Une motorisation électrique OK, mais pour quoi ?

Parution de l’article d’origine :

Un petit rappel dans ce bref article. Le miracle technologique est souvent plus facile à imaginer que des changements individuels et collectifs face aux risques environnementaux actuels. Illustrations typiques, certains s’émerveillentdepuis quelques années de la tendance à électrifier la mobilité, pour remplacer le moteur à explosion et ses émissions de gaz à effets de serre.

On serait plus avisé de considérer qu’un remplacement d’une technique par une autre, sans changer les règles du jeu et la promesse d’une croissance sans fin ne règlent aucun problème. Au mieux elles le déplacent et le repoussent à plus tard. On peut s’interroger sur les fondements inconscients de cet idéal de croissance et les intérêts matériels et politiques bien établis que son ancrage dans nos imaginaires préserve. Pour l’heure je vous invite en tout cas à considérer les dégâts de l’extraction de lithium, avec cet article.

Salar_de_Uyuni_exploitation

Je ne dis pas ici qu’il faut nécessairement éviter le lithium et la motorisation électrique qu’il permet notamment. Le principal avantage du lithium est sa densité énergétique (nombre de Watt heure accumulables / kilogramme de matière, pour un vecteur d’énergie électrique (donc potentiellement renouvelable). On peut stocker de l’énergie de façon plus propre. Mais plus facilement avec le lithium, sur un véhicule léger. Personnellement je trouve ça même potentiellement génial. C’est tellement potentiellement génial que Tesla et consorts ont décidé de fabriquer des véhicules un peu moins léger. Deux tonnes environ la bête, excuser du peu, pour transporter en moyenne une personne et demi, 100 kg de passagers.  Contre 11-15kg pour un vélo à assistance électrique, 20 kg et quelques pour un vélocargo transportant éventuellement 2-3 personnes. Le jour où il n’y aura plus de lithium au nom d’une prétendue transition énergétique ne questionnant pas nos besoins et notre démesure énergétique, on aura l’air malin d’avoir anéanti les écosystèmes des salares bolivien, chilien et argentin pour cette fuite en avant. Les flamands roses remercient Elon Musk.

Sur ce sujet je recommande une réflexion fondatrice il me semble, le texte facile à lire et court de Ivan Illich Energie et équité.

Concluons donc que le lithium est certainement pertinent pour faciliter la prise en main de véhicule légers et le retour à des déplacements doux, mais ne nous sauvera pas plus de l’absurdité de la démesure. Et si on est sportif, jeune, ou pas trop pressé, et qu’on peut s’en passer, il faut y penser. Rien n’empêche non plus de ne mettre sa batterie sur son vélo que lorsque c’est nécessaire pour se délester d’un poids, voire même de changer la roue avant motorisée par une roue normale pour en enlever encore plus, ou d’opter pour un niveau d’assistance raisonnable, puisque la consommation suit une progression exponentielle en fonction de la vitesse qu’on en attend.

Le triporteur amovible, un outil modulaire et accessible

Cargo Bike Attachment
(Vue avec capote de remorque.)

Le marché du vélocargo se porte bien aujourd’hui. On le constate en observant des triporteurs même dans des petites villes, comme Laval, où l’idéologie de la bagnole n’est pas nécessairement plus tenace qu’ailleurs, mais où les conditions matériels  de l’aménagement routier et de l’urbanisme n’invitent guère aux déplacements doux. Le triporteur a une capacité de charge conséquente, proche de celle de l’automobile citadine, et une motricité musculaire (éventuellement assistée par EDF, mais à hauteur de 60 à 250 Watts, contre quelques 10 à 20 000 Wh pour une voiture en ville 1). Il combine donc l’avantage du vélo et de la voiture, quand il s’agit d’aller chercher quelqu’un ou de faire des courses volumineuses.

