Freinage et pédalage dans les descentes - Questions sur la puissance et la tension électrique

[invitea06edf20]

Bonjour à tous,

Je remercie les auteurs qui par leurs réponses à des topics similaires ont déjà indirectement éclairer ma très littéraire lanterne. Il me reste des questions qui me valent le plaisir de solliciter à mon tour leur bienveillance dans l’espoir de pouvoir réaliser mon projet.

Les vélos à assistance électrique semblent souvent équipés d’une batterie 36 volt de 10 ou 12 A/h alimentant un moteur de 250W.

Ils comportent quatre points faibles :
- Un prix d’achat et de réparation assez élévés
- Un surpoids significatif
- Une fausse écologie du fait de devoir recharger le batterie par le courant domestique
- Mais principalement, une assistance de fort courte durée

Il m’arrive très régulièrement dans mes Ardennes de freiner sur 2 ou 3 km voir plus, sans pédaler. J’envisage de récupérer partiellement l’energie du freinage. On pourrait même concevoir, dans les descentes moins fortes, de pédaler tout en freinant et t’atteindre une puissance significative.

Poids total de l’équipage +/- 110 kg
Dénivellée de 0 à 350 m
Vitesse de 1 à 12 m/s sans freinage ni pédalement
Puissance moyenne du cycliste +/- 100 W

L’idée serait de placer une tête comme celle d’une dynamo classique contre la jante de la roue arrière, mais la tête serait ici beaucoup plus longe et cônique. L’action sur la poignée de frein ferait monter ou descendre le cône par rapport à la jante de la roue et donc augmenter ou diminuer la vitesse de rotation de son axe. A la base du cône, un anneau libre tournant sans entraîner le générateur permettrait d’obtenir une position de frein au repos.

La question sera de calibrer la démultiplication de façon à obtenir une intensité supérieure à 36V mais pas plus de (?) pour ménager la batterie.
Dans le cas ou l’intensité est inférieur à 36V et n’est pas renvoyée à la batterie que devient l’énergie produite ? Est-elle nulle et en conséquence pas de frein moteur ?
Est-il préférable de disposer d’un moteur distinct du générateur ou d’employer le même appareil pour les deux fonctions ?

Merci d’avance
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[Jean.Marc]

Les vélos à assistance électrique semblent souvent équipés d’une batterie 36 volt de 10 ou 12 A/h alimentant un moteur de 250W.

La capacité s'exprime en A.h (ampères multipliés par des heures).

Poids total de l’équipage +/- 110 kg
Dénivellée de 0 à 350 m
Vitesse de 1 à 12 m/s sans freinage ni pédalement
Puissance moyenne du cycliste +/- 100 W

S'agit-il d'un vélo à assistance électrique?

L’idée serait de placer une tête comme celle d’une dynamo classique contre la jante de la roue arrière, mais la tête serait ici beaucoup plus longe et cônique. L’action sur la poignée de frein ferait monter ou descendre le cône par rapport à la jante de la roue et donc augmenter ou diminuer la vitesse de rotation de son axe. A la base du cône, un anneau libre tournant sans entraîner le générateur permettrait d’obtenir une position de frein au repos.

Le couplage mécanique à friction a un mauvais rendement, et est à exclure dans un vélo où l'énergie est si limitée.
Si le vélo est déjà à assistance électrique, le moteur peut constituer la génératrice de récupération. Il suffit de modifier le circuit électrique en incluant un convertisseur de type "boost" (c'est-à-dire élévateur de tension). Le réglage du freinage se fait en réglant le rapport de tension du convertisseur, ou le courant de limitation, selon le montage choisi.

La question sera de calibrer la démultiplication de façon à obtenir une intensité supérieure à 36V mais pas plus de (?) pour ménager la batterie.

36 V représentent une tension et non une intensité.
Il est évident que la récupération doit être limitée au courant maxi de charge de la batterie pour éviter de la déteriorer, et par conséquent, la tension sera également limitée.

