Tämän blogi-kirjoituksen aihe on leppäkerttuauton matka ideasta toimivaksi prototyypiksi. Projektin lähtökohtana oli tuottaa leikkiauto, joka soveltuisi eri ikäisten lasten käyttöön.

DESIGN, KÄYTETTÄVYYS JA VALMISTETTAVUUS

Designin päälinja oli, että autosta ei erottuisi teknisiä tai automaisia piirteitä, muuta kuin renkaat. Lukuisten ulkomuotovaihtoehtojen vertailun jälkeen voittajaksi selviytyi leppäkerttu. Leppäkertun ulkomuoto sopisi hyvin auton koriksi. Renkaat olisi helppo upottaa korin syvennyksiin henkilöauton tavoin. Leppäkertun värit ovat luonnostaan lasten huomiota herättäviä ja mainosteipeillä saa helposti luotua leppäkertulle persoonalliset kasvot.

Pienimpien lasten kanssa toimimista varten suunnittelin autoon työntökahvan. Kahvasta lähti vaijerit, jotka pakottivat varsinaisen ohjaustangon kääntämään renkaat aikuisen haluamaan suuntaan. Autoon oli tarkoitus laittaa myös polkimet muutamaa vuotta vanhempien lasten ajelun mahdollistamiseksi. Tämä välivaihe jäi kuitenkin toteuttamatta. Myöhemmin asensin autoon 1800 watin tehoisen sähkömoottorin, jolla hieman isommat lapset voivat ajella itsenäisesti ja varsin vauhdikkaasti. Leikkiauton koko määräytyi sen mukaan, että aikuinenkin voisi sillä ajella, mutta sen tuli kuitenkin mahtua pienen farmariauton takakonttiin poikittain, ilman että auton takapenkkejä tarvitsee kääntää.

Teknisen toteutuksen lähtökohtana oli se, että auto piti voida kaikilta osin suunnitella itse ja valmistaa käsityökaluilla autotalliolosuhteissa.

KORI

Leppisauton korin päätin tehdä vanerista. Tavoite oli tuottaa kaksoiskaarevan näköistä ulkopintaa, joka on kuitenkin vain yhteen suuntaan taivutettua vaneria. Pohjan muodoksi valitsin 12-kulmion, jonka katsoin vastaavan riittävällä tarkkuudella leppäkertun soikeaa perusmuotoa. Reunojen pystysuuntainen kaarevuus ja avoimen yläosan koko muotoutui suunnittelun edetessä visuaalisten ja käytännön sanelemien ehtojen perusteella.

84-1

Vaneriset runkorakenteet

Suunnittelussa käytin Autodesk Inventor 3D-ohjelmaa. Korin muodot tein pintamallinnustekniikalla. Pintalapuille oli kätevää antaa paksuus Thicken-toiminnolla ja tulostaa niistä oikaistut paperimallit, jotka leikkasin irti ja siirsin lyijykynällä piirtäen vanerille. Kapeakärkisellä käsisahalla oli hyvä sahata kaarevareunaiset kylkisegmentit 4mm paksusta vanerista. Osan tästä työstä tein kesäaikaan hiekkalaatikon reunalla samalla lasten kanssa leikkien.

Pintakuori on 4mm vaneria, pitkittäisjäykisteet 6,5mm ja ohjauksen ja taka-akseliston kiinnitysalueet 18mm. Lokasuojat piti tehdä 3mm polyeteenimuovista, koska niiden liitos ulkokuoren suuntaan osoittautui muuten hankalaksi. Muovisen lokasuojan reunaan oli helppo leikata ja taittaa kielekkeet, jotka mahdollistivat liitoksen läpipulteilla vaneriseen ulkokuoreen. Myös ulkokuoren osien väliset päittäisliitokset osoittautuivat haasteellisiksi. Niissä käytin vahvikkeena keskeltä taivutettuja alumiinilatan pätkiä. Lattoihin tein kierteet ja ruuvasin vanerin ulkoa päin kiinni kupukantaisilla M5-laipparuuveilla. Yleensä liitoksien perusperiaate oli se, että ohuempi vaneri liitetään paksumman vaneriosan reunapintaan tilanteesta riippuen kupu- tai uppokantaruuveilla.

90

Etulokarin kaari ja pyörän ripustus

97

Viimeistelty ulkokuori

OHJAUS

Ohjauksen päätin toteuttaa ratin sijaan tangolla, niin että pienilläkin lapsilla riittää voima renkaiden kääntämiseen. Ohjausgeometriaksi valitsin mahdollisimman täydellisen Ackermann-ohjauksen. Tämä tuottaa vähän rullausvastusta ja on riittävän vakaa pienillä nopeuksilla. Sähkömoottorin asentamisen jälkeen ohjausgeometria kaipaisi hieman vakavoittamista. Tarvetta voisi olla pienelle kääntöharitukselle ja ohjauksen välitystä voisi myös hidastaa. Eli tankoa pitäisi kääntää enemmän, että pyörät kääntyvät ääriasennosta toiseen. Ohjaus- ja pyöränkiinnitysosatkin ovat pääosin vaneria.

MOOTTORI JA VOIMANSIIRTO

Myöhemmin asensin autoon 1800W sähkömoottorin. Alkuperäisen suunnittelun aikaan en onnistunut löytämään valmista tasauspyörästöä, joten sellainen piti valmistaa itse. Päätin tehdä tasauspyörästön käyttämällä rullaketjua ja valmiita ketjupyöriä. Tilasin Kiinasta moottorin mukana PWM-kontrollerin ja sitä ohjaavan kaasukahvan. Systeemi toimii 48 voltin jännitteellä, joten akuiksi valitsin 4 kpl 12 voltin 20Ah lyijyakkuja. Käytössä oleva yksi kilowattitunti riittää varsinkin lasten ajeluun useaksi tunniksi.

103-3jpg

Leppis-auton voimansiirtoratkaisu

Markus Huovinen
Senior Design Engineer
Conseptas Oy