Problème de méca niveau BAC; Le vélo électrique...

[Canaillou2k5]

Salut; j'ai besoin d'un coups de main pour vérifier quelques notions qui sont lointaines...

L'idée est de choisir un moteur pour un vélo électrique. J'ai eut l'idée suite à un sujet dans les forums électronique, c'est pas pour le réaliser (et quoi que) mais c'est pour pousser un projet un peut plus loin qui peut être assez pédagogique en abordant différentes notions très liées (méca et électrotechnique & électronique)

Voilà le problème:



Le vélo avec la personne dessus ont une masse de 200kg.

L'angle en orange fait 45°

En rouge le vecteur à une norme de 200Kg.

-Première affirmation: le vecteur violet à une norme de 200 / sin(45) = 283Kg

-Deuxième affirmation c'est la poussée nécessaire pour faire monter le vélo en son centre de gravité; mais également sur le moyeux arrière?

Je suppose que les deux première affirmation sont justes.

-Troisième affirmation: Le couple nécessaire pour faire monter le vélo est: (avec g=9,81 et rayon de la roue 34cm)

Moment = F*D = 283*8,81*0,34 = 944Nm

On veut une vitesse de 30km/h en côte de 45° (ce qui est énorme je trouve).

oméga=V/r = (30/3,6) / 0,34 = 24,5 rad/sec

Nous avons donc besoin d'une Pu=Cu*oméga = 944*24,5 = 23,12 Kw

Voilà pour le moment je suppose qu'il serait bon de valider avant de continuer pour le choix du moteur et du moto-reducteur...

Merci de m'indiquer les différentes erreurs que j'ai du faire
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[polo974]

On s'en fout de la roue et du couple...

tu montes à sin(45) * 30 / 3.6 m/s soit 5.9m/s
P = M * g * V
P = 200 * 9.81 * 5.9 = 11560W soit environ 11.6kW

bon, à cette vitesse, il faut aussi ajouter la trainée aérodynamique et les frottements divers (prévoir 1kW en plus)

sauf qu'il va falloir une crémaillère pour monter la cote...

[verdifre]

Bonjour,
Ton schéma démontre que tu n'as rien compris à la mécanique.
ce qui t'interesse, c'est l'equilibre du vélo, il te faut donc commencer par le résoudre.
Pour cela il faut que tu dessines le poids (ca c'est bon) la reaction des roues, et une troisiemme force pour equilibrer l'ensemble.
Comme tu supposes être à vitesse stabilisée il faut que tu appliques aprés : la somme des forces appliquées sur le vélo est nulle.

Une fois que tu auras résolu l'equilibre du vélo tu pourras affirmer : les trois premières affirmations sont fausses!

mais c'est pour pousser un projet un peut plus loin qui peut être assez pédagogique en abordant différentes notions très liées (méca et électrotechnique & électronique)

avant de parler de pédagogie, il faut maitriser le contenu


fred

[PIXEL]

l'ami Canaillou devrait réviser son cours sur les vecteurs , traités en seconde il me semble.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Canaillou2k5]

Je suis jamais aller en seconde^^ mais c'est pas une raison j'ai quand même étudié tout ça...

Je vais peut être revoir mes données, parce que dans une telle cote on doit monter à 1 ou 2km/h à vélo grand max; pour la masse également: 75kg/personne - 20kg/vélo - 5kg/batterie soit 100kg

avant de parler de pédagogie, il faut maitriser le contenu

Y'a que des pros ici aussi

Sinon les vecteurs en eux même ça passe mais là j'avoue que j'ai eut du mal à savoir ou les appliqués sur le cas de mon vélo...

La réaction des roues, ce sont des vecteur tangent à la roue et au sol perpendiculaire pas rapport au sol? La troisième force est mon vecteur violet mais dans l'autre sens?

Donc nouvelle puissance: 386w arrondi à 500 pour les pertes je suppose que ça change la donne au niveau de la faisabilité...

