version light installation capteurs de traction et de poussée sur ancrage timon remorque


La précédente version a été faite alors que je n’avais pas la remorque, et était un peu (!) sur dimensionnée, quand on voit les dimensions du système d’attache du timon.

Systeme d'attache du timon

Accrochage du timon

Un seul axe de coulissement devrait suffire.

Le système pourrait se fixer à la place du timon actuel, en réutilisant les goupilles, pour le laisser démontable..

Deux douilles à collerette pour un axe de

douille coulissante à collerette

http://www.igus.fr/wpck/default.aspx?pagename=drylin_r_fjum_02

Les capteurs de poussée et traction (100 lbs 70 € )

capteur de force FC22

La version « brute »

installation capteurs sur système de timon coulissant

la pièce verte s’embrochera grace à un talon à la place du timon , sur le support de la remorque.

La partie plus large avec les deux capteurs ( rouge ) sera située à l’intérieur.

Coté extérieur , le dépassement du bloc sera de 2 ,5 cm

le timon traversera le tube gris coulissant.

le timon sera accroché un peu plus bas qu ‘à l’origine, mais avec les roues moteur, la caisse de la remorque sera surélevée d’autant pour conserver l’horizontalité de la remorque

la pièce orange goupillée sur l’axe coulissant ( et le timon ) agira dans un sens sur le capteur de poussée et dans l’autre sens sur le capteur de traction.

l’asservissement par microprocesseur fera en sorte de réduire la force de traction à la montée en augmentant le couple moteur.

Inversement à la descente, l’asservissement fera en sorte de réduire la poussée de la remorque en augmentant le courant de freinage.


Re -calcul de la puissance du moteur :

Hypothèses : 60 kg ( PTC remorque ) et cote de 15 %

la force due à la pente , nécessaire pour équilibrer la remorque est de : 90 N

Le capteur ne fait que 100 lbs ~50N.. Il est difficile de trouver 200 lbs à ce prix et trop cher de doubler les capteurs… Mais il y a une possibilité de réduire la force d’appui sur les capteurs en installant des ressorts bien calibrés

    Sur chaque roue

de 20  » ( rayon 0,25 m ) ça donne un couple d’équilibrage de :

(90 X 0.25) / 2 = 22.5 / 2 = 11.25 Nm

Pour grimper à 7.2 km/h ( 2 m/s )avec une force de 11.25 N , P méca par roue = 22.5 W.

Ce qui fait 45 W mécaniques au total ( dans de bonnes conditions j’en fournis 60 et 100 W en pointe..)

Même si cette puissance parait minime , elle aidera bien à grimper avec la remorque, à condition que les moteurs aient un couple supérieur à 11,5 Nm

Il faudra davantage de couple pour accélérer, et ne pas rester dans la zone où le moteur a un très mauvais rendement.. ( < 5m/h )

Calcul au freinage.

Le freinage sera fait sur résistance ( toujours disponibles , ce n’et pas le cas du freinage par régénération

Je veux que le moteur puisse retenir la remorque à très basse vitesse , dans les manœuvres d’approche. : 1 à 2km/h

A cette vitesse le moteur doit produire un fcem de 3 V au minimum.

Ca correspondrait à un moteur qui donne 36 V à 24 km/h

– 30 V à 20km/h

– 15 V à 10 km/h

– 6 V à 4 km/h

– 3 V à 2 km/h

A vitesse maxi, on aurait le plus de puissance à évacuer :

A 21 km/h ( soit 6 m/s ) une force de retenue de 90 N ( pour 60 kg pente de 15 %) donne 540 W pour les deux moteurs .

ce qui correspond en monophasé à 30 V 17,5 A sur chaque moteur

Mais on mettra une limitation de vitesse pour ne pas dépasser une puissance raisonnable, parce que deux résistances de 250 W en permanence c’est un petit radiateur électrique.

Si on limite la vitesse à 10 km/h , 3,5 m/s on aura plus que 125 W ,

avec une tension de 15 V soit 8,3 A

La résistance minimale :

A 1 m/s ( 3.6 km/h) la puissance que chaque moteur doit fournir est de

P = 90 N / 2 x 1 = 45 W

Cependant le moteur doit fournir un couple résistant de : 11.25 Nm

Le couple résistant pour compenser l’effet de la pente doit être le même à 1 ou 2 km/h qu ‘à 20 km/h

une roue de 20  » fait 0,628 m de diamètre : 2 km/h :

n(tr/s) = 2000/0.626/3600 tr/s

oméga ( rd/s) = (2000/0.626/3600) x 6.26 rd/s = 20 000 /3600 = 0,55 rd/s

p= C x oméga = 11.5 x 0.55 ~ 6 W

avec 3V ça donne 2 A et une résistance de 1,5 ohm

A 10 km/h U = 15V = > 10 A dans la résistance. = 150 W par moteur

On a calculé 8,3 A pour retenir la remorque.

c’est le PWM qui ajustera..

