Notre vision de l’évolution du vélo électrique

Il y a quelques années, nous avons commencé à utiliser le vélo électrique comme mode de transport principal. Si nous avons été plus que convaincu par la solution de mobilité et de loisir, nous restions sur notre faim à propos des contrôleurs et services proposés par la filière.

C’est à notre avis sur ces aspects qu’il existe la plus grande marge de progression dans les années à venir. Nous avons donc initié un grand chantier pour monter en compétence sur ces sujets et développer notre propre solution orientée utilisateur (basée sur l’expérience de notre usage et une grande liberté sur la conception).

Dans la vidéo ci-dessus, découvrez les grandes lignes du contrôleur eBikeMaps. Le contrôleur est l’organe électronique entre la batterie et le moteur, c’est ce qui pilote la puissance en temps réel. Découvrez dans la suite de cet article notre vision et les développements en cours.

Pour résumer, nous pensons qu’il est possible de mieux faire en terme de gestion de l’autonomie, de stratégie d’assistance, de sécurité, de performance, de durabilité et de partage d’expérience. La suite de cet article détaille les 5 points en particulier sur lesquels nous travaillons actuellement

1/ La garantie d’arrivée à destination

Le premier besoin à combler que nous avons expérimenté est la possibilité d’effectuer un trajet sans panne de batterie.

Les alentours de Grenoble étant très accidentés, il est impossible de se baser sur une indication d’autonomie en kilomètre. Nous avons donc à plusieurs reprises expérimenté des pannes à caractère aléatoire. Pour pallier ce problème, nous avons commencé à développer un premier calculateur d’itinéraire : Mont Velo Electrique. Puis un second un peu plus pratique Electric Bike Range. Il s’agit en quelques sortes des ancêtres d’eBikeMaps 🙂

Ces outils de prédiction de consommation sont précis et très pratiques en préparation d’un trajet dans des zones accidentées. Ils ne peuvent malheureusement pas prendre en compte les aléas d’un trajet (mauvais rendement batterie à cause du froid, détour, vent de face, petite forme du cycliste, chargement lourd…).

Nous avons pensé qu’il serait pratique, lors d’un trajet, de pouvoir à tout moment avoir accès à une app pour nous garantir une arrivée à destination sans panne de batterie. C’est-à-dire que l’app effectue tous les calculs nécessaires pour que l’assistance s’adapte automatiquement à la destination et évite donc la panne.

C’est pourquoi nous développons l’app eBikeMaps, connectée au contrôleur. En communiquant les données au contrôleur, celui-ci est alors capable de gérer au mieux l’énergie restante de la batterie, pour être certain d’arriver à destination sans tomber en panne. Certaines marques ont développé des outils similaires (ordinateur de bord Bosch Nyon, app Specialized Mission Control…) mais à des prix prohibitifs. Notre vision est de développer un service gratuit et accessible à tous.

montage_screenshot_small

Captures d’écran de l’application eBikeMaps en développement

2/ Un mode d’assistance personnalisé

Un deuxième point qu’il nous semblait important d’améliorer est la stratégie d’assistance.

Nous avons expérimenté les accélérateurs manuels (qui sont inconfortables sur un long trajet ou dangereux si équipés d’une option pour maintenir la commande: “cruise control”) ainsi que les systèmes essayant de reproduire un comportement cycle à l’aide d’un capteur de couple. Nous avons constaté qu’il devenait contre-intuitif d’utiliser les rapports de vitesse mécanique avec ces systèmes d’assistance. Et sans changer de vitesse, le cycliste tombe dans des rendements biomécaniques très faibles.

Le vélo électrique est un véhicule à part entière et ne doit pas forcément chercher à reproduire les sensations du vélo. C’est pourquoi nous avons voulu tout remettre à plat avec un cahier des charges simple : une assistance automatique qui s’adapte à la pente, au vent et à l’utilisateur sans intervention manuelle. Cela nous semble être la condition sinequanone pour que l’utilisateur reste concentré sur les changements de vitesse mécanique étant donné qu’il s’agit de son seul levier d’action.