[Tifoc]

Bonjour,

Posé comme ça, c'est un problème de physique... Si vous voulez trouver des valeurs réalistes, il faut en faire un problème de mécanique

[Tifoc]

Bonjour,

Posé comme ça, c'est un problème de physique... Si vous voulez trouver des valeurs réalistes, il faut en faire un problème de mécanique
En clair, changer le cahier des charges...
Tout d'abord, un VAE "lourd" (à cause de batteries plomb), ça fait 35kg max, et sur la notice il est spécifié un poids maxi de 90kg pour le cycliste, soit au total 125kg (et pas 200 !). Ensuite, une cote à 45°, ça signifie en langage des Ponts et chaussées une cote à ... 100% !!! A ce stade la roue avant n'est déjà plus en contact avec le sol depuis longtemps. Quant à vouloir la monter à 30km/h, c'est d'autant plus absurde que la reglementation interdit l'assistance au dessus de 25km/h.

Bonne continuation quand même...

[Canaillou2k5]

J'ai revu les données concernant la masse, mais j'ai oublier en effet de spécifier la pente; je n'était pas non plus dans le cas de figure d'un vélo de route mais c'est une erreur de ma part.

Disons 12% (si je me trompe pas ça fait environ 7°) c'est déjà une belle pente sur de la route non? quel valeur max faut-il prendre? (j'ai pas trop notion).

Vous avez l'air bien plus au courant donc après je rectifie tout de même, 125Kg - 25km/h.

Mais est-ce que le vélo est censé atteindre 25km/h dans la pente max?

[polo974]

Puisque tu pars sur un vae, la puissance est règlementée à 250W, voilà, le calcul est fait...
(le code de la route dit: puissance nominale continue maximale de 0,25 kilowatt)

Précision, à 25km/h, le vae devient un vélo lourd...
(le code de la route dit: l'alimentation est réduite progressivement et finalement interrompue lorsque le véhicule atteint une vitesse de 25 km/h)

Ensuite, on peut jouer sur le terme "puissance nominale continue" et la loi de variation "progressive" de l'assistance...

[bobflux]

> Le vélo avec la personne dessus ont une masse de 200kg.

c'est un peu exagéré...

> L'angle en orange fait 45°

Sur une pente à 45°, le vélo se retourne... il y a une petite erreur dans ton dessin d'ailleurs : le centre de gravité est mal placé puisqu'il manque le cycliste sur le vélo !

Pour que la roue avant reste en contact avec le sol, il faut qu'une partie du poids du vélo s'applique dessus, sinon la roue avant se soulève (tu te retrouves avec un monocycle, ça devient plus difficilement contrôlable !) et donc tu pars en arrière et tu t'étales comme une merde.

Raison pour laquelle pour monter une pente très raide en VTT, soit t'as de l'élan et t'y vas comme un bourrin, soit tu moulines avec le plus petit rapport, et tu décales le centre de gravité vers l'avant en te penchant par-dessus le guidon. Le VTT c'est aussi de la muscu De plus on utilise aussi les freins quand ça part. Quand tu freines (de préférence le frein arrière...) la roue avant redescend. Sauf si t'es déjà en train de partir en couille, auquel cas c'est l'inverse

En plus, comme tout le poids est sur l'arrière, la suspension avant s'allonge (et la suspension arrière se raccourcit) ce qui aggrave la tendance à partir en sucette...

Le facteur limitant c'est l'adhérence des pneus, si il a plu la veille ou si le sol a une sale gueule, au-delà de 15-20% de pente tu peux oublier : tu vas descendre en marche arrière bien gentiment...

Un vélo n'est jamais à l'équilibre puisque la route n'est pas plate : si il y a des cailloux, l'effort supplémentaire pour monter par-dessus le caillou peut suffire à démarrer un looping

Donc il faudrait commencer par calculer le moment des forces qui s'appliquent sur le vélo, ou au moins en déduire une petite inégalité en fonction de quelques projections pour savoir si tu t'étales comme une merde, ou pas.