Le vélocargo, oui, mais…

On ne va pas dédier cet article intégralement à l’éloge du vélocargo. Des centaines de pages existent déjà en ligne pour ce faire. Il y a par contre des bémols au vélocargo, qu’on n’aborde pas toujours dans ces mêmes pages :

  1.  C’est cher. Souvent quelques milliers d’euros, rarement moins de 1500-2000 euros. On peut toujours relativiser, considérer qu’un vélocargo qui remplace une voiture est vite amorti, avec l’assurance, l’essence en moins. Mais pour un ménage urbain ou péri-urbain, si ses revenus sont modestes, un tel prix pour un véhicule encore peu familier est souvent rédhibitoire.
  2. C’est encombrant. Si vous avez de la place, un garage, tant mieux. Peu de gens laissent stationné dehors et de nuit leur vélocargo. Encore inhabituel, coûteux et plus facile à voler (à l’aide d’un camion ou d’une meuleuse) qu »une voiture, ou trop aimés pour être exposé au soleil et à  la pluie ? Je ne saurai dire les motivations premières de leurs usagers, mais j’observe peu de vélocargos stationnés dehors la nuit. Même pour ceux ayant un garage, avoir dedans à la fois le vélo et le vélocargo est un encombrement supplémentaire. Je suppose que vous voyez ou je veux venir…

Cargo Bike Attachment
châssis du module, vue épurée.

Détachable, pliable, téléscopique, solaire, quand seule l’imagination peut nous limiter

Pour ces raisons il me semble pertinent d’envisager le problème autrement. Si le problème du vélo est sa capacité de charge limitée, pourquoi acquérir un autre véhicule que de la lui donner ? Pourquoi ne pas permettre au vélo qu’il soit tantôt un outil de locomotion rapide et léger, frêle et passe-partout, tantôt un triporteur certes moins versatile mais avec tout ce qu’il peut porter ? On gagne ainsi sur les deux tableaux des inconvénients cités : moins cher, puisque cela ne requiert que la fabrication du train avant et de la caisse, sans le vélo derrière, qui ne serait qu’un doublon de notre destrier habituel, triste jaloux oublié au garage. Moins encombrant, on démonte le châssis du cargo, et si possible on replie la caisse.

Pour que ce concept soit valable, il faut que ce soit simple et ergonomique. Dans l’idéal le châssis monté ou démonté en une ou deux minutes, la caisse plié en pas plus de temps. Il faut évidemment aussi que la sécurité soit là, avec une résistance éprouvée du chassis et du train avant, une géométrie propre et stable de ce dernier notamment dans les virages, et un système de freinage proportionné au poids potentiellement propulsé.

Des modèles et sources d’inspiration existent déjà, outre-atlantique, un modèle commercial pour un biporteur, comme un modèle fait maison de triporteur. Les deux existent déjà, et transmettent l’envie de fair encore mieux. Le mécanisme à chaque fois employé est le même : Deux attaches, une sous  le pdélier ou derrière lui, une autre sur la fourche avant. On enlève la roue avant, puis on pose le vélo sur le châssis du module. Un coup de boulon entre l’attache préfixée au niveau du pédalier, la fourche avant glissée dans un axe perpandiculaire à l’axe de direction à une distance préréglée et modifiable de ce dernier. L’axe de direction se prolonge ainsi par une potence qui passe à travers le tube principal du châssis, et trasnmet la direction en dessous de celui-ci aux roues. La fourche avant et cette potence modifiée servent ainsi à la fois de support du vélo et  à transmettre la direction, comme sur un vélo normal en fin de compte.

De là, l’imagination et la patience sont presque les seules limites. Si le châssis doit bien répondre à certaines contraintes de solidité et de géométrie, tout ce qui est au dessus peut se décliner de pultiples façons. On peut imaginer y mettre un caisson pliable et/ou lui  même amovible, pour un encombrement réduit à l’extrême du module une fois rangé. Les mateurs de vitesse pourront préférer sacrifier une partie de leur capacité de charge à un système de train avant à bascule, pour se pencher dans les virages presque autant que sur une bicyclette. Les cyclovoyageurs préfereront une caisse téléscopique pour en faire un couchage rapidement déployé, avec un panneau photovoltaïque pour couvrir la caisse tout en permettant de rechargeant leur batterie, pour une autonomie accure. Les artisans seraient satisfaits d’une caisse adaptée à leurs outils, facilement démontable ou déployable.

Les avantages d’une telle modularité on le voit sont multiples. C’est celle-ci qui donne au module le potentiel de prise en main, d’autonomie et de convivialité dans la mobilité, potentiel auquel on a tous le droit d’aspirer.