Dans le cas ou l’intensité est inférieur à 36V et n’est pas renvoyée à la batterie que devient l’énergie produite ? Est-elle nulle et en conséquence pas de frein moteur ?

Le freinage est proportionnel à l'énergie récupérée. Il y a deux solutions :
- soit le freinage électrique ne sert qu'à recharger la batterie, et il faut compléter par les freins classiques ;
- soit on peut ajouter une résistance de charge qui augmente la puissance de freinage électrique, dans la limite de la puissance maxi du moteur. Mais cette puissance sera gaspillée en chaleur, donc ce sera pareil qu'avec les freins classiques, l'usure en moins, le coût en plus.

Est-il préférable de disposer d’un moteur distinct du générateur ou d’employer le même appareil pour les deux fonctions ?

Pourquoi payer deux machines quand une seule remplit les deux fonctions aussi bien?

[LPFR]

Bonjour.
Je ne veux pas paraître rabat-joie, mais l'idée n'est pas très originale. Si elle était réalisable économiquement et qu'elle était un vrai plus pour ce type de vélo, ils seraient déjà tous équipés. D'autant plus qu'un montage électronique n'est pas très cher (beaucoup moins que l'accumulateur).
Dans ce type d'idée, le raisonnement à tenir n'est pas "personne n'y a jamais pensé" mais "si on ne le trouve pas sur le marché, c'est peut-être que ce n'est pas une bonne idée".
Bien sûr, il y a quelques rares exceptions.
Au revoir.

[invitea06edf20]

Merci Jean-Marc pour toutes ces infos utiles !

S'agit-il d'un vélo à assistance électrique?

Effectivement. Les poids annoncés par les constructeurs varient entre 32 et 37 Kg. Sont aussi inclus dans le poids total, un enfant en bas-âge et un petit bagage, ou quelques courses sans enfant. Avec tel équipage et une visibilité parfois courte, on comprendra qu'il ne soit pas toujours prudent de dépasser 6m/s, d'ou l'obligation de ralentir l'élan.

Il est évident que la récupération doit être limitée au courant maxi de charge de la batterie pour éviter de la déteriorer, et par conséquent, la tension sera également limitée.

Dans le cas ou l'on fixe 25km/h comme vitesse maxi raisonable, pour une tension maxi de 45V, la plage de freinage utile irait de 25km/h à 21km/h. C'est évidemment fort peu à moins qu'il ne soit possible de transformer la tension pour chaque fois la ramener dans la plage 37V-45V ?
En fait comment font-il dans les voitures pour stabiliser la tension de l'alternateur ?

Pourquoi payer deux machines quand une seule remplit les deux fonctions aussi bien?

Excellente nouvelle ! C'est aussi du poids en moins.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea06edf20]

Bonjour.
Je ne veux pas paraître rabat-joie, mais l'idée n'est pas très originale. Si elle était réalisable économiquement et qu'elle était un vrai plus pour ce type de vélo, ils seraient déjà tous équipés. D'autant plus qu'un montage électronique n'est pas très cher (beaucoup moins que l'accumulateur).
Dans ce type d'idée, le raisonnement à tenir n'est pas "personne n'y a jamais pensé" mais "si on ne le trouve pas sur le marché, c'est peut-être que ce n'est pas une bonne idée".
Bien sûr, il y a quelques rares exceptions.
Au revoir.

Détrompez-vous, la mécanique des vélos destinés à monsieur-tout-le-monde est dominée par une ''montagne'' de stupidité. Quant aux rabat-joie, leur propos sont parfois pertinents.


En son temps il était impossible de pouvoir remplacer mon pédalier très ordinaire à simple plateau 48 dents par un pédalier à plateau +/- 36 dents. Introuvable et sans solution criaient tous les mécaniciens consultés !
N'empêche, j'ai pu me procurer un pédalier de vélo de compétition à triples plateaux tous amovibles. J'ai parfaitement pu ne laisser qu'un seul plateau (le plus petit à la place du plus grand) et monter ce pédalier sur mon vélo ''très ordinaire''. Stupéfaits les mécaniciens !

