Remorque : Système d’asservissement à la traction et à la poussée avec freinage hydraulique


J’ ai renoncé à motoriser une remorque du commerce, trop fragile, d’ailleurs ils déconseillent même de l’accrocher derrière un VAE..

En regardant le manuel, et les plans de montage, j’ai pris peur, c’est du bricolage et encore du mauvais bricolage ( photos à l’appui bientôt)

La seule chose récupérable est la cabanne en toile

Ca permettra de faire une remorque plus solide , avec attache sur le tube de selle, bien plus sûre qu’un bitonio fixé à l’axe de la roue.

Mon objectif est d’avoir une remorque suiveuse, autonome, qui régule son couple moteur ou de freinage pour suivre le vélo sans rien peser..

Pour réaliser cet asservissement :

Il s’agit de pouvoir mesurer la force de traction sur l’attelage, en montée, avec l’objectif de la réduire à zéro avec l’assistance, pour que le vélo ne sente pas le poids de la remorque en cote.

Il s’agit aussi de mesurer la poussée de la remorque en descente, dans le timon, avec l’objectif de la réduire en freinant le vélo électriquement.

Mais le freinage électrique n’est pas fiable à 100 % :

Un fusible peut lâcher, le pont triphasé aussi, la batterie peut se couper en dessous d’une certaine charge, une connection peut lâcher, et il peut y avoir un bug dans les processeur => plus de freins.

Alors par sécurité, puisque les roues motorisées peuvent être équipées de disques de freinage 160 mm, il faut un système coulissant qui viendra pousser sur un ou deux maitres cylindres de frein à disque hydraulique, si le système de régulation de freinage électrique n’a pas fait son travail..

Pour mesurer ces forces j’avais pensé mettre des jauges de contraintes sur le timon, pour mesurer la traction, mais elles auraient été sensibles à la flèche, et au poids, surtout dans les secousses.

Ensuite pour les efforts faibles, la sensibilité n’aurait pas été terrible : il faut les monter sur un petit système en S, qui se déforme davantage , en créant une flexion à partir d’une compression.

Ces capteurs existent tout faits, ils sont précis, étalonnés, mais coûtent 200 € pièce.

J’ai tout d’abord trouvé des capteurs Flexiforce piezo resistifs ( plage de mesure 400 N , mais ils encaissent 1500 N )

flexiforce

http://www.sparkfun.com/products/8685

Caractéristiques et conseils de montage.

http://www.tekscan.com/pdf/FlexiForce-Sensors-Manual.pdf

Ils seraient placés entre des silentblocs ( voir le montage détaillé ). Puisque qu’il mesurent une force de pression , il y en aura deux jeux indépendants. Deux jeux , car ils seront doublés.

Ces silent blocs , dont il faudra choisir la dureté en daN/mm, et la compression ( en mm) amortiront également un peu les à coups du moteur ou du freinage.

Ils permettent d’avoir un déplacement limité , dans un sens ou dans l’autre, selon que la remorque tire en arrière ou pousse le vélo : déplacement du timon par rapport à la remorque.

Les capteurs flexiforce pris en sandwich, indiqueront la force transmise par les silent blocs.

Plus robuste et 45 kg prix compatible Force Sensor – FC22 Series

FC22

http://www.meas-spec.com/downloads/FC22.pdf

Dispo chez Digikey à 64 €

http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=MSP6951-ND

Site du fabricant:

http://www.meas-spec.com/product/t_product.aspx?id=2438

Freins :

j’ai choisi des : HAYES Frein Avant STROKER TRAIL Blanc 2009

http://www.probikeshop.fr/hayes-frein-avant-stroker-trail-blanc-2009/18193.html

En plus, pas trop chers, il y a une belle doc, mais surtout le système de fixation permet de les visser sur une embase plate.

Ce système de freinage agira en secours, si la régul de freinage en descente ne fonctionne pas, ou ne suffit plus, mais aussi au plat sur freinage trop brutal.

Ce système doit coulisser parfaitement, malgré la charge, aussi j’ai cherché du coté des « guidages linéaires » pour l’industrie, ça reviendra moins cher que de faire usiner des pièces spécialement : DryLin® R de chez Igus.

http://www.igus.eu/wpck/default.aspx?pagenr=2405

Le débattement de ce sytème coulissant sera très court, mais pour encaisser les efforts transversaux , il faut écarter les paliers ( cf leur simulateur )

La première version que j’ai dessinée n’avait pas le freinage hydraulique, j’ai écarté un peu plus les rails pour y loger les maîtres cylindres.

