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Vélos à assistance électrique : ZF améliore la réactivité des moteurs

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Vélos à assistance électrique : ZF améliore la réactivité des moteurs

Avec la popularité croissante des vélos électriques, les fournisseurs des systèmes qui équipent ces vélos se sont fixé comme objectif d’optimiser la puissance et les performances de leurs systèmes d’entraînement. Afin d’apporter la meilleure assistance au cycliste, ils utilisent des capteurs qui produisent des données pour adapter la puissance du moteur à la vitesse globale.

Le marché du vélo, traditionnel ou électrique, est en pleine croissance. D’après une étude récente sur le portail en ligne Statista, en Allemagne, 44 % des personnes interrogées enfourchent leur vélo plusieurs fois par semaine. Et il s’agit de plus en plus de vélos électriques. Ceux-ci sont dotés de systèmes d’entraînement d’une grande technicité. Parmi tous les systèmes de motorisation existants, le moteur central (ou moteur pédalier) s’est imposé grâce à l’équilibre judicieux de ses caractéristiques d’entraînement. Le moteur doit en permanence adapter la façon dont il réagit aux efforts du cycliste et à son environnement. Ceci est rendu possible grâce à différents capteurs : couple, inclinaison et vitesse. Ce dernier fournit des données en temps réel à l’unité de commande du moteur pour assister le cycliste en fonction de chaque situation. Comme son nom l’indique, le capteur de vitesse sert à contrôler la vitesse. Il sert également à arrêter le moteur à partir de 25 km/h pour les vélos Pedelec et 40 km/h pour les Speed Pedelec. Les capteurs de couple et de vitesse servent en outre à ajuster la puissance utile du moteur, en fonction de la vitesse de déplacement et de la force exercée sur les pédales.

Capteurs de vitesse pour moteurs pédalier

Actuellement, deux technologies de capteurs de vitesse dominent l’industrie du vélo électrique : les technologies Reed et Hall. Dans les deux cas, le capteur, monté sur le cadre de la roue arrière, mesure la vitesse de rotation.

On trouve les interrupteurs Reed dans divers secteurs et applications. Faciles à utiliser et peu coûteux, ils présentent des avantages indéniables. Ils n’ont en outre pas besoin d’une source d’énergie supplémentaire. Scellés hermétiquement, les interrupteurs sont étanches à la poussière, à l’huile et à l’humidité. Combiné à un aimant externe, l’interrupteur Reed est le système de mesure de vitesse le plus utilisé sur les vélos électriques. C’est un système d’une grande simplicité. Un aimant permanent est monté sur un rayon de la roue arrière du vélo. À chaque tour de roue, l’aimant passe devant l’interrupteur Reed. L’interrupteur est fixé au cadre du vélo et envoie un signal électrique via un câble dès que l’aimant entraîne le contact. L’unité de commande du moteur recalcule la vitesse par tour de roue.

Du fait de son principe de fonctionnement et contrairement à l’interrupteur Reed, le capteur Hall nécessite une alimentation externe en courant continu. Les capteurs Hall peuvent donc être considérés comme des capteurs actifs dans la mesure où ils ont besoin d’électronique intégrée pour le traitement du signal. L’avantage des capteurs Hall tient dans leur fiabilité et leur petite taille. Ils résistent à la poussière, à l’humidité et aux chocs jusqu’à 35 g. Dépourvus de pièces mobiles, ces capteurs ne subissent ni usure ni frottements. Leur durée de vie est, de fait, quasi infinie.

Contrairement à l’interrupteur Reed, qui fonctionne avec un aimant externe, le capteur Hall de ZF vise directement un disque de vitesse. Soit ce disque est fixé à côté du disque de freinage, soit ce dernier est modifié et directement visé. L’angle de rotation et l’entrefer entre le capteur et le disque doivent être coordonnés. Le disque doit être fabriqué à partir d’un matériau ferromagnétique avec des fentes à intervalles réguliers. Quand le capteur détecte un changement de champ magnétique, il envoie des signaux électriques via des câbles à l’unité de commande. La disposition et la conception du disque de vitesse sont définies par le constructeur du moteur en fonction des exigences spécifiques en matière de positionnement et de niveau de résolution. Si on choisit un disque de vitesse supplémentaire, celui-ci doit être fixé au moyeu, à côté du disque de frein et à quelques millimètres seulement du capteur Hall. Si le disque de frein est directement visé, il doit également être pourvu de fentes à intervalles réguliers pour déclencher le signal.

