Projet Dix-sur-Dix - Dossier Véhicule - 2
2.1 - Le véhicule
La proposition s’articule autour d’un tricycle électrique. Il est assemblé à partir de pièces recyclées notamment le cadre de vélo. Les typologies appropriables sont décomposables et re-composables par des assemblages simples et lisibles par tous. L’usage reste libre, les matériaux sont bio-sourcés, renouvelables et issus du recyclage (figure 2.1). Le bambou est une des matières qui a été identifiée.
Figure 2.1: Vélo - métal/bambou (vert bambou, violet/bleu métal)
2.2 - Liste des pièces
La table 2.2 permet de construire le tricycle de la figure 2.1 en supposant que le cadre récupéré est fourni avec une selle et la partie transmission arrière : pédalier, chaîne et roue arrière.
Du point de vue du système d’assistance électrique, le véhicule est pourvu d’une chaîne de traction complète et autonome en énergie, conçue et produite par Actia Automotive. Ce système comporte 3 éléments principaux :
- Un contrôleur central, le cerveau du système, qui va piloter l’assistance en fonction de la sollicitation du cycliste. Il est pourvu de plusieurs capteurs (capteur de pédalage, accéléromètre, gyroscope) et d’une interface homme-machine déportée sur le poste du pilotage du véhicule. Cette interface permet au cycliste de choisir son mode d’assistance et de contrôler l’état de charge de sa batterie. La carte électronique contrôleur central est intégrée dans le socket de la batterie, fixé au cadre du véhicule (figure 2.3).
- Une batterie autonome (figure 2.4), pourvue d’une carte BMS (Battery Management System) intégrée et de cellules Li-ion à longue durée de vie (>1100 cycles). Le BMS est là pour garantir l’intégrité de la batterie dans le temps, en pilotant son courant de sortie et sa charge, et en monitorant sa température et sa charge résiduelle. Parmi les fonctions avancées de la BMS, plusieurs protections sont assurées, notamment celles contre la décharge profonde, la surchauffe et le court-circuit. Les cellules choisies assurent une pérennité et une durée de vie élevée au système, ainsi qu’une robustesse à l’usage avec un courant délivré optimal et adapté aux sollicitations. D’un poids de 3 à 5 kg en fonction de la capacité choisie, chaque batterie est fixée au cadre sur un socket dédié, qui intègre le contrôleur. Chaque batterie intègre par ailleurs un programme de valorisation et recyclage en fin de vie. La qualité élevée des cellules permet notamment d’envisager leur récupération et intégration à d’autres systèmes énergétiques.
- Deux moteurs-moyeux (figure 2.5), intégrés dans chacune des roues avant. D’un couple de 50Nm et d’un poids de moins de 3kg chacun, ils assurent une capacité de traction optimale au véhicule. Brushless, réduits et à aimants permanents, ils disposent d’une plage de rendement élevé en toutes circonstances, afin d’assister le cycliste dans son effort pour démarrer, franchir un obstacle, ou encore maintenir sa vitesse. Pilotés par le contrôleur central, ils fournissent le couple nécessaire au moment opportun, tout en consommant peu d’énergie.
2.3 - Pièces pour l'assemblage
L’assemblage du cadre et de l’extension tricycle se fait via une pièce constituée de 2 éléments qui permettent de s’adapter à des inclinaisons de barre de cadre différente.
Figure 2.6 Pièces de connexion cadre
Les liaisons entre les différents tronçons de bambou entre eux et avec le cadre sont réalisées avec 3 pièces génériques (figure 2.7).
Figure 2.7 liaisons tronçons
2.4 Descriptif du hardware et des softwares
L’architecture simplifiée du système d’assistance électrique est donnée dans la figure 2.8. Le contrôleur, intégré au socket batterie, a les caractéristiques données dans la figure 2.9.
La batterie a les caractéristiques données dans la figure 2.10.
Le moteur a les caractéristiques explicitées dans la figure 2.11.
2.5 Fournisseurs envisageables pour les composants clés
Pour ce projet, Actia reste le fournisseur privilégié pour la partie électrique principale, liée au système d’assistance du véhicule. Cependant, pour les composants secondaires et accessoires, voici quelques fournisseurs susceptibles de répondre au besoin :
- Dispositif d’éclairage : Busch-Müller / Spanninga
- Dispositif de sécurisation (antivol et tracker) : AXA, Abus
- Autres pièces vélo standard : Décathlon pro, Probikeshop Pro, Alltricks Pro
Fichier Véhicule (AAP Ideation) : dix-sur-dix-vehicule.pdf
Fichier Véhicule (AAP Proto) :
Fichier associé au guide de montage :
Lien vers un espace de stockage des fichiers 3D :
Partenaire impliqué (industriel, fablab, labo...) :
Projet Dix-sur-Dix - Dossier Energétique - 5
5.1 Calcul sur les énergies grises de fabrication, d’entretien et/ou refit, et de fin de vie
Ce calcul s’apparente à un bilan matière, il analyse :
- En commençant par les composants les plus lourds, la masse de chaque matériau constituant le véhicule (acier, aluminium, cuivre, polyuréthane, polycarbonate, caoutchouc ….) et si possible le procédé industriel de mise en œuvre (exemple aluminium extrudé ou feuille d’aluminium, acier profilé ou en plaque emboutie),
- La longueur de câble électrique utilisé,
- Les cartes électroniques : nombre et taille en unité de surface.
