are presented, but it is expected that the reader knows basic trigonometry and mechanics.

The aim of the thesis is to find a concept that meets the customer's needs and desires when it comes to the design of the drivetrain of an electric bike for delivering packages. The concept is limited to a well-thought-out basis based on calculations and knowledge of components for electric bicycles. It will not be time to create physical prototypes. Creating a bike with a complete drivetrain is a big project that should not be taken without a clear plan. The end-result for this thesis is a concept that can with a great certainty be realized as a physical prototype that will yield valuable information. The customer in this project is the transport department at NTNU which makes the needs and desires of the customer easy to uncover.

The theory is first put into practice with a survey to reveal how the customer's needs will lead to physical problems that needs solutions. Existing solutions are first tested to see if there is a solution that can meet the customer's needs. Since the are no existing solutions for bicycle drivetrains that meet the customers needs the project moves to find new concepts.

First, several main concepts will be developed with different solutions that can meet the customer's needs. These are compared and one of the concepts is selected for future development. In this project it will be examined how the starting assistant, who can legally run the bike at 6km / h by using just a starter such as an button, can be combined with an extra gear (assistance gear) with a very high gear ratio to get the bike up the steepest slopes without any force from the rider. This concept is again divided into several concepts with different sub-solutions.

The task concludes with the direction the next steps in the development should take regarding the choice of components and sub-solutions. Hopefully, the project will be taken forward by someone who can keep developing the concept, look at the selection of the detail-level components and build functioning prototypes.