Le système complet avec disque et capteur Hall offre des avantages considérables en termes de sécurité de fonctionnement, de résistance aux manipulations et de réactivité du moteur, par rapport au système classique avec interrupteur Reed associé à un aimant externe.

Sécurité de fonctionnement

L’amélioration de la sécurité de fonctionnement peut être attribuée, d’une part, aux caractéristiques du capteur Hall et, d’autre part, au système dans son ensemble. Le capteur est inusable, il résiste à la poussière et aux vibrations. Le capteur est donc parfait pour une utilisation tout-terrain. Le capteur de vitesse et le disque de vitesse sont en outre entièrement intégrés au cadre du vélo et à l’axe de la roue, ce qui permet une mesure fiable de la vitesse. Dans les systèmes classiques, les aimants externes sur les rayons sont en revanche davantage susceptibles de s’écarter de leur position initiale, avec une incidence négative sur la mesure de vitesse.

Réactivité du moteur

Le principal avantage de ce système de vitesse qui en fait un argument de vente unique est la résolution élevée de la mesure de vitesse. Contrairement à un interrupteur Reed qui n’envoie qu’un signal par tour, le capteur Hall avec disque de vitesse peut en générer au moins 30. Le nombre de tours dépend de la conception du disque et des contraintes liées à la résolution souhaitée. Le capteur détecte les fentes sur le disque et envoie un signal par fente. Le moteur réagit ainsi beaucoup plus rapidement aux changements de vitesse et apporte au cycliste une assistance plus dynamique. À très faible vitesse ou dans les démarrages en côte, le capteur peut détecter des accélérations même très légères et faire réagir le moteur plus rapidement. Ceci se traduit par une meilleure coordination de l’assistance.

Meilleure résistance aux modifications

Si on analyse et on compare les statistiques allemandes entre 2014 et 2017, on constate que le nombre d’accidents (mortels ou non) chez les utilisateurs de vélos électriques a plus que doublé, passant de 2213 à 5115. On estime qu’en Allemagne, un vélo électrique sur trois a été modifié pour dépasser sa limite de vitesse. Il en résulte que les cyclistes inexpérimentés sont confrontés à des distances de freinage plus longues, et les montées, les descentes et les virages nécessitent beaucoup plus d’effort. Le nombre d’accidents augmente régulièrement. Les membres du consortium allemand Fahrradwirtschaft (AGF) ont décidé de dénoncer toutes les formes de modifications des systèmes d’entraînement des vélos électriques dans l’industrie mondiale du vélo. Leur objectif est d’améliorer constamment les systèmes d’entraînement pour empêcher toute modification.

Il existe différentes techniques pour augmenter la limite de vitesse. L’une d’elles consiste à fixer à la fourche du pédalier un circuit électronique qui filtre le signal reçu par le capteur pour que celui-ci ne détecte qu’une impulsion sur deux. Cela permet de doubler l’assistance électrique par rapport à celle programmée. Une autre solution consiste à récupérer le signal du capteur à un autre endroit. Cela a généralement lieu au niveau de la vis qui relie la pédale et la manivelle de pédalier. Dans le cas d’un système classique, l’aimant externe sur le rayon est retiré et remplacé par une vis magnétique sur la pédale. Le capteur Reed est repositionné pour réagir au champ magnétique de la vis. La pédale tourne moins vite que la roue. L’unité de commande capte moins d’impulsions de signal et calcule donc une vitesse inférieure à la vitesse réelle. Le moteur continue alors à entraîner le vélo, même au-delà de la vitesse maximale autorisée. Ce type de modification peut être empêché avec le capteur Hall associé au disque de vitesse.

Le développement de l’ABS

Outre les nombreuses innovations dans les domaines de la connectivité et de l’assistance électrique pour les vélos, le système ABS prend également de l’ampleur sur le marché. Le capteur Hall avec disque de vitesse supplémentaire ou disque de frein modifié est la solution privilégiée pour ce type d’application. Lors du freinage, sa résolution élevée permet une mesure précise des changements de vitesse sur chacune des roues. L’unité de commande ABS peut ralentir les roues de façon coordonnée et contrôlée grâce aux valeurs de vitesse mesurées. Cela permet d’éviter que le cycliste tombe ou passe par-dessus son vélo lors d’un freinage d’urgence. L’augmentation du trafic dans les villes rend le freinage d’urgence de plus en plus fréquent. D’où l’augmentation du besoin et de la demande pour les systèmes ABS, en particulier pour les vélos de ville électriques, afin d’assurer la sécurité des cyclistes en zone urbaine.

https://switches-sensors.zf.com/fr/produit/capteurs-de-velo-electrique/

2020-10-05T12:29:03+02:00

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