L’origine de l’approvisionnement de tous ces matériaux/composants (ville pour la France et l’Europe ou pays hors Europe) avec le mode de transport (routier, ferroviaire, aérien, maritime).
Pour les composants manufacturés achetés (pneu, moteur électrique, batterie, siège, etc.), des informations sur la masse, la technologie (notamment pour les machines électriques et les batteries) et l’origine de leur approvisionnement (ville pour la France et l’Europe ou pays hors Europe) avec le mode de transport (routier, ferroviaire, aérien, maritime) devront être analysés. La table 5.1 énumère les éléments.
Table 5.1 : Bilan matière du tricycle
Notes :
- Capteurs : nous avons prévu d’utiliser un ensemble de capteurs afin d’offrir des services numériques (LIDAR, un capteur de poids, un module GPS, un émetteur/récepteur BLE, un émetteur/récepteur GSM)
- Actionneurs : nous prévoyons d’utiliser des éclairages LED pour les feux avants, arrières et les clignotants
- On considère les deux roues avant motrices. Il faut donc 2 moteurs et 2 batteries pour chaque tricycle.
Total tricycle :
- acier et aluminium : environ 25 kg
- caoutchouc : 1 kg
- plastique : 1 kg
- synthétique : 100 g
- éléments électroniques : batterie, contrôleur, carte embarquée (type Arduino), capteur LIDAR, module d’émission et réception BLE, capteur poids, module GPS, module d’émission et réception GSM
5.2 Calcul sur les énergies d’utilisation et leurs paramètres
La puissance motrice de notre véhicule sera développée d’abord par le cycliste, puis complémentée par le moteur ACTIA ayant une puissance de 250W.
Le véhicule va servir pour 1 seule personne et pour du transport d’objets. Le poids total pourrait donc aller jusqu’à 250. Avec la batterie ayant une capacité de 460 Wh et pour une utilisation urbaine classique, la batterie devrait permettre de parcourir entre 30 et 50 km avec un niveau d’assistance correct. Cette autonomie est suffisante pour un particulier mais pas pour la gestion d’une flotte de tricycle. Dans ce cas, il faudrait mettre en place des stations de recharge pour charger la batterie lorsque le tricycle n’est pas en utilisation.
5.3 Calcul de type « discounted energy flow » sur la durée de vie des objets
Les composants limitants dans l’assistance électrique du vélo seront la batterie et les moteurs. D’après la documentation ACTIA, la batterie utilise des cellules Li-ion ayant une durée de vie (= au moins 80% de la capacité initiale) de 1100 cycles.
Comme dit précédemment, avec une seule charge de batterie, le tricycle pourrait parcourir entre 30 et 50 km, ce qui paraît plus que raisonnable pour une journée d’utilisation en ville pour un particulier. En supposant alors que le véhicule utilisera une charge complète de batterie par jour, celle-ci aurait une durée de vie supérieure à 3 ans. En revanche, la manutention du changement de batterie peut être faite par un particulier.
Concernant la durée de vie des moteurs, une durée de vie moyenne de 10 000 heures pour un vélo à assistance électrique semble être une valeur moyenne. Pour un particulier, si on considère une utilisation de 5h par jour et 200 jours par an, la durée de vie des moteurs serait d’environ 10 ans. Il est possible de changer les moteurs mais la manutention est assez compliquée pour un particulier. C’est donc un facteur assez limitant pour la durée de vie du tricycle.
Enfin, concernant les autres pièces du tricycle, la maintenance est similaire à celle d’un vélo classique (table 5.2) et la plupart de la manutention est accessible pour un particulier. Comparé à un vélo classique, le système de frein doit être changé plus régulièrement car le chargement est plus lourd.
En conclusion, le facteur le plus limitant pour la durée de vie du tricycle est le moteur. La plupart des autres éléments peuvent être changés par un particulier ou par des professionnels pour les éléments type vélo. Ainsi il semble réalisable d’avoir un tricycle durant au moins une dizaine d’années et un changement du moteur peut augmenter cette durée de vie de plusieurs années.
Fichier Énergétique : dix_sur_dix_energetique.pdf
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