Code pour VAE piloté par Arduino

Publication de l’article original le 0

Capture d’écran de 2019-04-07 18-31-03
Code basique pour piloter un contrôleur de moteur pour VAE

Après des heures heureuses mais brèves de code, voici un tout premier jet opérationnel pour piloter une assistance électrique.

J’avais déjà essayé de me mettre à la tâche, mais avec des ambitions démesurées. Il fallait que tout soit bien et beau, donc j’avais même pour projet d’y intégrer directement un affichage LCD, pour voir la vitesse, le niveau des batteries, etc. Avec l’expérience, on apprend que trop vouloir, c’est aussi la voie royale vers la frustration et le découragement.  Donc d’autres fonctionnalités viendront sûrement, mais petit à petit, chaque chose en son temps.

Comment utiliser le code :

  • A télécharger sur une carte arduino ou un microcontrôleur capable de l’interpréter (AtMega328 par exemple ?) Si vous débutez, le pus simple est de passer par Arduino.
  • La carte arduino est à brancher au levier de frein, au détecteur de pédalage,  et à un potentiomètre que vous fixerez sur votre guidon dans l’idéal. S’assurer que le levier de frein pour VAE que vous avez fonctionne dans le sens du code (frein activé = pas de courant, tension nulle vers l’arduino ; sinon inversez cela dans le code)La sécurité avant tout
  • installer un driver de moteur BLDC, entre Arduino, la batterie et le moteur. Veiller à ce qu’il soit pourvu d’un radiateur suffisant pour éviter de le griller
  • trouver une façon d’alimenter votre Arduino et ce contrôleur de BLDC (ce derneir s’alimente aussi en 5V en général, ne pas confondre avec l’entrée de puissance à 24- 36-48 V !) On peut envisager un régulateur de tension partant de la batterie alimentant les deux, il faudrait en voir le rendement.
  • vérifier tout les branchements : senseurs hall, câbles de bobine moteur, alimentations, PAS, freins, potentiomètre, plus un fil de signal PWM d’arduino vers le driver BLDC.  Si ledit driver ne sait interpréter que des commandes en tension, comme c’est souvent le cas, recourir à un filtre passe bas et éventuellement un amplificateur opérationnel le redressant.
  • S’assurer que sur votre selle vous avez facilement accès au contact de la batterie avant de tester. Le code ne vous fera pas faux bond, mais on ne sait jamais ce qu’un mauvais branchement peut engendrer.

Ce que ce code fait :

Le plus simple pour le savoir est de lire le code. Même si vous n’y connaissez rien, ce sera aussi l’occasion de voir que coder en Arduino est plus facile que le mandarin. Mais je laisse au paresseux ici un résumé :

  • Le code « écoute » ce que vous êtes en train de faire : pédaler (dans le bon sens), freiner ; il regarde aussi systématiquement le niveau d’assistance que vous demandez selon la rotation du potentiomètre sur votre guidon.
  • Tant que vous pédalez ET ne freinez pas, il indique au contrôleur de moteur de tourner. Si vous freinez OU ne pédalez pas,  il lui dit de s’arrêter.
  • Il assure une certaine progressivité à l’accélération ou au freinage, jusqu’à arriver au un niveau d’assistance requis (celui indiqué par le potentiomètre, ou 0). Ce degré de progressivité peut être changé en modifiant les variables adéquates dans le code.

Ce que le code ne fait pas encore :

  • Il ne regarde pas la vitesse atteinte, et continue donc de faire tourner le moteur au delà des 25km/h réglemtaires. En l’état, il n’est pas utilisable sur la voie publique. Il va sans dire qu’il vous indique encore moins la vitesse atteinte.
  • Il n’arrête pas le moteur si votre driver BLDC ne s’arrête pas malgré une tension de signal très faible. C’est donc un inconvénient bénin avec certains drivers, de le voir continuer à tourner au ralenti.
  • Il ne mesure pas le niveau de la batterie et ne vous l’indique pas
  • Il ne sert pas le café au lit avec des pains au chocolat.
  • Il n’installe pas de virus tenaces sur les SUV alentours pour les transformer en briques.

