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.

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 )

Exigez l’open source !

Date de publication sur blog d’origine : 11 Janvier 2019

Pilotage par Arduino de moteur brushless

[ Réédition : Visiblement j’ai dans cet article redécouvert la « régulation de tension par hachage » qui était sans doute déjà évidente à certains, qui dans leur grande mansuétude me pardonneront ; l’article aborde cependant un sujet bien plus large que cela. Le titre est par ailleurs racoleur et un poil démago, bien sûr. Plus précisément, ici on parlera du fait de contrôler une carte éventuellement propriétaire qui elle même pilotera le moteur, mais par un signal envoyé par Arduino ou tout autre signal en « PWM » et donc à l’aide d’une interface open-source !]

Si vous voulez la remise en contexte et la découvertes de plein d’expériences et de projets intéressants, lisez tout. S’il ne s’agit que de savoir comment procéder passez aux derniers paragraphes

Le petit monde des moteurs brushless et des assistances Open Source

Ceux qui se penchent sur la question du pilotage des vélos à assistance électrique les plus répandus, équipés de moteurs sans charbon (brushless) perçoivent vite que l’électronique sous le capot est complexe. Le moteur brushless fonctionne par une synchronisation de plusieurs bobines (un multiple de 3 sur les VAE, peut être même tout simplement trois) qui ainsi se magnétisent et engendre la réaction de pulsion/attraction qui entraîne la rotation du moteur. Il faut connaître la position du rotor par rapport au stator à chaque instant pour que les transistors du contrôleur alimentent tantôt une bobine, tantôt une autre. Vous n’avez pas envie que votre moteur mal synchronisé résiste soudainement à votre coup de pédale alors que vous êtes sans les mains, ou en danseuse, ou en descente dans un virage en épingle à cheveux. Ok, dans ce dernier cas normalement on s’arrête de pédaler et et le moteur n’est plus alimenté non plus, pas au delà de ce que sa propre inertie exige. Mais on retiendra par ces illustration que l’électronique de piotage est cruciale, ne s’improvise pas.

C’est sans doute pour cela que le pilotage du moteur brushless est resté longtemps dans le domaine propriétaire. Quelques grosses boites ayant développé leurs cartes de contrôle ont pris d’assaut le marché et vendent à un prix suffisamment raisonnable pour que peu trouvent à y redire.
Un ESC (electric speed control) pour moteur à charbon, c’est plus rudimentaire. On l’achète pour pas cher et on peut même le faire soi-même simplement avec un transistor alimenté par le PWM d’un Arduino qui lui indiquera le niveau de puissance requise. C’est très simple et tant mieux, on peut ainsi facilement piloter le moteur. Pourquoi pas prochainement ici, et même certainement, piloter un moteur à charbon pour assistance électrique. C’est simple, c’est moins cher qu’un moyeu de roue motorisé brushless, il faut juste le monter sur une chaîne indépendamment du moyeu, et programmer le code alimentant pilotant le MOSFET qui alimente le moteur.

Pour un moteur brushless c’est plus compliqué.
J’ai passé du temps, à me renseigner, chercher comment on pouvait le faire (avec l’allusion au départ que le petit autodidacte que je suis pouvais y arriver), qui le faisait. Et par miracle ou par obstination, il s’est avéré que les réponses documentées et expérimentées se faisaient notamment pas loin de chez moi.

J’ai d’abord entendu parler du projet Hope’n Bike, qui liait la super Maison du Vélo de Caen, le Fablab de la même ville, et la mission locale, dans une ambition d’aide à la mobilité des jeunes et précaire, et de formation de certains à la conversion de vélo en VAE, le tout en Open Source.
Je n’ai pas été encore vérifier, mais il semble que le succès est mitigé. Plus personne dans la presse n’en parle, comme si c’était laissé en stand by. Le projet a plutôt abouti, il s’est fait au moins quelques prototypes fonctionnels. il faudrait aller voir de plus près. Mais le projet documenté sur GitHub n’avance plus. Les différents éléments sont documentés selon des formats de logiciels d’électronique différents, chacun difficile à s’approprier. C’est le revers de la médaille  de l’opensource spontané, on est plein de bonne volonté mais ne se coordonne pas, et ça en devient difficile à s’approprier.