Il a fallu une trentaine d’années pour que les fabricants se rende compte que les dérailleurs étaient utiles et commerciables sur tous les vélos. Personnellement j’avais eu la chance de tomber sur un vélo de course à guidon moustache. Guidon que je me suis empressée de retourner pour une position plus haute et donc plus confortable.

Mais pour mon VTT, j’ai dû acheter séparément un guidon ordinaire. Pourquoi tant d’années pour admettre que le commun achetait un VTT pour l'avantage de ses vitesses, mais souffrait, entre autre, d'une position trop couchée. A l’évidence, les VTT à guidon plus relevé ou relevable, à pneus plus fins et plus lisses sont aujourd’hui un succès commercial.

Ils se sont aussi décidés à élargir la plage des pignons passant de 14/28 dents à 11/34 dents et de porter ainsi le rapport de démultiplication de x2 à x3. Quand ils auront découvert que nombreux sont ceux qui s'embrouillent dans les jeux de vitesses avant/arrière et qu’un rapport de +/- x3,5 est suffisant pour des gens dont la finalité n’est pas compétitive, on commercialisera ces fameux vélos 8 vitesses mais débarrassés du triple plateau avant. D’autant plus que les vitesses procurées par le petit plateau associé aux plus grands pignons ressemblent à du sur-place.

Par contre, ils n'ont toujours pas compris que le cycliste ordinaire place le pied plus en avant sur la pédale et non la plante du pied comme les sportifs employant des cale-pied. Dans le cas des vélos à roues 28'', il en résulte un accrochage de la roue avant. Or, augmenter l'inclinaison de la fourche avant de 2 ou 3 degrés ne me paraît pas non plus être une trouvaille digne d'un prix Nobel !


In fine, vous avez parfaitement raison, il n’y rien de génial dans mon idée. Comme d’habitude les techniques existent mais ne sont pas appliquées. Comme d’habitude, le mésuccès commercial réel est une supposition mal fondée dans le chef des fabricants. Et comme d’habitude, cela ne m’empêche pas d’essayer de réaliser mes propres solutions avec l’aide de toutes les bonnes volontés.

Plus jeunes on m’avait chargée de remesurer la distance entre des poteaux électriques. J’étais supposée faire quelques 700 km à pied, à la roulette et en automne/hiver. La précision demandée n’étant que du mètre, il m’a suffit de monter des aimants supplémentaires sur la roue de mon tout nouveau VTT haut de gamme (il me fallait des freins à tout épreuve) et de corriger fictivement la valeur du diamètre de ladite roue dans le menu d’un compteur haut gamme (aimants disponibles à la pièce) de manière à obtenir la précision demandée en divisant le nombre affiché par 10. Equipé d’un porte-carte et d’une sacoche pour les plans, le travail fut réalisé à une vitesse vv’ avant l’arrivée de l’hiver. Inutile de dire que tout ce matériel haut gamme fut très largement amortis, se trouve toujours en parfait état et surtout que je n’avais en fait rien inventé de magistral.


N’hésitez pas à me faire savoir si mon laïus change ou non vos convictions. Je reste en tout cas persuadée que pédalage (y compris en descente) et freinage procure une énergie supérieure aux frottement, résistances et autres pertes sur l’ensemble du parcours. Je n’ai pas encore bien compris les formules fournie par hydrochristian dans le topic http://forums.futura-sciences.com/ph...de-couple.html pour confirmer le fait sans oublier tenir compte du rendement du générateur/batterie/moteur. (30 % ???)