Cependant je doute qu ‘un courant de 2A soit suffisant à 3V ( 2 km/h ) pour retenir le poids de la remorque dans la pente., bien que ce soit presque équivalent à un moteur en court circuit.

Ce sera le premier essai à faire : mettre les moteurs en court-circuit et vérifier leur capacité à retenir une charge dans une pente et mesurer le courant et à quelle vitesse la remorque se stabilise. ..

L’alimentation du pont et du controleur de freinage pourrait être prise sur la tension stator du moteur , avec une alim qui ait une large plage de tension d’entrée..

Ainsi le freinage serait autonome et fonctionnerait même sans batterie

Mais avec ce type de freinage , on ne peut avoir de blocage.

On peut faire comme dans l’industrie pour bloquer les moteurs pas à pas de positionnement, alimenter une phase avec un courant continu.. mais il faut disposer de la batterie.

Bien entendu il faut vérifier l’échauffement du moteur..

jusqu ‘à présent, il y avait trois états des moteurs

– non alimentés
– traction
– freinage

Il faut ajouter un quatrième :

– blocage

Il faudra gérer les transitions, mais les conditions de passage automatique dans l’état de blocage ou de sortie de cet état semblent difficiles à définir, pour un vélo.

Revenons aux capteurs :

ce modèle de capteur ne fait que 100 lbs ~50N.. Il est difficile de trouver 200 lbs à ce prix et trop cher de doubler les capteurs…

Mais il y a une possibilité de réduire la force d’appui sur les capteurs en installant des ressorts bien calibrés;

Avant de toucher le capteur poussée ou le capteur traction, on peut laisser une marge de 1 cm dans chaque sens.

La butée (orange) située sur le timon pourrait comprimer un ressort qui absorberait 50 N avant que la butée attaque le capteur pour chaque sens. Mais le système ne fonctionnera pas pour les faibles pentes et faibles charges qui donnent une poussée inférieure à 50 N

Cependant on peut utiliser ce système de ressort pour laisser une bande morte, entre la traction et le freinage.

Ce capteur peut mesurer une force de 100 lbs , mais il peut encaisser bien davantage.

Est ce génant , qu ‘il ne mesure pas au delà ?

Non ! Car avec cet asservissement on vise l’équilibre : une force de 0 N sur le timon., et on utilisera un régulateur PI , dont la consigne de sortie augmentera tant qu ‘on aura pas 0 de poussée ou de traction.

Avec la bande morte ue aux ressorts, il resterait une force de 5 N à tirer ou à freiner avec le vélo.
c’est acceptable.

Freinage en descente.

Ce système basé sur la poussée ne fonctionnerait pas si on pédale très vite en descente et que le vélo accélère la remorque, la capteur de traction serait sollicité et passerait les moteurs en « moteur » ( traction ), ainsi on pourrait aller de plus en plus vite, sans freiner…

Aussi pour la régulation de freinage il faut ajouter un état : limitation de vitesse ( en descente ).

La remorque risque de retenir le vélo, et donc le capteur de traction serait sollicité par contre le capteur de poussée serait relâché et le freinage aussi.

il serait idiot d’avoir une limitation de vitesse fixe, quelle que soit la pente.

En mesurant la pente,avec un gyroscope on peut adapter automatiquement la limitation de vitesse à la pente , avec un seul haut et un seul bas paramétrables.

L’intérêt d’avoir une limitation de vitesse est de ne pas accumuler trop d’énergie cinétique , que les freins du vélo et la remorque ne supporteraient pas s’il fallait freiner d’urgence.

Il faudrait également mesurer la charge, pour tenir compte de l’énergie cinétique, mais la remorque à vide freinera moins qu ‘en charge, on risquerait de bloquer les roues si on va trop vite.

Avant de poursuivre le projet , il faut faire un graphe des états et faire une simulation qui prend en compte tous les cas de figure.

Pour simplifier :

On peut éliminer d’emblée le freinage en cote.. je ne pense pas qu ‘il soit nécessaire , avec un vélo on ne va pas grimper à 80 km/h

En descente on peut éliminer la traction de la remorque . , on finira bien par accélérer avec le seul poids du convoi, ou le moteur du vélo..