Et poser un problème réaliste (en ramenant la pente à 20% par exemple)...

En fait c'est pas un vélo qu'il te faut, c'est un gasgas (tu remarques que dans les "côtes" le mec est debout avec le guidon coincé contre le nombril)...

> Disons 12% (si je me trompe pas ça fait environ 7°) c'est déjà une belle pente sur de la route non? quel valeur max faut-il prendre? (j'ai pas trop notion).

Sur route, 15% c'est rare mais ça arrive (et c'est déjà très raide). Si tu veux pouvoir passer partout, prends 10% à une vitesse correcte, et 20% doucement...

[Canaillou2k5]

En côte à 10% 10km/h et 20% 5km/h pensez vous que c'est "convenable" ?

[polo974]

En côte à 10% 10km/h et 20% 5km/h pensez vous que c'est "convenable" ?

avec une masse de 125kg, et en intégrant les frottements (aéro et roulement roue de 650mm ou 28#) il faut:
420W et 375W
pneux bien gonflés et chaine bien lubrifiée.
donc il faudra aider l'engin si le moteur fait 250W pour être en règle...

avec les même bases de calcul, il faut 250W pour rouler à 25km/h sur plat.

mais dans la descente à -5%, on atteint 53km/h sans pédaler (ni moteur) et 89km/h à -10%...

[Canaillou2k5]

Oui mais si j'ai bien compris la puissance qu'on calcule depuis le début est celle nécessaire pour faire avancer le vélo; après la puissance max du moteur est de 250w, définis par la loi; mais on met un réducteur entre les deux non ?

[bobflux]

avec les même bases de calcul, il faut 250W pour rouler à 25km/h sur plat.
mais dans la descente à -5%, on atteint 53km/h sans pédaler (ni moteur) et 89km/h à -10%...

Même avec un vélo type fitness (pas trop penché en avant) rouler à 25 km/h sur du plat et sans vent demande beaucoup moins que 250W, mais c'est difficile à calculer, car les frottements dépendent de la position du cycliste, du vélo, chaque vélo ayant sa position de "conduite", etc.

Sans utiliser d'instrument de mesure spécial, tu peux mesurer ton SCx dans une descente droite, sans vent, dont la pente est à peu près constante et connue, sans pédaler. Tu connais la puissance (mgv * %) et la vitesse...

(dans la même descente, le vélo fitness droit plafonne à 55 environ, avec le vélo couché il faut freiner pour rester en-dessous de 70...)

Enfin bon, sur le plat, le moteur ne sert pas à grand chose (sauf si le cycliste est dans une condition physique particulièrement lamentable, ou habillé en costar cravate)

Le moteur ne sert pas à passer de 20 km/h à 25 sur le plat (gain nul), mais de 5 km/h à 15 km/h dans les côtes....

[polo974]

Je suis partis sur un s*cx de 0.5 (environ 100W) (s*cx: valeur lue sur quelque part sur le net), une masse de 125kg et peut être un peu trop de perte au roulement (genre pneus VTT un peu mous ) (environ 150W).

Pour le gars en costard, j'en vois un qui le fait régulièrement, sur plat, il file bien (bon le matin, il a le vent dans le dos, ça aide aussi), mais le plus bluffant, c'est quand il attaque une côte de 5% juste à coté du boulot: zoumm (enfin, en silence)...

[Tifoc]

Bonjour

Oui mais si j'ai bien compris la puissance qu'on calcule depuis le début est celle nécessaire pour faire avancer le vélo; après la puissance max du moteur est de 250w, définis par la loi; mais on met un réducteur entre les deux non ?

Un réducteur/multiplicateur c'est pour vitesse/couple (ou inversement ! ). La puissance, elle, reste constante (aux rendements près).