mise à jour du 22 avril 2025
Nos véhicules
Nos véhicules GFG101 et GFG201 sont des quadricycles à assistance électrique proposant notamment un carénage souple auto-gonflable et un système de suspension inclinable novateur pour des dimensions contenues, une habitabilité maximum et une fabrication distribuable. Le GFG101 est destiné à être fabriqué par des amateurs, le GFG201 par des artisans.
Ces deux véhicules sont conçus pour répondre à la majorité des besoins identifiés pour les particuliers :
- Optimisés pour le transport individuel d'une personne, car c'est le cas le plus courant.
- Capables de transporter occasionnellement une charge supplémentaire, que ce soit un passager adulte, jusqu'à 2 enfants ou des marchandises.
Combler la grande majorité des besoins des utilisateurs risque d'être insuffisant pour qu'ils adoptent le VELI comme véhicule principal. Ainsi, pour partir en weekend, en vacances, se déplacer en famille sur de longues distances, garder une voiture pourrait rester nécessaire. Pour répondre à ce manque, nous envisageons de prolonger nos travaux par le développement et le prototypage d'une solution modulaire, le GFG301.
Analyses fonctionnelles
GFG101 et GFG201
À partir de notre étude des besoins en déplacements dans les Alpes Maritimes, et des contraintes liées à la fabrication distribuée, nous avons choisi de développer un véhicule se déplaçant à 45km/h avec une charge utile de 160kg et une autonomie réelle de 50km.
Notre analyse fonctionnelle externe (phase utilisation, stationnement compris) est fondée à la fois sur les déplacements périurbains et urbains compte tenu de l'emprise des grandes agglomérations sur le territoire.
Pour nourrir l'analyse fonctionnelle externe de notre véhicule, nous avons également cherché à recenser les raisons pour lesquelles les usagers préfèrent souvent la voiture au vélo à assistance électrique qui pourtant répond déjà, sur le papier, aux besoins en déplacement du plus grand nombre. Ce sondage nous y a aidé, en voici un rapport visuel des résultats.
Nous avons également élargi nos analyses fonctionnelles aux différentes phases du cycle de vie du véhicule (utilisation, fabrication, démantèlement, conception, etc.).
L'excellent document "Nouvelles architectures et liaisons au sol pour véhicules décarbonés" de Gilles Schaefer nous a permis de renforcer ces analyses.
Le projet Vhélio, qui nous inspire particulièrement, constitue notre benchmark le plus pertinent et ambitieux. Nos deux autres benchmarks sont le scooter Piaggio MP3 pour les dimensions et le comportement routier, et le MoskitOS pour la fabricabilité et la mobilité de structure.
Les grandes fonctions qui en découlent sont les suivantes :
- transporter un adulte de façon optimisée
- transporter occasionnellement un adulte + un adulte et/ou un enfant ou 80kg de cargo. Charge utile totale de 160kg+
- donner visibilité et contrôle au pilote
- assurer la sécurité des personnes et des biens lors du transport
- stationner le véhicule dans l'espace public
- assurer le confinement des biens lors du stationnement
- protéger de la pluie et assurer le confort climatique
- maintenir une consommation faible
- être fabriqué avec des outils, des techniques et des matériaux accessibles avec des composants standards
- sommer un bilan énergétique contenu
- tester à moindre coût la sécurité et l'ergonomie de différentes configurations lorsque la veille ne nous aura pas permis de trancher (commande d'inclinaison, plancher virtuel, axe de direction…)
Un diagramme plus détaillé de la phase d'utilisation et complété au fil de l'eau synthétise ces analyses.
GFG301 : solution modulaire
Les grandes fonctions auxquelles le GFG301 devra répondre sont :
- les grandes fonctions des GFG101 et GFG201,
- transporter au moins quatre personnes,
- transporter un volume augmenté de matériel (matériel de camping, matériel de sport, bagages),
- permettre aux occupants du véhicule d'avoir une conversation,
- transporter occasionnellement des charges lourdes et volumineuses
L'idée avancée par le GFG301 est de proposer une réponse à ces nouvelles fonctions en offrant la possibilité d'assembler côte-à-côte deux véhicules de type GFG101 ou GFG201 et/ou une remorque motorisée pour permettre le transport de charges lourdes et volumineuses.
Cette modularité, pour être adoptée par les utilisateurs devra offrir un niveau de performance suffisant. Voici quelques indicateurs (metrics ou KPI) que nous devrons garder à l'esprit lors de la conception et qui pourraient nous permettre de mesurer la performance de la modularité :
- le temps nécessaire pour effectuer la conversion,
- le nombre de personnes nécessaires pour effectuer la conversion,
- l'ergonomie des manipulations (le degré d'engagement hors de l'espace ergonomique d'une personne médiane),
- degré d'accessibilité des manipulations (1. fonctionnement intuitif; 2. besoin d'un manuel, 3. besoin d'un tutoriel, 4. besoin d'une formation)
La modularité amène d'autres fonctions principales :
- sécurisation individuelle des modules et possibilité de stationnement dans l'espace public,
Et d'autres fonctions techniques :
- raccordement mécanique
- blocage du système de suspension inclinable
- adaptation du système Ackerman à la voie élargie
- raccordement de la commande de direction
- mutualisation et commande de la chaîne de puissance
Quelques compromis et verrous techniques identifiés
Aérodynamisme vs habitabilité
Les formes aérodynamiques permettent une réduction considérable de la consommation d'énergie (et augmentent donc l'autonomie) mais sont encombrantes et/ou compliquent l'agencement du véhicule et sont moins habitables.