Dès qu ‘on dépassera la limitation de vitesse en fonction de la pente, le freinage sera activé .
on ignorera le capteur de traction.

Par contre si on pile avec le vélo, le capteur de poussée sera sollicité et son effet viendra s’ajouter à celui de la limitation de vitesse.

Dès qu’on relache les freins du vélo, le capteur de poussée n’est plus sollicité et on revient en consigne de limitation de vitesse.

Si on souhaite ralentir en dessous de la limitation de vitesse, en freinant le vélo, le capteur de poussée sera sollicité ajustera la consigne de freinage via un PID , car la limitation de vitesse verra sa consigne de freinage diminuer jusqu ‘à zéro.

J’ai bien dit PID , car avec la fonction dérivée on pourra ajuster le freinage de la remorque à l’intensité du freinage. : si on pile , la dérivée va passer à fond et freiner à fond la remorque.
s’il s’agit d’un simple ralentissement , la dérivée sera très faible et ne surfreinera pas la remorque.

Par contre , je me demande si les capteurs de force sont bien adaptés à la régulation PID, d’autant plus qu ‘ils sont limités à 50 N , alors que sur un freinage brutal du vélo le timon va encaisser une force bien supérieure. .. Difficile à dire, sans faire des essais.

il me semble préférable d’utiliser deux ressorts , et de mesurer le déplacement.

Des ressorts à course plus longue joueront aussi un rôle d’amortisseur du système coulissant..

http://www.vit-ressort.com/fr/devis-en-ligne/ressorts-compression.html

Ce système permettrait de faire deux chaines de mesure une pour la régulation et une de sécurité avec des capteurs TOR photoélectriques, ou interrupteurs magnétiques qui prendraient le contrôle en cas de défaillance de la régulation et permettraient de détecter un défaut des capteurs de régul ou de la régul elle même.

Il n’est pas possible de mettre un capteur résistif genre potentiomètre , qui s’userait trop rapidement. Ni un codeur à contacts mécaniques, qui ne supporterait pas la vitesse lors d’un a coup violent.

On peut mesurer un déplacement linéaire avec un codeur rotatif avec un pignon et une crémaillère.

Un codeur optique absolu coûte près de 600 €, on oublie !

http://fr.farnell.com/pepperl-fuchs/fvs58-011k2ragb-0013/encodeur-absolu/dp/3778022

Il y a une possibilité avec un codeur incrémental, pas de contact , pas d’usure , et ils acceptent une grande vitesse de manoeuvre cout 200 €

Très précis : 500 impulses par tour.

http://fr.farnell.com/ivo/gi355-0603115/encodeur-incremental/dp/3490373

Un système analogique , bon marché que j’avais expérimenté pour des poignées de curcuit 24.

Une grosse LDR ( résistance qui varie en fonction de la lumière ) avec une fenêtre triangulaire qui laisse passer plus ou moins de lumière selon sa position.

L’inconvénient est que ce sytème est sensible à la température.

Throttle position sensor Hall 360 ° 30 €

http://fr.farnell.com/vishay-sfernice/981he0b4wa1f16/capteur-effet-hall/dp/1713988

Ce serait pas mal avec les sorties analogiques et PWM, la vitesse de manoeuvre est de 120 tr/mn , soit 2 tours secondes, ce qui est un peu juste sur des a-coups;

dimensions capteur position

http://www.farnell.com/datasheets/368978.pdf

Il ne reste plus qu ‘à trouver un pignon et une crémaillère en nylon adaptés à la course des ressorts.

Pour limiter la vitesse, il reste l’option amortisseur..qui limiterait également les oscillations.

Cette solution du déplacement linéaire par opposition à un capteur de force qui joue un rôle de butée fixe, permettrait d’adapter un système de freinage mécanique à câble.

J’ai lu qu ‘on conseillait les freins à disque mécaniques XLC ou les Avid entre 30 et 60 €

http://www.xlc-parts.com/produkte_detail_de,234,1478,detail.html

Frein à disque mécanique Avid

http://www.sram.com/fr/avid/products/frein-disque-m-canique-bb7-mountain

Ce système pourrait avoir une double commande : une actionnée par le déplacement du timon coulissant , et une cde manuelle qui peut servir de frein de secours et de frein de parking.

Il faut installer un système de palonnier, qui d’un coté actionne les cables des deux roues et de l’autre est actionné par le timon ou un cable avec une poignée , ou un levier pour le frein de parking. fort utile lorsqu ‘on gare le vélo et la remorque dans une rue en pente.