Ce système de timon coulissant comprend :

– une platine solidaire du timon ( tube alu diamètre 50 mm ) fixé en dessous :

platine_bas

et au dessus de 4 paliers coulissants, plus une butée équipée de deux silentblocs

platine_top

les deux axes coulissants solidaires de la remorque

Chassis_bas

Ensemble monté :

Ensemble

La platine est équipée de butées, une pour attaquer les silentblocs qui agiront sur les capteurs de force sens poussée ou sens traction.

capteurs_force

En cote lorsque le vélo tirera la remorque ( ~65 kg ) dans une cote à 12 %, la force de traction sans couple moteur sur la remorque sera de ~ 80 N , que verra le capteur traction.

L’asservissement des moteurs ( régulateur PI de force de traction ) visera à la réduire proche de zéro.

Pour le démarrage il faut ajouter le couple pour l’accélération et c’est donc la force qui correspondra au couple moteur maxi des deux moteurs , que verra le capteur.

F = C /r = 70 Nm / 0,25 m = 280 N ( 30 kg ) ( prévoir capteur en conséquence ).

Mais aussi prévoir le silent bloc. il sera comprimé, mais transmettra intégralement la force au capteur de traction.

Puis le couple tombe avec la vitesse, et s’équilibrera vers un peu plus de 80 N, force nécessaire pour équilibre le poids de la remoque et les forces de roulement.

L’effort sur le capteur et le timon sera nul, c’est les moteurs qui fourniront les 80 N.

soit un couple par moteur de :

C = 40 x 0,25 = 10 Nm ( ce qui correspond à une vitesse théorique de 22km/h, mais le vélo ira moins vite et la régulation de traction réduira le couple sur les moteurs plus tôt en fonction de la vitesse du vélo. La consigne de couple arrètera de grimper dès que le capteur de traction sera soulagé.

Même principe pour la descente.

La remorque poussant de tout son poids, la force serait de 80 Nm.

Sur un freinage brusque du vélo, elle sera supérieure..

Toutefois il y aura une limitation de vitesse en fonction de la pente pour éviter d’absorber trop d’énergie cinétique au freinage..

Il se peut que la remorque retienne le vélo, exerçant alors une force sur le capteur de traction, mais l’assistance en traction sera désactivée dans les pentes « descente » avec l’inclinomètre..

Par contre si le freinage électique ne fonctionne pas, la butée va exercer toute la force en poussée. cad 80 Nm, plus inertie..

Force qui s’exercera sur les deux maitres cylindres. plus ça pousse , plus ça freine, et inversement.

Mais les maîtres cylindres nécessitent au début un déplacement des pistons pour plaquer les patins. ensuite c’est la pression qui règle le freinage.

Un système auto régulé, selon la capacité des freins à disque..

Un système qui nécessite une certaine course , au début. ( il faudrait avoir le système monté pour l’évaluer ) Course qui varie avec l’usure des patins .

A l’arret en descente, la remorque poussera de tout son poids sur les pistons des freins à disque, car il n’y a pas de freinage électrique à 0 km/h, les moteurs ne produisant aucune tension. .

C’est en lachant les freins du vélo que la poussée vue par le capteur et les pistons, se réduira.

Si en poussée la butée agit à la fois en // sur les maitres cylindres et les capteurs, la force vue par le capteur sera plus faible..

Ca complique un peu l’étude du système en poussée par la remorque.

En pédalant assez vite, on peut annuler la poussée de la remorque sur le timon et descendre à 80 km/h sans que les freins à disque fonctionnent, idem pour les freins électriques..

Il y aura donc une limitation de vitesse par freinage électrique de la remorque , qui retiendra le vélo

( Limitation entre 5 et 8 km/h, c’est peu, mais en pente raide il ne faut pas prendre de vitesse avec une remorque, vitesse au plat maxi recommandée 15 km/h )

Dans ce cas ni les maitres cylindres, ni le capteur de poussée seront sollicités, puisque la remorque sera freinée électriquement par le capteur de vitesse ; sauf en cas de freinage brutal pour s’arréter ( problème des remorques sans frein ).

si la régul du freinage électrique est lente : les freins hydrauliques vont agir en premier.. et réduire la poussée sur le timon, donc le capteur de poussée n’agira pas sur la régul de freinage électrique .

Si le silent bloc qui agit sur le capteur de poussée est trop dur, le capteur va agir en premier, la compression du silent bloc réduira la course pour la même force de poussée avant d’attaquer les pistons des freins, et réduira aussi la poussée sur les pistons, puisqu ‘il encaissera une partie de la force de poussée. ..