Sécurité vs masse
Transmission mécanique vs "by wire"
A priori plus simple, plus efficiente, plus fiable et mieux adaptée à la législation et à l'auto-construction, la transmission mécanique présente des inconvénients par rapport à une transmission "by wire" : - nécessité de maintenance (graissage, réglage et/ou changement périodique) - emprise sur le volume du véhicule - contraintes d'agencement importantes (difficile réglage de position du pédalier, alignement/emprise sur l'axe central) - masse
Habitacle ouvert vs habitacle fermé
A priori plus confortable, un habitacle fermé impose plusieurs défis par rapport à un habitacle ouvert : - gestion climatique de l'habitacle (confort thermique) - visibilité - masse - ergonomie d'entrée/sortie du véhicule - impact des vents latéraux sur la stabilité du véhicule
Position assise du pilote vs encombrement
Privilégiée pour un plus grand confort, la position assise du pilote impose plusieurs défis par rapport à une position verticale : - hauteur des yeux du pilote (visibilité, sentiment de sécurité dans le trafic) typiquement basse - emprise du poste de pilotage sur la longueur/le volume du véhicule - emprise de l'ouverture pour des entrées et sorties du véhicule confortables
hauteur de l'assise vs voie étroite vs stabilité à l'arrêt vs habitacle fermé
Privilégiée pour la visibilité, le sentiment de sécurité dans le trafic et l'ergonomie du monter/descendre, la hauteur de l'assise du pilote s'oppose à notre volonté de préserver une largeur inférieure à 80cm pour le véhicule. Cela nous amène à adopter une suspension inclinable qui pose elle-même des difficultés de pilotage et impose à ce jour un habitacle ouvert pour que le pilote puisse poser le pied à terre en toute sécurité.
Innovations techniques développées
Un carénage souple auto-gonflable
Compte tenu de l'importance de la traînée par rapport aux autres forces appliquées au véhicule, et pour minimiser l'impact de la hauteur du véhicule, nous avons choisi d'optimiser au mieux l'aérodynamisme du véhicule avec un carénage complet, roues comprises.
(Source : https://anotherkiwi.gitlab.io/velomobil-grundwissen/velomobile_knowledge.html)
Moniteur de parapente, Guillermo a imaginé un carénage souple qui se déploie lorsque le véhicule est en mouvement. Ce carénage très prometteur a motivé notre participation à l'extrême défi.
En effet cette solution permet de fabriquer un carénage aérodynamique pour un coût et une masse contenus, tout en préservant des dimensions contenues lors du stationnement, une habitabilité maximum et un centre de gravité le plus bas possible.
Ici se trouve le détail de nos travaux jusque là.
Voici un bilan à ce stade :
- Nous sommes en mesure de modéliser, découper au laser et coudre l'avant et l'arrière du carénage souple auto-gonflable.
- Le carénage souple auto-gonflable fonctionne parfaitement à échelle 1:1 avec du tissu léger de parapente comme avec du tissu de bâche très épais. Pas avec le coton non-enduit le plus dense que nous avons trouvé.
- L'avant se gonfle face au vent sans même nécessiter de joncs que nous avions imaginé nécessaires au départ.
- Le système de valve anti-retour fonctionne également.
- La vitesse de gonflage et de dégonflage nous semble tout à fait adaptée à l'usage (aérodynamie intéressante à 45km/h)
- Nous sommes pour l'instant limités à une section circulaire. S'en écarter semble possible mais reste à développer.
Une suspension inclinable "en corde flottante"
Deux solutions techniques tirant parti de la transmission mécanique par poulie-courroie en Dyneema nous permettent d'envisager une suspension inclinable fabricable par un amateur, très peu coûteuse, robuste et maximisant l'habitabilité. Celle-ci utilise des composants standards (œillets en acier et corde en dyneema 12mm) et un essieu fabriqué en panneaux de contreplaqué de 18mm usinés en CNC.
Nous avons validé ces principes innovants par une maquette.
Dans la première solution développée, les roues oscillent dans un plan fixe parallèle au châssis. Cela semble intéressant en terme d'emprise sur le volume, en revanche la simplicité de cette solution se fait au prix de la variation de la voie lors de l'inclinaison ce qui risque d'avoir des conséquences négatives sur l'usure des pneumatiques et sur l'adhérence en virage. D'autre part la dispersion des axes sur cette solution pose des questions de rigidité ou masse.