Dans ce cas le ressort en poussée devrait être moins costaud.

Il ne serait plus nécessaire de faire un freinage électrique alimenté par le moteur.

Faut-il conserver le freinage électrique ?

il soulagerait les freins à disque lors de longues descentes..

Mais il faut étudier l’interaction entre les deux systèmes de freinage, étudier la course des cables. à partir de quelle position du timon ils rentrent en action.

Logiquement le freinage électrique devrait ramener le timon dans une position zéro où les freins mécaniques n’agissent plus. . En cas de défaillance du freinage électrique, les freins a disque entreront en action et joueront pleinement le rôle de frein de secours..

Du coup pour le blocage, qui peut être utile à l’arrêt dans une pente il me vient une autre idée. .

Moteurs;

Critères de choix :

Monté sur jante 20  » pour ne pas avoir à faire faire un rayonnage;

    Doit accepter un disque de frein

.

Sans roue libre pour le freinage électrique, ce qui implique un moteur direct drive, sans réducteur sinon ça va forcer et donc ça élimine les petits moteurs coupleux. comme les Vicky de Bafang.,

Sensored ( si possible )

Le plus léger possible :


CRYSTALITE

Crystalite 409 brushless front wheel motor 20″

Un peu lourd ( 5,5 kg )et gros, avec une bonne réserve de couple, pas de roue libre.
Peut accepter un fort courant ( utile pour le freinage ) ou le blocage électrique .
le KV semble bon pour le freinage électrique à basse vitesse.

Peut convenir au vélo roue AV motrice, légal en 24 V , mais peut être surboosté pour grimper les cotes .

prix raisonnable : 210 € TTC avec jante.

Le montage de disque de frein ne semble pas prévu.

,

Motor specially designed for VTT bikes, because the motor is giving very good assistance to ride on a track other then an ordinary road.

This motor building into your bike is very easy, because it is specially developed for bikes, the size of the motor fits perfectly into the front fork of your bike.

You can choose rim seizes from 20 inch to 28 inch gives you the possibility to mount the motor into any kind op human powered vehicle

?

Due to the fact that this motor is a direct drive, which has no gear or other moving parts inside, the motor is silent and there are no wearing parts.

Specification Rims: Excal ZX19 Aluminium rim = double chamber and double eyelets with 36 holes.

Spokes Inox G13 Sapim (heavy duty)

After the assembly the motor gets an extra treatment to give more protection against corrosion.

?

Drop out: 100 mm

Weight: 5.50 kg

Motor function on tensions of 24 Volt to 72 Volt

Power -torque:

24 V:?180 Watt -?33 Nm

36 V: 350 Watt -?40 Nm

48 V: 540 Watt -?46 Nm

72 V:?975 Watt – 56 Nm

?

Maximum speed table: (measured with a 20A controller)

?
24 V
36 V
48 V
72 V

20″ rim
14 km/h
23 km/h
31 km/h
48?km/h

24″ rim
16 km/h
27 km/h
36 km/h
58 km/h

26″ rim
18 km/h
29 km/h
40 km/h
64?km/h

28″ rim
20 km/h
30 km/h
42 km/h
67 km/h

If motor been used with 24volt battery pack the motor stays within the limits of the European legislation for use on the public roads

Motor can be powered with following controllers:

24 V; CTPL-JNYF-2412 ?

36 V; CTPL-JNYF-3612 ? , CTPL-3620-cruise ?

48 V; CTPL-JNY-F48-20 , CTR36-48-40A

72 V; CTR48-72-40A

Details

SKU M409F20-281
Weight 10.10 kg incl packaging
Price: €210.00

    including BTW21 21.00%

(€36.45)

Crystalite HT frontwheel motor in rim 20″ – 28″

http://shop.crystalyte-europe.com/product.php?productid=16451&cat=295&page=1

Prévu pour frein à disque 215 €

http://shop.crystalyte-europe.com/files/Crystalyte%20Ht%20Front%20Motor%2025KM%20Max%20speed.pdf

Surpuissant en 36 V à ’46 tr/mn un couple de 47 Nm avec un courant de 26 A

Mais comme prévu le rendement est bas et la puissance est de plus de 900 watts.

Sur la remorque on sera très en dessous de ces valeurs pour fournir un couple de 11.5 Nm.

La surpuissance n’est pas facturée , ce moteur est un des moins cher .

( les moteurs réductés moins puissants sont à plus de 300 € )

BAFANG :

NINE CONTINENT :

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