Le projet est de réaliser le prototype d’une remorque électro-solaire à régénération qui permettra de ‘pousser’ un cycle ou véhicule intermédiaire, motorisé ou non, tout en assurant le rangement des bagages. La communication entre le vélo (pédalage, action pilote) et la remorque se fera sans fil. Ce dispositif utilisé pour cette remorque et développé lors de ce projet pourra être ré-utilisé sans la remorque pour d’autres projets d’électrification de vélos ou de véhicules intermédiaires en simplifiant considérablement l’installation (réduction importante du nombre de câbles et pas montage ad hoc compliqué de capteur de pédalage), tout en garantissant la compatibilité avec les normes EU et NF VAE.
Le Véhicule
L’E-Kern est constitué des éléments principaux suivants:
- Une remorque mono-roue composée d’une coque fermée en PEHD et d’un timon pour attacher au véhicule poussé
- D’un moteur dans la roue arrière de la remorque
- D’un contrôleur Bluetooth et d’une batterie fixée dans la coque de la remorque
- D’un panneau solaire orientable au-dessus de la coque de la remorque
- D’une puce Bluetooth avec gyroscope positionné sur la pédale du cycle poussé
- D’un display Bluetooth (soit indépendant, soit par l’intermédiaire d’une application smartphone sur Android ou IOS)
L’E-Kern, hors partie électrique, a fait l’objet d’une demande de brevet à L’INPI sous le numéro 23 02661. L’innovation touchée par le brevet est la possibilité de produire de manière industrielle, par rotomoulage (notre but immédiat) ou thermoformage, une remorque de vélo fermée, étanche et verrouillable et suffisamment solide pour supporter des charges lourdes (plus de 30 kgs de bagages) sans déformation excessive de la remorque. Ceci est rendu possible grâce au procédé de fabrication (rotomoulage ou thermoformage) et à l’arrête centrale faisant partie intégrante de la remorque qui permet à la fois de fixer les interfaces (roues, béquille, timon, panneau solaire, etc…) et de rigidifier l’ensemble.
Une conception de la coque optimisée pour assurer solidité et légèreté
Le coffre de 120 litres de l’E-Kern est autoportant grâce à sa ‘colonne vertébrale’ longitudinale, qui permet de rigidifier la coque et fixer toutes les interfaces (roues, timon, barre de toit, etc…). Des nervures complémentaires sur les faces supérieure et inférieure et les trous oblongs de la colonne permettent également de renforcer la remorque. Ces innovations permettent une ‘peau’ d’habillage relativement fine et ainsi limiter le poids : celui-ci est de 6kg environ pour la coque sans les équipements. La structure autoportante associée à une roue de 20’’ amortit également bien les chocs en roulant et un amortisseur arrière n’est donc pas nécessaire.
La matière du coffre est en PEHD et résiste bien aux UV et aux températures extrêmes. La coque est légèrement granulée par microbillage pour limiter la vue de griffures éventuelles en cours d’utilisation. Ces dernières peuvent également être gommées si elles sont superficielles par un chauffage léger à l’endroit endommagé.
Plusieurs options d'accroche au vélo (innovation par rapport au marché)
Une attache de la remorque à l’axe de roue arrière du vélo n’est pas toujours possible (par exemple lorsque l’axe est trop large). A l’inverse, certaines configurations ne sont pas compatibles avec une fixation à la tige de selle (trikes, bagages posés sur porte-bagages, etc…). Il est alors possible avec l’E-Kern d’opter pour l’une ou l’autre des fixations et interchanger les timons en fonction des besoins (démontage / remontage en moins de 10 minutes). Les deux timons sont en acier 25CD4S pour résister à de fortes contraintes.
Une compatibilité à la plupart des tailles de roues de vélos
Grâce à la configuration asymétrique et réversible du timon (Fig3), qui constitue également une innovation par rapport au marché et à des ajustements de hauteur possibles au niveau de la coque (Fig2), la remorque peut être attachée au vélo pour une majorité de tailles de roues (du 20″ au 29″) avec une garde au sol parallèle à la route. Ces réglages possibles assurent aussi la bonne tenue de la béquille double de la remorque pour supporter remorque et vélo.
Une solution d'accroche pour la majorité des axes de roues vélos
Si le cycliste choisit une accroche de la remorque par l’axe de roue arrière du vélo, il peut remplacer son axe traversant standard à attache rapide par le système de fixation de l’E- KERN, à visser sur l’axe avec une clé plate de 15. L’axe Kern peut ensuite être laisser de manière permanente sur le vélo, avec ou sans la remorque.