Une deuxième solution développée reprend la géométrie en parallélogramme habituelle dans une version commandable mécaniquement grâce à l'utilisation des transmissions mécaniques par poulie-courroie en Dyneema et potentiellement plus légère et plus facile à fabriquer.
Des modèles CAO libres et ouverts paramétriques
La maîtrise par l’équipe projet d’outils de CAO paramétriques Open Source et les moyens de prototypage à notre disposition nous permettent de concevoir un châssis innovant pour chacun des deux prototypes ainsi que les pièces particulières comme les fusées ou les éléments de liaison.
Les châssis
Pour les châssis deux couples de matériaux sont explorés : une association démontable en tubes carbone et Dyneema pour la version haute performance GFG201, et une association bois et câbles en acier pour la version GFG101 plus écologique et économique. Ces deux châssis sont basés sur une structure en treillis avec un excellent rapport résistance/masse, contrainte en tension pour accroître sa rigidité et ainsi améliorer le comportement routier. Les systèmes d’assemblage sans soudure ni moulage composite sont produits en utilisant les moyens de transformation disponibles localement.
Le châssis tubulaire
Nous avons conçu sur OPENSCAD un élément de liaison démontable, imprimable en 3D et paramétrique qui nous permet de générer une liaison quels que soient les angles entre les tubes. Il s'agira d'écrire un code pour générer les liaisons entre les interfaces définies et extraire la longueur et la position de chaque tube.
Le châssis en panneaux CP peuplier
Le bois nous semble présenter de nombreux atouts sur chacun des volets du cahier des charges de l'eXtrême Défi et c'est ce que tendent à montrer les travaux de l'anr BOOST ou du chercheur Ulrich Müller.
Nous travaillons donc au développement d'un châssis à base de panneaux CP de peuplier.
À ce stade le code est articulé de telle façon à pouvoir définir en priorité les volumes habitables par les occupants, puis les surfaces extérieures pour l'aérodynamie notamment et enfin les interfaces mécaniques.
Transmissions mécaniques par cabestan et Dyneema
Envisagées initialement pour la suspension, la commande de direction et la commande d'inclinaison, les solutions de transmission mécanique par Dyneema que nous avions imaginées nous ont amené à envisager la question de la transmission de puissance.
Notre choix de faire un véhicule hybride série (VHS), c'est à dire de relier le pédalier à une génératrice nous permettait de nous libérer de contraintes importantes sur l'agencement du véhicule lors de la phase prototypage et ainsi concentrer nos choix sur l'ergonomie et l'habitabilité du véhicule. Mais c'était la promesse d'un faible rendement et n'était envisagé que de façon provisoire.
La transmission par cabestan est un système séculaire dont la performance a continué de croître dans le domaine de la navigation, notamment grâce au Dyneema. Cela nous permet d’envisager une transmission de puissance mécanique plus légère, plus durable avec un rendement amélioré et une flexibilité immense puisqu'il serait possible de faire des renvois d'angle.
Pour en faire une solution viable nous avons identifié les travaux suivants :
- conception d'un différentiel par cabestan et Dyneema. Une idée a germé durant l'écriture de ce rapport. Reste à faire une maquette...
- intégrer à chaque boucle une solution (un ressort?) pour compenser le fluage du Dyneema
- prêter attention aux géométries des boucles pour éviter l'accumulation de torsions
- et pourquoi pas concevoir une boite de vitesse continue inspirée des boites de vitesse planétaires et du différentiel par cabestan?
Intégration
Pour mettre en œuvre ces innovations, les tester et répondre au mieux aux grandes fonctionnalités choisies, nous avons fait ces choix de conception pour les prototypes GFG101 et GFG201 :
Des dimensions contenues
80cm de large pour mieux partager la route avec les autres véhicules et 230cm de long, ce qui correspond à la largeur d'un stationnement pour voiture, pour entrer dans un stationnement standard pour moto.
Quatre roues
Pour un maximum de stabilité, y compris dans les situations d'urgence, nous développons un véhicule 4W-2f-4T-2d-2s-2p.
Commandes et affichages devant le pilote
Pour faciliter le contrôle et la gestion du véhicule par le pilote, et maximiser le sentiment de sécurité, nous avons choisi de placer les commandes et affichages devant le pilote.
Flexibilité
Le prototype GFG101, construit en matériaux peu coûteux et rapidement mis en œuvre (contreplaqué usiné en CNC et assemblages boulonnés) est conçu de façon à permettre le test de plusieurs configurations pour maximiser l'ergonomie et le contrôle.
Vehicle File: Fichier Véhicule (AAP Proto) : GFG101 et GFG201.pdf Fichier Véhicule (AAP Indus) : Fichier associé au guide de montage : Lien vers un espace de stockage des fichiers 3D : Partenaire impliqué (industriel, fablab, labo...) : Lien vers un espace de stockage de la vidéo du véhicule :
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