Nous pensons avoir synthétisé une loi de commande permettant tout cela. Elle nécessite un court apprentissage et elle permet après une période de rodage d’avancer à la vitesse souhaitée, avec la fréquence de pédalage souhaitée et le niveau d’effort souhaité sans avoir à jongler entre des modes d’assistance selon les conditions extérieurs et sa forme, voir l’état de charge de la batterie.

montage_screenshot_assistance

Captures d’écran de la personnalisation de l’assistance dans l’application eBikeMaps

Ce mode d’assistance unique est configurable via 5 paramètres de l’app eBikeMaps : une fréquence de pédalage cible, une vitesse d’assistance maximum, une accélération maximum, une puissance électrique maximum et une limite de vitesse en descente (pour les moteurs permettant la régénération d’énergie).

Cette liberté de configuration permet de multiplier les usages et usagers d’un même vélo électrique.

3/ La performance énergétique: un rendement optimal

Un troisième point évident est que les batteries sont lourdes et coûteuses.

Chaque pourcentage de rendement gagné peut avoir un impact prépondérant sur le vélo électrique. Nous avons donc voulu inclure les meilleures technologies de contrôle moteur dans le contrôleur eBikeMaps pour optimiser l’efficacité du système de motorisation.

D’une part, la génération d’un courant sinusoïdale avec la phase optimale permet de gagner typiquement 5% de rendement ainsi qu’en couple moteur. Cette méthode de contrôle s’appelle “contrôle à flux orienté” ou “commande vectorielle”. L’impact le plus fort est dans les montées où le couple supplémentaire permet d’aller plus vite et donc d’améliorer le rendement, en plus des 10% de pertes cuivre économisées via le maintien d’un angle de 90° entre le flux statorique et le flux rotorique.

D’autre part, un moteur est plus efficace lorsqu’il est proche de sa vitesse maximum si bien qu’il est parfois moins énergivore d’augmenter la puissance (permettant d’aller plus vite). C’est-à-dire qu’augmenter l’assistance permet de diminuer la consommation. Cela serait bête de s’en priver !

Il faudra par contre surveiller la température du moteur pour éviter de dépasser la température maximum du vernis isolant du bobinage pour en éviter la détérioration, ou l’affaiblissement de sa durée de vie. Il faudra également veiller à ne pas utiliser la puissance maximum pour générer des accélérations peu confortables, énergivores et difficiles à appréhender par les autres usagers des voiries.

C’est pourquoi le contrôleur eBikeMaps est capable de limiter l’accélération et la température maximum.

motor_thermal_camera

Le contrôleur eBikeMaps exploite l’inertie thermique des moteurs électriques pour en améliorer le rendement.

4/ Maximiser la sécurité d’usage

Un quatrième point important quand il s’agit de prendre le vélo électrique tous les jours, même l’hiver sur des routes de montagne et par tous les temps (pluie, neige, verglas) est la sécurité et le confort thermique.

C’est pour cela que nous avons intégré un limitateur de vitesse en descente pour les moteurs à entraînement direct. Il suffit de choisir la vitesse maximum et le contrôleur nous garantit de ne pas dépasser cette vitesse en ajustant la puissance du frein régénératif.  Ce limitateur a également un autre effet positif sur le confort de descente car il permet de pédaler en descente. Cela parait étonnant mais quand on commence la journée par plusieurs kilomètres de descente, il est indispensable de pouvoir pédaler même en descente, ainsi que limiter la vitesse pour limiter le vent relatif, tout cela afin de rester bien au chaud !

Le cycliste pédale alors contre le moteur tout en rechargeant la batterie.

L’équipe eBikeMaps en sortie véloski. Les routes de montagne en hiver représentent pour nous la difficulté maximum en terme de sécurité et de gestion du froid. Nous nous sommes basés sur cette expérience pour concevoir le contrôleur eBikeMaps.

5/ L’entretien

Un cinquième point est qu’un vélo fortement utilisé, qui tombe, qui est transporté… finit par avoir des pannes.

Pourtant, dans bien des cas, les pannes peuvent être évitées par un diagnostique interne du problème et l’adoption d’un comportement dégradé pour continuer à fonctionner. De plus, la réparation d’une panne n’est pas un problème complexe si tout a été pensé en amont pour pouvoir l’identifier précisément sans intervention humaine et la signaler. Plus besoin alors de démonter complètement le système pour comprendre quel est le composant défectueux et le remplacer.

Dans le domaine du diagnostique automatique, il y a énormément de possibilités : caractérisation automatique du moteur, caractérisation automatique de la batterie, détection des erreurs des capteurs. Pour maximiser la durabilité du contrôleur eBikeMaps, nous avons pris le parti d’un fonctionnement autonome (sans communication avec les autres organes). C’est à dire que le contrôleur fonctionne avec toute batterie et tout moteur. Nous travaillons également au développement d’un certain nombre de technologies pour éliminer le maximum de capteurs en les remplaçant par des modèles mathématiques.