Les améliorations à venir :

  • Prioritaire : La coupure totale et réglementaire du moteur et notamment au delà de 25km/h. Cela signifie qu’il faudra étoffer le code pour lui faire lire les signaux de tours par minute du driver. Aussi simple que ça puisse paraître, cela n’a rien de simple de faire écouter une variable tout en demeurant attentif aux autres. La coupure totale requiert aussi de contrôler l’alimentation du pilote, avec transistor ou opto-coupleur, normalement c’est simple
  • quitte à introduire ces modifications, il serait utile d’en faire bénéficier le cycliste en les affichant. Un écran LCD requiert cependant beaucoup de broches et de codes, à étudier donc sans urgence
  • indication de niveau de batterie : cela peut se faire avec un pont diviseur de tension pour en permettre la lecture dirctement par arduino, qui peut l’afficher de façon élémentaire avec des DEL, sans LCD.

Le code :

/*
Pilotage basique d’assistance électrique pour vélo.
A associer à une carte de contrôle de moteur BLDC.
Mettre entre les deux un filtre passe bas Si ce driver BLDC ne lit pas les PWM :
Le filtre doit convertir le signal PWM en signal en tension correspondant à l’amplitude lue par votre contrôleur

Assurez vous d’avoir un signal de frein concordant : tension basse quand on tire sur un des leviers de freins, et non l’inverse !

circuit:
– potentiomètre alimenté en +5V, Gnd et analog input pin 0 (A0)
– 10 Kohm resistor connected from ground to analog in pin 0 ??? A voir si nécessaire
– PAS (détecteur de pédalage) connecté : 5V, Gnd et sa sortie en 8
– freins : vers broche 9
– sortie PWM vers broche 10

Créé par Tristan Cousin le 7 avril 2019
Ce code est dans le domaine public.
*/
// These constants won’t change:
const int assistance = A0; // entrée potar niveau d’assistance
const int PAS = 8;
const int frein = 9; // broche du frein
const int sortiedriver; // broche d’émission du signal PWM (ensuite filtré passe bas pour un pilotage en tension

// These variables will change:
int pedalage; // état du pédalage (1 ou 0)
int freinage; // état du frein (1 ou 0)
int nivassist; // niveau effectif d’assistance
int cibleassist; // objectif vers lequel faire tendre l’assistance,
// tranquilement pour un pilotage moins nerveux
int nervosite = 5; // temps en milliseconde d’un cran d’ajustement du niveau d’assistance
// (à hauteur d’un 256ème de l’assistance max) vers le niveau ciblé
int nervfreinage = nervosite/2; // la vitesse de freinage est arbitrairement définie comme
// la le double de la « nervosite » à l’accélération.
void setup() {
// set the pins as output or inputs:
pinMode(sortiedriver, OUTPUT);
pinMode(frein, INPUT);
pinMode(PAS, INPUT);
}

void loop() {

// tant que les conditions sont réunies, arduino demande au pilote du moteur d’activer le moteur:
while ((digitalRead(PAS) == HIGH)&&(digitalRead(frein) == LOW))
{
fonctionassistance();
}
//le frein est activé ou le pédalier s’arrête, les conditions en sont plus réunies
cibleassist = 0;
if(nivassist>cibleassist){
int nivassist = nivassist-1;
analogWrite(sortiedriver,nivassist);
delay(nervfreinage);
};
}

void fonctionassistance() {
// faire tourner le moteur en amenant la commande de vitesse de façon progressive vers ce que demande le potar :
int cibleassist = (analogRead(assistance)/4);//l’entrée analogique va de 0 à 1023, la sortie d

//s’il faut augmenter la vitesse
if(nivassist<cibleassist){
int nivassist = (nivassist+1);
}
//s’il faut augmenter la vitesse
if(nivassist>cibleassist){
int nivassist = (nivassist-1);
}
//changer d’un cran la commande de vitesse, temporiser un peu
analogWrite(sortiedriver,nivassist);
delay(nervosite);

}

Les makers à vélo et la magie de Youtube

Publication de l’article d’origine le

Depuis quelques temps, mon attention ne cesse de se tourner vers quelques chaînes de youtubers makers. Quelques as de la soudure, au TIG en particulier, peuvent impressionner par leur dexterité, mais aussi par leur sens du modèle et de la conception, pour les cadres de vélos et vélo-cargos notamment.