Le système permet également l’utilisation d’axes de roues non-standards (vélo haut de gamme, moteurs-roues, moyeux vitesses, etc…):
Pour un axe traversant à diamètre 12mm plus large que les axes standards, un kit axe spécifique est proposé. Des rondelles d’ajustements sont fournies pour s’adapter à la majorité des longueurs d’axes. 3 types de filetage sont à choisir (1mm, 1,5mm et 1,75mm). La Kern est également compatible avec les axes fixes, notamment pour les moteurs-roue et moyeux à vitesses.
Des attaches évolutives de la roue arrière pour pneu FAT, frein à disque, moteur-roue et autres accessoires...
Les attaches de la roue arrière accueille une roue de 20″, plus grande que la majorité des remorques du marché. L’avantage est d’une part une meilleure tenue sur route accidentée et d’autre part la possibilité de trouver facilement des pneus techniques adaptés aux conditions difficiles. La remorque est également compatible avec une roue FAT de largeur 4″, un frein à disque (fixation disque présente sur les roues à bâtons et à rayons) ou un moteur-roue (notamment pour l’E-Kern). Des trous supplémentaires sont également prévus pour l’accroche d’équipements divers: fanion de signalisation, garde-boue, éclairage.
Une autonomie grâce au solaire
La particularité de l’E-Kern est qu’elle est conçue pour accueillir un panneau solaire inclinable à +/- 45° et permettre ainsi de recharger son vélo électrique ou autres équipements (PC, drone, appareils photo) lors des voyages. Quelques photos ci-après montrent le montage du panneau sur la remorque. Cela permet à l’utilisateur d’être autonome en énergie sur de grandes distances.
La structure, supportant un panneau solaire, est constitué de profilés aluminium 20x20 et 20x40 pour la partie centrale. Deux accroches pivotantes sont présentes sur la coque de la remorque, plus un 3ème point de fixation, également à pivotement, a été rajouté à l’arrière pour éviter un porte-à-faux trop important.
Pour le projet de l’Extrême Défi, nous avons également développé en parallèle du modèle présenté ci-dessus, sur des panneaux spécifiques, totalement adapté à un usage cycle. Ces panneaux, nommés E-Carbon, sont toujours en test au moment du rapport.
Les panneaux développés sont composés de cellules solaires à haut rendement, posées sur une couche de carbone et encapsulées dans une couche EFTE, offrant des performances techniques exceptionnelles, garantissant une durabilité estimée à de plus de 20 ans dans des conditions de cyclisme extrêmes. Deux modèles sont étudiés lors du projet (une puissance crête de 115 W et de 160W). Les principales caractéristiques sont :
- Panneau autoportant (grâce à la structure carbone et à un renfort longitudinal en profilé aluminium)
- Anti-rayures et anti-fissuration
- Résistant aux solvants, acides et bases
- Anti-vibrations
- Léger : moins de 3 kg pour une puissance de 115 Wc et 4,1 kg pour une puissance crête de 160 W
- Boîte de dérivation sur le dessous pour faciliter le montage de cablage sur la remorque
- Rendement maximal des cellules SunPower Maxeon de 24,4 %, associé à une configuration optimisée pour une puissance de 200 Wc/m²
- Dispositif de connexion sous le panneau
- Inclinable à +/- 45 ° avec système de fixation rapide
- Câbles et protection du chargeur solaire dissimulés
Plusieurs tests de collage entre le panneau et le profilé sont étudiés. La méthode finalement retenu est le collage avec un ruban collant double face (type VHB).
Un Moteur à régénération
Le moteur, un Grintech Front All-Axle Hub, est positionné sur la roue arrière de 20’’. Les pattes de fixation en aluminium sont renforcées pour supporter les tensions générées par le moteur
La partie module sans-fil
Les différents éléments pour le prototype:
1. Le contrôleur : Standard CA, UART BAFANG ou autre
2. Le moteur : type Direct Drive (Grin motor)
3. La batterie : tension 48V avec connexion possible au panneau solaire
4. Le module distant bluetooth relié au contrôle
5. Une application sur smartphone (ou plus tard un display avec contrôle de commande). Les fonctions de base de l’application et/ou du display sont :
a. Un bouton on/off pour actionner/arrêter le moteur.
b. La sélection du niveau d’assistance (yc walk assist)
c. Un affichage type : vitesse / km trajet/total / % Bat / Niveau assistance
6. Un capteur de pédalage attaché à la manivelle de pédalier pour capter le pédalage par l’intermédiaire d’un gyroscope. Celui-ci actionne le moteur en fonction du pédalage avant et la régénération Moteur par rétro pédalage.
Vehicle File: Fichier Véhicule (AAP Proto) : Dossier véhicule .pdf Fichier Véhicule (AAP Indus) : Fichier associé au guide de montage : Lien vers un espace de stockage des fichiers 3D : Partenaire impliqué (industriel, fablab, labo...) : Lien vers un espace de stockage de la vidéo du véhicule : youtu.be/XMgBgYxWqJQ
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