Il semble préférable de monter les deux systèmes en série, ils seront toujours soumis l’un et l’autre intégralement à la poussée de la remorque.

Les courses vont s’ajouter ( celle des pistons et celle du silent bloc qui ne servira qu ‘à aborber le choc sur le capteur en cas de freinage violent sur le vélo ).

Le freinage électrique augmentera ( régulateur PI ) tant que le capteur de poussée verra une force de poussée non nulle et soulagera au fur et à mesure les freins hydrauliques pendant une longue descente. C’est le but de ce freinage électrique.

S’il tombe en panne, il ne soulagera rien du tout et les freins hydrauliques prendront le relais.
Voilà le montage en série.

Une plaque intermédiaire montée avec deux douilles coulissantes, poussée par la butée qui agit sur les capteurs, viendra pousser les pistons des deux maitres cylindres, via deux silentblocs et deux poussoirs. ( prévoir un réglage pour équilibrer les pressions de freinage sur les deux roues )

Le système de capteurs de force de traction et de poussée, avec sa butée centrale solidaire de la platine et du timon ( non représentés) .

Systeme_complet

Bientôt une animation du sytème en mouvement et avec des couleurs.

Pour l’instant c’est plus définir le principe, évaluer l’encombrement, qu ‘un plan de réalisation définitif.

http://www.witub.com/topic/index.html

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7 commentaires pour Remorque : Système d’asservissement à la traction et à la poussée avec freinage hydraulique

  1. ceramix dit :

    Salut,
    as-tu vérifié la compatibilité entre freins à disque Hayes et moteur NC ?
    il y a peu d’étriers hydro suffisamment étroits pour passer entre le disque et le moteur.

    A+

  2. jacqueline73 dit :

    Hello Ceramix.

    Merci pour ta remarque.

    Je n’ai pas ( encore ) les dimensions, de l’étrier Hayes.

    Au cas où il ne passerait pas, si j’en trouve un plus étroit, d’une autre marque , est ce que je peux l’utiliser avec les maitres cylindres Hayes qui vont bien pour la fixation sur la plaque ???

    sinon il faut installer un faux bout de guidon, solidaire de la plaque AR.

  3. jacqueline73 dit :

    Bon j’ai reçu les fichiers CAO de Hayes ( maitre cylindre et étrier ).

    Super sympas ces gens.

    Comme prévu , pb d’importation des fichiers IGS, dans les logiciels libres de CAO.

    Chaque appli a son format de travail, et il existe des formats d’échange normalisés.

    Mais l’idéal est d’avoir la conversion d’appli à appli , même lorsqu ‘elles utilisent le même format d’échange..

    FreeCAD lit bien les .igs, mais convertit mal en STL, pour Blender.

    Blender est un modeleur 3D pour l’animation , les jeux vidéos avec un super rendu, mais il ne gère pas le coté dimensionnel tolérances , etc..

    jCAE, lit bien le IGS , et peut les reconvertir en STEP ( format de l’usinage, mais pas seulement ) mais il lui manque encore trois bricoles à installer, pour ajouter des fonctions dans le menu.

    Mais je vous dis pas comment ça met mon vieux PC au taquet. ( mémoire RAM, mémoire d’échange et processeur).

    Un super site sur la CAO, la CFAO et la CNC..

    http://5axes.free.fr

    Je les connais depuis qq années et il y a des bricoleurs passionnés ( dont la c’est un peu le métier ) qui font de supers trucs en CNC.

    La planche à dessin , et les plans en 2D, c’est un peu fini..

    Bientôt une rubrique sur la modélisation 3D , la CAO ( ça fait deux ans que le topic sur les diverses techniques de modélisation 3D et les divers formats de fichiers, est rédigé ).

    Aujourd’hui la CAO a de nombreuses applications , pas seulement la ferraille.

  4. ceramix dit :

    « à priori » 14mm max pour le NC .
    je viens de mesurer un Hayes Stroker Trail à 16,5mm entre face externe du disque et bord étrier (donc ça ne passe pas ou bien il faut écarter le disque d’au moins 3mm et c’est mécaniquement assez moche).
    pour moi le seul que je connaisse en hydro qui passe, c’est le GustavM (c’est un étrier flottant avec les 2 pistons à l’extérieur) … superbe bestiole utilisé ‘classiquement’ avec ce moteur et sur des configs VTT descente et tandem… tarif conséquent !
    uniquement compatible avec les leviers Magura Gustav en raison de son rapport de diamètres maitre-cylindre/récepteur (il est très très démultiplié) et du fait qu’il ne soit pas en liquide synthétique mais minéral.
    c’est pas mon vélo sur la photo mais c’est bien un GustavM et un NC :
    http://www.velectris.com/forum/s1864-Transformer-grenouille-guepard.html

    je vois si je peux faire des photos du GustavM ce week-end (pas avec le RH205 hélas, je pédale avec un petit kit 250W) ! Attention aussi, l’ancien RH205 permettait de passer avec des étriers fixes et des gros disques (> 200mm ) mais les nouveaux sont avec des flasques plates.