[LPFR]

Bonjour.
Je vous souhaite, très sincèrement, d'avoir raison et que ça vaille le coup de récupérer l'énergie.
Mais la solution la plus efficace se trouve, comme vous l'a dit Jean.Marc, du côté de l'électronique.
J'ai jeté un rapide coup d'œil sur le lien concernant les forces et le couples. Je crois que les indications que Hydrochristian vous a données sont bonnes. Mais s'il y a des choses que vous n'avez pas bien saisies, reposez la question (dans la même discussion). Je m'abonne aussi et pourrait vous répondre si Hydrochristian ne le fait pas.
Cordialement,

[predigny]

Quel cycliste n'a pas rêvé de pouvoir récupérer la totalité de l'énergie perdue dans les descentes pour la réutiliser dans les côtes. Si le rendement était de 100%, ça reviendrait à aplanir les montagnes, ou du moins les côtes et on roulerait partout comme si c'était "du plat". Mais voila pour accomplir ce rêve il faut un très gros supplément de poids ce qui augmente beaucoup les frottements des pneus sur le revêtement et même si on sait faire des moteurs/générateur ayant un rendement proche de 80%, l'accumulation d'énergie dépasse difficilement les 40% de rendement, ce qui au total nous fera un rendement de 25%. Donc en moyenne 25% de la côte sera gravie sans pédaller. Ca compense même pas les pertes dues au sur-poids.
Je verrais plutôt un vélo légèrement assisté d'un moteur thermique plus petit encore que celui du légendaire Solex, avec (pourquoi pas) une technologie hybride, ce qui n'exclut pas la récupération d'énergie lors des freinages ou des descentes. But à atteindre: < 0,5 litre/100km à 25km/h.

[invitea06edf20]

Bonjour à tous,

Je n'ai pas encore eu l'occasion de revenir sur le Topic d'Hydrochristian. Par contre j’ai eu l’occasion d’entrevoir un vélo gamme 2009 commercialisé par la firme TREK (41 V cette fois) avec recharge au freinage.

Est confirmé tout ce qui m’a été dit dans ce topic :

Moteur/généra teur unique
De l’électronique
Rendement insignifiant selon le mécanicien, mais il reconnaît que si je pédale dans les descentes tout en freinant, le gain pourrait être un plus significatif.

Chose étonnante dans la conception, tout est à l’arrière (Moteur, batterie, bagages et l’essentiel du poids du cycliste), soit un poids sur la roue arrière que j’estime être de 80% !
L’avantage dans les fortes cotes gravies en danseuse, sera l’absence de patinage sur sol gras grace à un poids encore suffisant à l’arrière.
Dommage que la roue avant si peu chargée soit équipée d’un pneu extra large identique à celui de la roue arrière. De plus, avec une telle répartition, les efforts de torsion sur le cadre devraient être assez faibles et ne me semble plus justifier une tubulure d’une telle épaisseur.
Bref, ce n’est pas encore aujourd’hui qu’on verra ma réconciliation avec ces ingénieurs-là.

Finalement je ferai quand même le calcul de résistance pour m’assurer que mes 100W x 0,2 founis en descente vaille la peine d’investir dans cet achat de vélo ou du moins d’une roue équipée.

A noter pour Predigny qu’il existe maintenant un Solex se rapprochant quelque peu de sa suggestion.

[invitedb417e92]

Bonjour,

Dommage que la roue avant si peu chargée soit équipée d’un pneu extra large identique à celui de la roue arrière. [..] Bref, ce n’est pas encore aujourd’hui qu’on verra ma réconciliation avec ces ingénieurs-là.

Je pense que cette grosse roue avant devient très utile lors d'un freinage d'urgence ... On ne fait pas ça tous les jours, mais il suffit d'une seule fois pour se réconcilier avec des ingénieurs.

Pédalant plutot en milieu urbain, je me suis souvent posé cette question de la récupération de l'énergie du freinage, mais il s'agit là de récupérer juste l'énergie pendant un arrêt (feu rouge, stop, carrefour) afin de pouvoir reprendre très rapidement une vive allure. J'imaginais qu'un système mécanique comprenant un volant d'inertie pourrait présenter certains avantages par rapport à un système électrique. Malheureusement je ne vois toujours pas comment cela pourrait être assemblé .