Je vous invite à prendre le temps de découvrir Phil Vandelay (que je dirais berlinois, vues les images) et ses magnifiques créations : au TIG, sur de l’alu, original et propre.

Laura Kampf, makeuse allemande également, a des talents créatifs impressionnants et variés, avec une partie de son attention dédiée au vélo notamment.

Johny Wikk fait de très beaux modèles également en biporteur en particulier.

Pour en apprendre plus sur le travail du métal, je me suis habitué à suivre un jeune mexicain, Jairo, sympathique, talentueux et pédagogue. En espagnol par contre, de même que Kelly, youtubeuse colombienne travaillant avec des moyens modestes, encore plus pédagogue.  Ses réalisations sont inspirantes parce que relativement simple et astucieuse. Elle explique notamment la réalisation d’un blender à pédale qui peut inspirer les amateurs de vélo. (Le blender est fondamental en Colombie. Les fruits savoureux y sont rois, même les familles très pauvres peuvent en avoir, tant c’est prisé)

Sur la réalisation de cadres alu au TIG ou en acier au poste semi-automatique, on peut encore découvrir ma playlist bientôt enrichie sans doute.

Un détails à préciser toutefois. Avec Youtube, on sait ce qu’on voit, pas ce qu’on ne voit pas. Les ellipses donnent l’impression que tout est facile, que n’existe aucun souci logistique, de matériel manquant, d’outillage en rade, de filetage  émoussé, de perçage mal centrés, de trous dans une soudure mal réglée… Le diable est dans les détails. Les Youtubers ne montrent pas le diable, ou si rarement. Personne non plus ne prévient des prototypes qu’ils ont essayé et ratés, même les américains culturellement enclins à reconnaître leurs échecs. On aurait tant à apprendre de ces échecs pourtant…  De même les vidéos en accélérés ne permettent pas de mesurer le temps vraiment écoulé. En conclusion, Youtube transmet l’enthousiasme des makers qui s‘y montrent, mais pas la patiences dont ils font preuve. Il ne faut pas croire aux miracles, mais plutôt  chercher à percevoir et anticiper ce qui n’est pas dit.

youtuber dance

Photo : « youtube and twitter dance » par alexander timofeev, TOONDRA animation studio sous licence CC BY-NC-ND 4.0  (sur Creative Commons )

La soudure sur vélo, introduction et pertinence

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photo soudure
Les amateurs de bricolage sur vélo voudront certainement se mettre à souder pour aller plus loin, dans la customisation, la capacité de charge, l’adaptation, ou le plaisir de se faire démiurge en général, de voir la matière se transformer sous ses mains. Je tiens à partager mon modeste avis sur la question. Je ne soude pas depuis très longtemps, mais je le fais régulièrement, j’aime beaucoup, et me suis beaucoup renseigné sur la question par ailleurs. Ce sont là les seuls intérêts de ce témoignage, mais la proximité ma situation avec de complets néophytes peut avoir son intérêt, pour mieux percevoir des problèmes partagés, qui ne sont pas ceux des soudeurs professionnels, déjà équipés et expérimentés.

Un poste à souder coûte de l’argent. Il requiert un savoir faire, et tous les postes ne sont pas destinés aux mêmes usages.