    ne te fais pas piéger avec la roue droite : l’étrier ne se monte pas à l’extérieur droit, les fixations Postmount n’ont pas la même résistance si la roue tourne à l’envers (tu as un disque à l’extérieur de la remorque et un à l’intérieur).

    un dernier détail (si si !) : lorsque le levier de frein est actionné, il isole le réservoir du circuit sous pression (logique!) : donc si il reste enfoncé et que le disque se met à chauffer, le liquide va chauffer, se dilater et repousser le maitre-cylindre. Ce n’est pas un problème avec un freinage ‘humain’ car on sait qu’en relachant le levier un seconde on va retrouver une garde normale.
    Par contre si tu as un système mécanique qui freine en continu, il peu aller jusqu’à repousser le maitre-cylindre tellement que :
    soit tout va bloquer (si on empèche ‘mécaniquement’ le maitre-cylindre de reculer),
    soit le freinage va complètement disparaitre ( le maitre-cylindre va jusqu’à la mise en connexion avec le réservoir), c’est ce qui arrive avec les débutants !

    A+

  5. jacqueline73 dit :

    hello Ceramix;

    Tu as bien fait d’attirer mon attention : en effet ça ne pas pas.. 15.9 pour 14 mmm.

    J’ai passé la journée avec les divers logiciels de CAO, pour pouvoir voir les deux fichiers sans que ça plante : fichiers mesh énormes avec tous les détails ..

    ( augmenter la swap et la mémoire pour java ) .

    Déjà pour pouvoir importer de l’ IGS dans un autre logiciel pas évident .

    Quel suspens :)) 7 h 30 à 19h30 non stop.

    Pour finir à 17 h avec Meshlab qui permet entre autres de bien voir le composant dans les moindres détails et de prendre les mesures, puis de démonter un peu l’objet, pièce par pièce, pour enlever le collier et la poignéee..

    Mais pas facile avec la modélisation fil de fer avec des dizaines de milliers de points ( vertex ), les edges ( cotés des traingles ) et les surfaces .

    Meshlab super logiciel.

    Suffisant pour voir qu ‘il faudrait conserver les leviers de freins, ce qui augmente la course..

    Un maitre cylindre de 4L, serait plus adpaté, avec un « boitier » sur lequel on raccorde les deux conduits des étriers , le piston.. et un capteur de pression.

    Bref c’est tout à revoir, au niveau freins hydrauliques, des étriers au maître-cylindre.

    Roue droite , roue gauche, pour les étriers, j’entrevois le problème ( c’est pas une bagnole où on a des étriers droite et gauche symétriques ).

    Le coté esthétique compte moins sur une remorque : on met les disques à l’intérieur, ils sont cachés par le moteur qui prend presque toute la place sur des jantes 20 « ..

    Mais bon si on peut éviter une entretoise..

    Un vrai casse tête, mais j’aime bien.

    Enfin c’est très technique le vélo.

  6. ceramix dit :

    Bonsoir, une comparaison Gustav/Hayes en photos.

    (désolé, la dernière photo du Gustav est un peu de travers)
    http://www.servimg.com/image_preview.php?i=80&u=11171554
    on voit bien que le Hayes est un étrier fixe à pistons opposés, alors que le Gustav est un étrier flottant.
    avantage Hayes : aucun frottement au repos, pas cher, pas de bruit d’étrier qui se balade
    avantage Gustav : aussi mince qu’un frein mécanique côté roue, huile minérale, isolant thermique entre plaquettes et pistons (et donc aussi autorisé tandem par le constructeur depuis plus de 10ans, c’est du fiable).
    J’ai vu sur le web une description de freinage inertiel pour caravane et c’était du mécanique (à tambour, d’ailleurs je n’ai jamais vu de bon frein à disque mécanique mais il parait que ça existe chez Avid). A postériori ça a des avantages, dont celui d’avoir un freinage indépendant de la dilatation d’un liquide : moins de problèmes de blocage ou fading (pas de nécessité d’isoler thermiquement les plaquettes des pistons, ou de surdimensionner l’étrier).

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