Régulation d'assistance et rythme cardiaque

From Communauté de la Fabrique des Mobilités



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Short description: Etudier de nouvelles formes de régulation d'assistance en intégrant des constantes physiologiques comme le rythme cardiaque

Description: La régulation de l'assistance des véhicules à propulsion hybride électrique/humaine se développe progressivement avec de nouveaux véhicules, de nouvelles chaines de transmission, de nouveaux capteurs.

L'intégration du rythme cardiaque dans la boucle de régulation de l'assistance ouvre des opportunités à explorer, à qualifier. Cette page vise à rassembler les connaissances sur ce sujet, à proposer des sujets à explorer.

Sujets à explorer

  • réaliser une preuve de concept mutualisée pour étudier les opportunités

Bibliographie

  • Pédalier générateur permet de découpler complètement la production d'électricité et l'assistance de propulsion du véhicule.

Website: https://wiki.lafabriquedesmobilites.fr/wiki/Echanges du GT Logiciels et Donn%C3%A9es

Tags: rythme cardiaque

Theme: Véhicules intermédiaires, eXtrême Défi, Voiture électrique et charge, Vélo et Mobilités Actives

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Referent (person): Marc Laurençon

Challenge(s) related to this knowledge: L'extrême défi ADEME

Community of interest: Communauté de l'extrême défi

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Other informations:

Introduction:[edit | edit source]

Le tableau de bord des véhicules à assistance électrique (hybride humain électrique), s'attache uniquement aux paramètres du véhicule. Or dans l'équation, il y a à prendre en compte les paramètres physiologiques de l'humain qui pédale.

Si l'humain n'est plus en état de fournir sa part du "travail" le véhicule ne fonctionne plus.

Cela est particulièrement important pour l'adoption de ce genre de véhicules par des personnes n'ayant jamais produit d'efforts de pédalage. Ces personnes nécessitent d'être prises en charge pour apprendre à gérer les efforts produits de manière à ne pas systématiquement partir avec une fréquence cardiaque trop élevée. Cela conduirait à une mauvaise expérience de ces nouveaux moyens de transport et à terme un retour à l'ancien.

Pour les cyclistes ça parait être un gadget, car ils savent gérer leurs efforts. Sauf que, dans une situation de déplacement au quotidien, le cumul du stress, du retard, des embouteillages, peuvent faire que, par distraction, les constantes physiologiques ne soient pas toujours respectées.

De même, dans une balade le week-end d'un groupe de cyclistes, il y généralement un sous-groupe qui dicte sa cadence et dont le rythme cardiaque correspond à un entrainement correct et d'autres cyclistes qui sont en sous- ou sur-activité.

La possibilité de faire une séance de fitness sur son moyen de transport journalier est une autre possibilité envisageable, qui permet d'utiliser utilement et de façon ludique les temps de trajet. Cela peut permettre de compenser un allongement des temps de trajets. De plus, les efforts de pédalage calibrés permettent une augmentation de la capacité en endurance et en puissance spectaculaire par rapport à une évolution sans accompagnement.

L'idée de ce sujet est d'explorer les impacts d'une régulation de l'humain au même titre qu'on régule l'utilisation de la machine et de voir les moyens possibles pour découpler les efforts de l'humain (principalement de son rythme cardiaque) de l'avancement du véhicule et fournir les outils nécessaires à la gestion et l'analyse de ceux-ci.

Conception:[edit | edit source]

Conception mécanique:[edit | edit source]

Il existe différentes manières d'atteindre le but de réguler la fréquence cardiaque pendant l'utilisation d'un véhicule à assistance électrique.

La plus simple est de laisser l'utilisateur s'en charger en utilisant un outil de fitness comme un Garmin par exemple et permettre à l'utilisateur de doser son effort grâce à l'accélérateur. Ceci est possible en zone rurale sur un parcours ne comprenant pas d'arrêts et avec des pentes constantes (généralement uniquement en montée ou sur le plat).