Une autre solution très intéressante et approuvée est le modèle de Vedder.se . Vedder c’est un génie suédois qui a fait sa propre carte de pilotage de moteurs BLDC, et par dessus le marché le programme sur ordinateur permettant paramétrer le fonctionnement attendu puis flasher le code correspondant sur la carte. Le tout en Open Source bien sûr.  Il vend sa carte  100 euros environ, raisonnable sans doute pour une carte capable de balancer du 100 ampères sans griller .Une communauté a émergé autour de son projet, utilisé pour différents types d’engins notamment trottinettes et skateboards électriques. C’est grâce à My Human Kit que que moi et quelques rennais avons pu découvrir cela récemment, un fablab dédié aux questions de dépassement du handicap, dans le cadre d’un Hackathon coorganisé avec la Petite Rennes dédié à un une roue motorisée amovible de l’avant d’un fauteuil roulant

Bon mais nous on balance déjà entre 40 et 150 Watt de puissance musculaire dans les pédales, a-t-on besoin d’une carte capable de balancer 100 A * 36 V =3600 W ?
C’est surdimensionné, évidemment, mais la compréhension de cette carte est aussi par ailleurs hors de portée de ma patience ou de mon cerveau, et de ceux de beaucoup d’usagers lambdas du vélo. J’ai beau avoir cherché à comprendre comment communiquer avec la carte, je me rappelle plus si on la piloter en tension, je vous laisse aller voir, mais les autres méthodes (« UART » « PPT »…) m’étaient inaccessibles.  On est dans l’Open Source, et c’est très bien, mais pas adapté au vélo et aux bricoleuses et bricoleurs moyens. Pour des raisons de budget, de complexité, et de puissance requise. Il faudrait donc dans l’idéal trouver une autre solution.

Et alors concrètement, on fait comment ?

Heureusement il y a moyen d’acheter des cartes moins puissantes et moins chères. C’est chose faite depuis quelques temps déjà. Il faut maintenant en prendre le contrôle.

Ladite carte se commande en tension. Avec une tension plus ou moins importante, entre 0 et 5V, on lui demande quelque chose ente laisser le moteur à l’arrêt et envoyer toute la purée. Ce type de commande est pratique pour un pilotage manuel. Un potentiomètre faisant office de pont diviseur de tension, brancher les deux broches des côtés sur du 5v et la masse permet à la broche du milieu d’envoyer la tension désirée.

Très pratique, sans doute très sollicité en Chine, ou le vélo est directement électrique sans assistance. Une poignée de gaz en guise de potard, et biiim, c’est parti les petits loups.
Le problème de ce pilotage  c’est qu’il n’est pas directement adapté à un pilotage électronique de la carte. Je ne sais pour ma part qu’utiliser Arduino, ou des microcontrôleurs Atmel, donc il fallait trouver une solution pour qu’un signal de sortie d’Arduino, selon certaines conditions (celles de la réglementation européenne notamment  : arrêt du moteur en cas de freinage, au delà de 25km/h ou de non pédalage) permette de solliciter la carte et le moteur. Pour avoir un signal analogique, on a du PWM à 5V : un clignotement entre 0V et 5V avec une proportion modulable de 0 ou de 5 V .

Allez zou, il nous faut transformer le PWM en vrai signal analogique. Il nous faut donc pour cela trouver de quoi lisser le signal, transformer des impulsions plus ou moins longue en proportion de la période, en tension plus ou moins haute sur une échelle de 0 à 5 V.

Ça semble simple comme ça, moi je ne savais pas faire. Et les recherches en lignes ne furent pas si simple qu’on en a l’habitude. Peu de gens documentent et publient ce genre de montage pourtant accessible à l’électronicien presque débutant. C’est cette page là et leurs auteurs que je dois remercier.
Il fallait encore adapter le montage à du 0-5V au lieu de 0-10V. (Je crois qu’une partie du montage est inutile ou peu utile, le filtre passe-bas de sortie) Après plusieurs tâtonnements sur un site de simulation, on trouve quelque chose de relativement linéaire et proche de 0-5 ici.

capture du 2019-01-11 00-57-12

Voilà, je suis content d’avoir réussi à mettre ça au point. Bientôt il n’y aura plus qu’à coder le reste des instructions sur Arduino et l’agrémenter d’un petit « digitalWrite » pour donner un ordre directement convertit en analogique pour le pilotage du moteur.

Triporteur, un peu de modélisation 3D

Publication de l’article d’origine le Cousin

La réalisation d’un objet complexe, comme un triporteur -ou plus précisément  d’un module de conversion réversible de vélo en triporteur- ne s’improvise pas. Les contraintes à considérer sont nombreuses : géométrie d’Ackermann, angles de chasse, adaptabilité à différentes dimensions et différents modèles de vélo, poids, solidité, manœuvrabilité, entre autres. J’avais déjà commencé une première ébauche de prototype, mais sans tout dimensionner au préalable. Quelques erreurs s’ensuivent. L’optimisme encourage mais n’est pas fidèle conseiller.
Pour ne pas se tromper, autant faire un plan correct dès le départ.

Quel logiciel de modélisation 3D ?

J’utilise FreeCAD pour cela. Logiciel OpenSource, développé par une communauté dynamique, il ‘na pas l’ergonomie et la facilité d’usage que certains prêtent au logiciel propriétaire Fusion360 notamment, mais a un potentiel sur le long terme, sous condition de lui donner sa chance, de ne pas aller vers le plus facile. Pour que la communauté d’usager de FreeCAD laisse sa raison d’être aux développeur. L’appel à la vertu en général ne suffit pas. Il serait salutaire d’ailleurs en politique que la conscience de l’incapacité des vœux pieux à se réaliser seuls   se diffuse, mais passons. FreeCAD fonctionne sous Linux, Fusion360 non, ce qui pour moi reste décisif. De plus, un MOOC bien ficelé m’a récemment facilité l’apprentissage de certaines fonctionnalités fondamentales de FreeCAD.