  • La soudure à la baguette : c’est le moins cher, l’électrode enrobée, aussi appelé soudage MMA. Il requiert un certain savoir faire. Pour souder l’aluminium vous oubliez, Pour le cadre du vélo ou la fourche oubliez aussi. Trop imprécis, trop de risque de faire des trous, ou encore pire, de déformer le métal. C’est pas cher, mais assez fastidieux et nul tant en vitesse qu’en esthétique de cordons. Plus adapté aux grosses épaisseurs qu’à celle de tubes de cadres (d’épaisseur souvent inférieure au millimètre). On pourra l’utiliser pour réaliser des remorques, des porte-bages personnalisé, avant comme arrière, mais avec un système d’attache au vélo par vis, boulonnage ou collier de serrage par contre.
  • Le poste semi-automatique  (MIG/MAG) est plus onéreux, plusieurs centaines d’euros, + la bouteille de mélange Ar+CO2. Il permet des soudures plus fines que la baguette, avec une facilité d’usage fascinante et attractive pour le débutant fortuné. On peut souder l’acier, mais aussi l’alu. En théorie, car concrètement, les avis d’experts découragent. Les cordons sont sales, la chaleur difficile à contrôler entraîne des risques d’effondrement ou de trous, et d’éclaboussure, avec beaucoup de travail de nettoyage à la meuleuse ensuite. Sur des alu fins, les risque et galères sont encore plus forts. Il faut par ailleurs se payer une bouteille de gaz différente pour la soudure sur alu (argon pur)
  • Le TIG DC, la soudure à électrode en tungstène avec gaz inerte et courant continu est utilisable pour la soudure sur métaux ferreux, dont l’acier donc. Pour de beaux cordons, une soudure bien pénétrante et une finition propre, on devance largement la qualité du semi-automatique. C’est plus lent, mais pour la taille et l’enjeu des soudures en mécanique vélo, cela importe peu. Cela exige plus de dextérité et d’expérience que le semi-auto, puisqu’on doit ici coordonner le mouvement des deux mains : une, manipulant la torche, apporte la chaleur de l’arc électrique et l’argon, l’autre amène le métal d’apport. Le coût est proche de celui d’un poste semi-auto,. Le gaz reste de l’argon pour la soudure acier comme pour l’alu. Mias le TIG en courant alternatif ne permettra pas d’attauqer l’alu.
  • le TIG AC/DC est pour cela requis. C’est par contre plus cher.   Un commercial de Gys m’a fait un devis à 1500 euros pour le moins cher du catalogue, montant à 200A, contre 600 euros pour le Semi auto de 160 Ampères hors pris du gaz et manomètre dans les deux cas. Des postes se trouvent néanmoins pour moins cher en ligne, dont j’ignore la qualité. Un aguerri du TIG AC/DC me dit par ailleurs qu’il faut deux à trois ans pour maîtriser la soudure alu au TIG, ce qui n’est pas négligeable (j’ignore la régularité de sa pratique) Il me dit aussi que certains TIG AC/DC bon marché peuvent être de bonne qualité. Le TIG AC/DC a le mérite de fonctionner aussi comme TIG à courant continu, comme évoqué dans le paragraphe précédent. Un gros investissement en somme, dont on peut jouir au fur et à mesure que l’on apprend toutes les fonctionnalités et qu’on se perfectionne par la pratique.
  • Soudo-brasage, oxyacétilène et tutti quanti : Perso je n’y connais rien. Les passionnés et professionnels du cadre par contre le pratiquent : le cadre peut alors se construire en manchonnant les tubes dans des raccords (autour du pédalier, du tube de selle, du tube de direction et éventuellement en extrémité de haubans)
    A étudier et tester certainement.
  • Hors soudure point de salut ? Ça dépend de ce que l’on compte faire. Une remorque occasionnellement produite avec les moyens du bord, ne coûtera pas plus de 200 euros d’outillage (poste MMA 1er prix, masque, gants de cuir, baguettes) si on a déjà d’autres outils communs par ailleurs. Surtout, c’est répandu, on peut facilement trouver à qui emprunter cela plutôt que d’acheter. Le bricoleur passionné verra bien l’intérêt d’un semi-automatique pour autre chose que le vélo, en plus de celui-ci. Il pourra donc se décider à en acheter ou emprunter un. Les fourches sont en général en acier, les vieux cadres aussi, il y a déjà matière à travailler avec cela, sans compter les portes bagages, remorques et module de triporteurs assemblés au vélo par boulons, mais construits à la soudure.Il ne faut d’ailleurs pas négliger le potentiel d’assemblages mécaniques : les boulons, brides, tiges filetés et colliers de serrages bien placés et bien choisis font des assemblages solides, certes parfois plus lourd qu’une bonne soudure, mais avec le mérite de pouvoir s’enlever.
    Si l’on veut passer au TIG, il faut être déterminé, curieux d’apprendre et avoir de bonnes raisons de s’y mettre. Si c’est surtout pour souder sur des vélos, le TIG AC/DC vaudra pour les plus motivés désirant s’attaquer aux cadres récents, majoritairement en alu.