[f6bes]

J'imaginais qu'un système mécanique comprenant un volant d'inertie pourrait présenter certains avantages par rapport à un système électrique. Malheureusement je ne vois toujours pas comment cela pourrait être assemblé .

Bjr à toi,
En bref: un volant à inertie à débrayage/embrayage automatique T'arrétes de ROULER ça débraye, tu COMMENCES à rouler ça EMBRAYE le volant.
C'est le "déplacement" de la roue qui donne "l'info".
A+

[f6bes]

J'imaginais qu'un système mécanique comprenant un volant d'inertie pourrait présenter certains avantages par rapport à un système électrique. Malheureusement je ne vois toujours pas comment cela pourrait être assemblé .

Bjr à toi,
En bref: un volant à inertie à débrayage/embrayage automatique T'arrétes de ROULER ça débraye, tu COMMENCES à rouler ça EMBRAYE le volant.
C'est le "déplacement" de la roue qui donne "l'info".
Pour le montage, faut faire un peu de mécanique et spouçon d'électronique (prise de décision).
A+

[invitea06edf20]

Bonjour,Je pense que cette grosse roue avant devient très utile lors d'un freinage d'urgence ...

J'ai une expérience des freinages qui me vient du fameux job de remesurage de l'interdistance de poteaux électriques que j'ai évoqué plus haut. Pour maximaliser le rendement, je démarrais en force debout, m'arrêtais au plus court 20 à 35 m plus loin et ce sur 700 Km parfois en descente. Evidemment il n'y avait pas d'effet de surprise ... mais la répartition de poids était de 40%-60%. Toutefois, je retiens la remarque, on est jamais trop prudent. Merci Epep !

[invitedb417e92]

Bonsoir,

Bjr à toi,
En bref: un volant à inertie à débrayage/embrayage automatique T'arrétes de ROULER ça débraye, tu COMMENCES à rouler ça EMBRAYE le volant.
C'est le "déplacement" de la roue qui donne "l'info".
A+

Oui, ou bien des petits leviers à côté de ceux pour freiner afin de gérer l'embrayage manuellement.

Mais le gros problème est que le volant d'inertie doit acquérir de l'énergie quand le vélo ralentit, et en perdre lors de l'accélération. Cela n'arrivera pas avec une simple transmission. En plus d'un système d'embrayage il faudra peut-être une transmission à variation continue, et/ou un volant d'inertie à moment variable (ou alors de l'électronique ce sera peut-être pas si mal finalement ).

[Juju41]

Salut !
Petit déterrage de topic...

Je me demandais si on pouvais réellement freiner le vélo pour accélérer le volant d'inertie, et ce jusqu'à l'arrêt complet du vélo.

Le soucis, dans le cas du freinage, est que les puissances mises en jeu sont plus importantes que dans l'accélération (1.5 kW en gros pour arrêter 70kg lancés à 20km/h en 5s) donc on ne peut pas la stocker sous forme électrique ( sauf peut être dans un gros condensateur, mais ça ne doit pas être très rentable).

Mécaniquement, je n'ai pas spontanément trouvé, mais c'est effectivement possible: via un variateur toroïdal. En effet, c'est un variateur qui permet d'atteindre de façon continue un rapport de multiplication en théorie infini.
Il faut donc, dans le cas idéal, pour freiner, embrayer le variateur toroïdal et faire croitre le rapport de multiplication de 0 à l'infini. On accélère alors le volant jusqu'à l'arrêt complet du vélo.

Ca va être utilisé dans les F1 apparement, c'est encore un peu encombrant pour un vélo, mais peut-être qu'on pourrait adapter cette solution au cas du vélo ?


En fait, avec les problèmes d'effet gyroscopique, on ne peut pas utiliser de volant d'inertie, surtout avec un véhicule du gabarit du vélo ...

[LPFR]

Bonjour.
D'autres membres du forum connaissent mieux que moi la mécanique. Mais je pense que le rendement des variateurs n'est pas meilleur que celui d'une boite classique. Et que ce rendement diminue quand le rapport devient très grand ou très petit.
Vous ne pouvez pas récupérer toute l'énergie cinétique au freinage. Il suffit de récupérer une grande partie et c'est déjà pas mal.