Dans le cadre d'un parcours quelconque, par exemple en ville, il va falloir soutenir le rythme cardiaque, en permettant à l'utilisateur de continuer à pédaler lors des arrêts. Idem pour les descentes. Pour cela il faut un moteur / générateur lié à l'action de pédalage qui permette de pédaler sans avancer. Il est possible de le faire de manière naturelle sur un système drive-by-wire (où on pédale dans un alternateur indépendamment du déplacement du véhicule).

On peut imaginer une solution à base d'un moteur pédalier ou d'un moteur/alternateur pris sur la chaine (à condition de pouvoir doser le freinage) en pédalant à l'envers de manière à profiter de la roue libre pour ne pas que le véhicule bouge. Ainsi en mode marche avant l'utilisateur continuerait à doser son accélération de manière à gérer lui même sa fréquence cardiaque.

Une autre dispositif permettant de réaliser cette fonction, en optimisant les rendements, est d'avoir une chaine reliant à la fois un moteur / alternateur, le pédalier et la roue arrière motorisée. De cette manière à ce que, à l'arrêt, on produise du courant en pédalant en marche arrière, au démarrage l'humain et les deux moteurs combinent leurs efforts pour faire avancer le véhicule et en régime de croisière (les pédales ne tournant pas assez vite pour entrainer le moteur arrière) l'utilisateur génère du courant en fonction de ces capacités et le moteur roue fait avancer le véhicule.

Il est possible d'imaginer des conceptions plus poussées sur l'exemple de la prius, qui combine l'action d'un moteur tournant à régime constant et de deux moteurs électriques (un lié aux roues et l'autre lié au moteur) dans un train épicycloidal pour avoir le même type de fonctionnalité. Dans le cadre d'un véhicule hybride humain électrique le moteur serait remplacé par le pédalage.

Conception électronique:[edit | edit source]

Pour pouvoir mettre en œuvre cette fonctionnalité, il faut un capteur de fréquence cardiaque, une possibilité de réguler la résistance de l'alternateur en fonction de cette dernière et un dispositif d'affichage et de configuration du système.

Il existe des capteurs qui permettent de mesurer la fréquence cardiaque par simple contact, ce qui permettrait probablement d'insérer le capteur sous la guidoline de manière à pouvoir poser le pouce ou l'index dessus.

Il faut réguler un alternateur, un moteur pédalier ou un moteur sur la chaine pour permettre de maintenir la fréquence cardiaque lorsque l'utilisateur pédale en fonction des choix mécaniques, des circonstances et du type d'efforts souhaités par l'utilisateur. La conduite du véhicule se ferait avec un accélérateur de pouce par exemple et la régulation de la fréquence cardiaque n'interférant pas sur celle-ci.

L'idée est d'avoir deux moteurs, un moteur BLDC de faible puissance (correspondant à la puissance que l'humain est capable de fournir) qui pourrait servir soit en freinage pour permettre de garder la fréquence cardiaque à un certain niveau, soit en complément d'un moteur plus puissant qui est lié au déplacement du véhicule.

Pour la régulation de l'ensemble, si on imagine avoir le moteur lié au pédalage en 24v (200W) avec une petite batterie intermédiaire et une batterie en 72V par exemple pour alimenter la propulsion. Le contrôleur du petit moteur serait piloté par un microcontrôleur qui prendrait en entrée la fréquence cardiaque de la personne, le signal du PAS et la vitesse du véhicule pour réguler la production de électricité en fonction de la fréquence cardiaque. Un système de type MPPT ou boost cccv permettrait de délester soit la production de courant du petit moteur, soit le surplus de la batterie 24V dans la batterie de voltage plus important . Le déplacement du véhicule, lui serait géré par un accélérateur de pouce par le moteur de plus forte puissance, un contrôleur indépendant, qui prendrait en entrée le signal du PAS et la position de l'accélérateur comme un véhicule hybride humain électrique classique.