Un modèle modulaire, des parties et plans multiples

Pour s’adapter à différents modèle de vélos, et faire différentes modèle de vélocargo, il est indispensable de se donnerune capacité à redimensinner et modifier certaines parties du module. Mon parti pris est de faire plusieurs pièces distinctes, qui s’agencent les unes avec les autres, et peuvent être modifiées, customisées, peintes, réparées,  sans changer tout le reste. On peut ainsi passer d’un biporteur à un triporteur, changer la forme et la taille de la caisse, peut être même rajouter une bascule à suspension au train avant. Je pense notamment en-mancher certaines de ces pièces les unes dans les autres, avec plus ou moins de profondeur pour s’adapter aux dimensions requises. Une tige filetée assure un réglage fin de cette profondeur, et un boulon de serrage supprime le jeu du télescopage.

On peut ainsi considérer plusieurs parties bien définies :

vue tube arrière

1) Le tube arrière : (à partir d’un profilé carré) il vient se boulonner à la platine servant

habituellement d’attache béquille, et s’en-manche dans le tube central.Il faudrait le courber si un moteur au pédalier est à contourner. Un écrou soudé au tube permettrait de stabiliser et régler finement la profondeur du téléscopage

tube central

2) Le tube central :  celui-dans lequel s’encastre et plonge

un tube de direction récupéré aligné au tube de direction du vélo. Le tube de direction récupéré est connecté à la fourche. Il a deux fonctions : d’une part il tourne avec elle et transmet la direction aux roues par des biellettes situées sous le tube. D’autre part il même temps qu’il constitue un deuxième point d’ancrage, d’attache entre le module et le vélo, en plus de la platine porte béquille.

tube central vue 2

L’alignement des deux tubes de direction est difficile mais crucial : sans lui le guidon ne tourne plus, ou cas extrême, la direction se rompt. Deux paramètres sont modifiables pour assurer cet alignement : la profondeur de téléscopage des tubes arrière et central, et l’angle d’encastrement du tube de direction dans le tube central.

La potence dans le tube de direction est soudée à une platine dans laquelle deux fentes permettent de faire coulisser le système de fixation de la fourche : un axe de 9 mm passe dans la fourche et dans un tube rond soudé à un profilé U, tordu vers l’intérieur. Ce profile est troué en deux points correspondant à l’écart entre les fentes pré-citées. La fourche peut ainsi se fixer à la potence quelle que soit le pas de chasse de la fourche*

attache tube - fourche.pdf
attache tube - fourche contreplongée.pdf
attache tube - fourche vue latérale.pdf

* Le pas de chasse : ce petit espacement indiqué sur l’image (merci au Youtuber de Science étonnante pour cette image)

chasse-vc3a9lo

Pour permettre un bon réglage de l’angle de chasse, il faut élargir un peu un premier trou réalisé à la scie cloche, vers l’avant et l’arrière. Un angle de chasse fait généralement 12 à 15 degrés. Faire d’abord deux petits points de soudure permettra un assemblage encore malléable, c’est à dire de modifier un peu l’angle. L’angle est bon une fois que les tubes central et arrière (ce dernier étant préalablement boulonné à la platine porte-béquille) n’oscillent plus quand on tourne le guidon.

Le tube avant : (à partir d’un profilé carré). Celui sur lequel on va faire reposer la caisse. Il s’encastre dans le tube central lui aussi. Son autre extrémité peut être traversé par un autre tube de direction pour réaliser un biporteur, ou attaché à un système de train avant pour un triporteur.

La caisse : bois et armature métal par exemple, forme encore à concevoir, mais le champs de possible est vaste et limité par la seule imagination.

Train avant : outre la possibilité évoqué d’un biporteur, on peut préférer un triporteur. Deux roues avant donc. Les contraintes de géométries concernant les biellettes et pattes de biellettes sont plus complexes que pour un biporteur. Heureusement, certains ont préparé le terrain, depuis la préhistoire des internets déjà, avec des documents tableurs de dimensionnement, permettant de tester l’écart entre un ensemble d’hypothèse et l’idéal que représente la géométrie d’Ackermann, aussi appelé l’épure de Jantaud : la concourrance des axes de chacune des trois roues.
On pourrait aussi envisager un train avant plus élaboré, stabilisant le véhicule par un système de bascule et de suspension On pourrait ainsi se pencher un peu dans les virage, tel une bicyclette, ou rester droit malgré l’exposition des roues avant à un terrain accidenté ou une topographie asymétrique. A étudier éventuellement. La tâche est néanmoins complexe et longue, et le train avant gagnerait un poids conséquent.

La suite viendra dans  des articles à venir, patience.