Quand à l'adaptation d'un dispositif de F1 à un vélo, je pense que pour le même prix on doit pouvoir s'acheter un esclave qui pousse le vélo à votre place.

Pour ce qui est du volant d'inertie et des effets gyroscopiques, on peut les annuler en utilisant deux volants tournant dans des sens inverses. Pas de moment angulaire, pas d'effet gyroscopique.
Au revoir.

[invitedb417e92]

Le soucis, dans le cas du freinage, est que les puissances mises en jeu sont plus importantes que dans l'accélération (1.5 kW en gros pour arrêter 70kg lancés à 20km/h en 5s) donc on ne peut pas la stocker sous forme électrique ( sauf peut être dans un gros condensateur, mais ça ne doit pas être très rentable).

J'imaginais que lorsqu'on pilote un bicycle aussi perfectionné, on adapte sa conduite, en prenant le temps de freiner.

J'imaginais aussi qu'il était nécessaire de coupler le système de récupération d'énergie avec un bon vieux frein à friction, au cas où !

En fait, avec les problèmes d'effet gyroscopique, on ne peut pas utiliser de volant d'inertie, surtout avec un véhicule du gabarit du vélo ...

Sauf si le volant d'inertie est monté sur cardans ! (mais alors bon courage pour la transmission, mieux vaut faire ça électriquement).

Sinon un volant d'inertie horizontal ne devrait pas trop gêner la manoeuvre d'un tricycle ?

Pour ce qui est du volant d'inertie et des effets gyroscopiques, on peut les annuler en utilisant deux volants tournant dans des sens inverses. Pas de moment angulaire, pas d'effet gyroscopique.

Mais de gros efforts sur les axes ! Si ça doit stocker beaucoup d'énergie, et ne pas éclater à la première gamelle, alors ça risque de faire bien lourd.

[LPFR]

Mais de gros efforts sur les axes ! Si ça doit stocker beaucoup d'énergie, et ne pas éclater à la première gamelle, alors ça risque de faire bien lourd.

Bonjour.
Oui. Je n'ai pas dit que c'était une bonne solution pour un vélo.
Un petit moteur thermique est beaucoup plus économique, léger et efficace. Mais ce n'est pas nouveau. C'est la seule solution commercialisée à grande échelle.
Au revoir.

[Juju41]

Il existe des variateurs continus pour vélo apparement, voir ce fil
Il faudrait voir quelle proportion d'énergie on peut récupérer avec la gamme de réduction de ces variateurs.

Mais bon, le rendement ne doit pas être terrible au final ...

[calculair]

bonjour

A priori, je ne vois pas pourquoi on ne pourrez pas coupler une dynamo sur le velo ( a titre experimental) . L'intensité du freinage pourrait être reglée par l'intensité du courant d'excitation du stator de cette dynamo.

Je pense que l'on pourrait recuperer une part significative de l'energie en descente, mais je n'ai ps d'idée sur le rendement global de cette opération, et sur le gain d'automonie possible.

Il pouvoir passer de la manip de labo à quelque chose de vraiment utile, un gain de 50% serait sans doute un objectif à viser...

[calculair]

Bonjour,

La solution du moteur thermique marche à tous les coups et elle a été largement experimentée, mais c'est moins beau que le tout electrique, mais peut être ici plus ecolo( en raison des polutions créent par la construction des batteries et de leur cycle de vie) , mais c'est là un autre problàme...

[verdifre]

Bonsoir,
le problème de la récupération en freinage sur un velo, c'est que les puissances mises en jeux sont beaucoup plus importantes que les puissances "normales" d'une assistance électrique.
Il est pénalisant de dimensionner tout le système pour la puissance max de freinage
donc la plupart du temps, on se contente d'une recuperation partielle de l'energie (limitée par la puissance du moteur/generatrice et par le courant instantanné de la batterie)
fred