ชิ้นส่วนโครงสร้างสำหรับรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าน้ำหนักเบาสมรรถนะสูง
บริษัท Zapp Electric Vehicles เป็นบริษัทสตาร์ทอัพที่จดทะเบียนในสหราชอาณาจักร (https://zappev.com/) ต้องการพัฒนาจักรยานยนต์หรือสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อส่งออกไปยังสหราชอาณาจักร (และสหภาพยุโรป) โดยภายหลังจากการได้รับทุนสนับสนุนตั้งต้นบริษัทจะต้องผลิตต้นแบบสำหรับการระดมทุนรอบต่อไปในสหราชอาณาจักร บริษัทได้ว่าจ้างทีมวิจัยเอ็มเทคที่มีทักษะและความชำนาญด้านระบบกักเก็บพลังงานและวิศวกรรมเครื่องกลช่วยสนับสนุนในการพัฒนาและสร้างต้นแบบจักรยานยนต์ไฟฟ้าน้ำหนักเบาสมรรถนะสูง ที่มีชิ้นส่วนอะลูมิเนียมเป็นโครงสร้างรับแรงหลัก และใช้มอเตอร์ไฟฟ้าสมรรถนะสูงในการขับเคลื่อน พร้อมกับออกแบบและทดสอบชุดแพ็กแบตเตอรี่ที่สามารถสับเปลี่ยนและพกพาไปชาร์จในที่ต่างๆ ได้
ทีมวิจัยได้ใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ในการวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างตัวรถและจุดประกอบยึดต่างๆ เพื่อประเมินการรับภาระแรงและทำนายพฤติกรรมการเสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากภาวะการขับขี่ใช้งานจริงของชิ้นส่วนโครงสร้างสองชิ้น ได้แก่ ชิ้นส่วนโครงสร้าง (exoskeleton) และชิ้นส่วนรับแรงสะเทือนด้านหลัง (swing arm) ความท้าทายเชิงเทคนิคของงานนี้คือ การออกแบบให้ตัวรถมีดีไซน์ที่ล้ำสมัย มีความแข็งแรงในการรับภาระแรงกระทำจากการขับขี่ และมีน้ำหนักเบาเพื่อเพิ่มสมรรถนะในการขับขี่เมื่อเทียบกับจักรยานไฟฟ้าที่มีอยู่ในตลาด ดังนั้น ทีมวิจัยจึงออกแบบรูปร่างโครงสร้างตัวถังจากวัสดุอะลูมิเนียมให้มีลักษณะเฉพาะตัวเป็นโครงสร้างรับแรงแบบเอ็กโซสเกเลตัน (load-bearing exoskeleton) เพื่อเป็นชิ้นส่วนรับแรงหลักในการรับน้ำหนักผู้ขับขี่และผู้โดยสารแทนการใช้เหล็กท่อดัดโครงตามที่ใช้งานอยู่ในจักรยานยนต์ทั่วไป รวมถึงออกแบบชิ้นส่วนรับแรงสะเทือนด้านหลัง โดยเลือกใช้วัสดุอะลูมิเนียมทั้งชิ้นเพื่อลดน้ำหนักโดยรวมของตัวรถ และใช้เทคนิค Topology Optimization ในการออกแบบโครงสร้างตัวรถในลักษณะโครงสร้างรับแรงแบบเอ็กโซสเกเลตัน เพื่อทำให้ตัวรถมีรูปทรงทันสมัยและน้ำหนักเบาตามที่ทีมพัฒนาผลิตภัณฑ์ออกแบบไว้
การวิเคราะห์ด้วยไฟไนต์เอลิเมนต์พบว่าชิ้นส่วนทั้งสองชิ้นมีค่าความแข็งแรงที่เพียงพอเชิงวิศวกรรมโดยมีค่า Factor of Safety (FoS) มากกว่า 4 ในทุกกรณีศึกษาในการรับภาระแรงจากผู้โดยสาร 2 คน (150 kg) ตามเงื่อนไขการใช้งานปกติ ทั้งนี้บริษัทฯ ได้นำต้นแบบชิ้นส่วนโครงสร้างสำหรับจักรยานยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูงที่ออกแบบโดยทีมวิจัยทั้งสองชิ้นไปต่อยอด เพื่อผลิตและเป็นส่วนประกอบในจักรยานยนต์ไฟฟ้ารุ่น i300 ของบริษัทฯ ซึ่งผลิตภัณฑ์ดังกล่าวได้ผ่านการทดสอบการวิ่งใช้งานจริงที่ความเร็วสูงสุด 96 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และในปัจจุบันบริษัทฯ ได้ผลิตจักรยานยนต์ไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ และจำหน่ายผลิตภัณฑ์ในรุ่น Zapp i300 ผ่านทางเว็บไซต์ https://zappev.com/ และในปี 2023 ที่ผ่านมา บริษัทฯ ได้เข้าสู่ตลาดหลักทรัพย์ NASDAQ ที่อเมริกาแล้ว (NASDAQ:ZAPP)
รายชื่อทีมวิจัย
ดร.ชินะ เพ็ญชาติ, ดร.พิมพา ลิ้มทองกุล, ดร.จิราวรรณ มงคลธนทรรศ, ดร.อุกฤษฎ์ สหพัฒน์สมบัติ, ปิยพงศ์ เปรมวรานนท์, เจนวิทย์ โสภารัตน์, อภิชาติ ตีระลาภสุวรรณ และ วุฒิพงษ์ ศรีธรรม