Bref, vous le comprenez, la conception du contrôleur eBikeMaps est issue d’une longue réflexion et de plusieurs dizaines de milliers de kilomètre à vélo électrique. Nous avons déjà validé une partie des développements mais la route est encore longue (finalisation R&D, industrialisation…). Nous reviendrons avec un prochain article décrivant plus en détail notre processus de développement et comment avancer plus vite ensemble.

6 réflexions au sujet de « Notre vision de l’évolution du vélo électrique »

    • Merci !
      On a déjà pas mal avancé sur tout ça, même s’il reste beaucoup à faire.
      Ce qui est sûr c’est que nous aurons besoin du soutien de tout le monde et surtout de vous, les utilisateurs (ou utilisateur en devenir) de vélo électrique, pour réussir ce beau projet.

  1. Bonjour ,

    Je suis en phase d’essai sur des vélos électriques… avant de choisir celui qui me conviendra le mieux. Je me suis effectivement rendue compte que le gros souci était d’avoir une information fiable sur l’autonomie restante du vélo. Sachant que j’ai des genoux en mauvais état, et donc que je ne dois pas forcer si je veux conserver une mobilité convenable (par contre, je ne saurais dire quelle force je développe.…), pensez vous intégrer un paramètre “genoux faiblards” pour les calculs de votre application ? Les contrôleurs que j’ai pu voir ne prennent en compte ni les dénivelés, ni ce genre de paramètres, et sont de plus un peu aléatoires en ce qui concerne le suivi de charge de la batterie réelle. J’ai testé votre appli sur internet, qui semble donner des résultats corrects… ce qui est déjà un bon début ! J’utilise par ailleurs “cycloid” pour tracer mes parcours en réel. J’attends avec impatience vos prochains développements, et surtout les solutions de “liaison” batterie-smartphone (ce qui relève de la science fiction pour moi…).
    En guise de contribution à votre projet, je peux vous proposer une relecture (bien que je n’aie pas relevé d’énormes “fôtes” !!!!!

    • Concernant l’application vous pouvez déjà préciser que vous pédalerez faiblement lorsque vous planifier un trajet sur eBikeMaps (vos niveaux de pédalages, faible, endurant et sportif sont d’ailleurs personnalisables).
      Cela permet de prendre en compte la puissance qu’amènera le cycliste lors du trajet et c’est indispensable pour avoir des résultats les plus juste possible.

      Notre contrôleur prend aussi en compte ce paramètre d’une manière très simple: étant basé sur la fréquence de pédalage, vous pouvez tout à fait pédaler à votre rythme tout en choisissant la force d’appui sur les pédales (la vitesse à laquelle on mouline est indépendante de la force avec laquelle on appuie sur les pédales).
      Par exemple je pédale toujours à environ 75 tour par minute, mais selon si je veux rendre mon trajet plus ou moins sportif, je choisis quel effort je fais en appuyant plus ou moins fort. C’est “à la carte” 😉

      Sinon c’est avec plaisir pour la relecture ! Merci à vous.

  2. Si j’ai bien compris, pour un trajet donné, on peut connaître la consommation de la batterie en fonction des paramètres que l’on renseigne. Est-ce qu’il sera possible de savoir combien de kilomètres on peut faire selon ces mêmes paramètres, en fonction de la batterie restante ?
    Sinon, très beau projet qui ravira les usagers j’en suis certain !

    • Effectivement, le calculateur d’itinéraire permet de prévoir la consommation de batterie en prenant en compte le cycliste, le vélo utilisé (et donc les paramètres du moteur et de la batterie) et bien sûr l’itinéraire (distance et dénivelé), ce qui permet d’avoir une assez bonne précision.

      Sachant que la consommation de batterie va vraiment dépendre de chaque itinéraire (à cause du dénivelé), nous ne pensons pas qu’il faille donner une fois pour toute le nombre de kilomètre qu’il est possible de faire.
      En revanche, à l’usage, vous vous rendrez de plus en plus facilement compte de l’ordre de grandeur du nombre de kilomètres que vous pourrez faire en fonction de la typologie de votre trajet (plaine, montagne, etc).

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *