Vélo électrique, épisode 1 : la génèse du projet

Commençons par le commencement…

Tout a commencé durant une banale balade en vélo durant l’année 2014. A quelques kilomètres de chez moi, sur le chemin du retour, j’aperçois une épave de trottinette électrique jetée dans un fossé. A en juger de son état, la pauvre devait bien être là depuis plusieurs semaines. A première vue, c’est une trottinette assez bas de gamme à en juger par son moteur DC et non brushless ainsi que les deux batteries au plomb 12V/7Ah qui l’alimentaient.

Néanmoins, la tentation est grande de la récupérer pour jouer avec, même si je n’en ai pas vraiment l’utilité. Une fois arrivé chez moi, je repars donc en voiture et débarrasse l’accotement de cette épave. Je retourne alors à la maison tout guilleret de ma trouvaille.

Je me déplace déjà assez souvent à vélo, mais je pourrais le faire encore plus. L’été, je ne peux m’en servir que pour me rendre dans des endroits où il n’est pas gênant d’arriver dégoulinant de sueur. L’hiver, c’est à peu près la même chose dès lors qu’une petite montée s’insère sur le parcours, sans compter le froid durant la descente suivante. Pour terminer, ayant l’habitude de faire régulièrement le même trajet, je suis vite lassé par la monotonie de la piste cyclable. Rouler un peu plus vite ne me déplairait pas. L’idée de récupérer ce moteur pour l’installer sur mon vélo germe donc assez vite. Les batteries sont probablement en mauvais état, mais j’en ai d’autres de récupération : ce n’est pas un problème.

La plaque signalétique du moteur indique la référence “MY1016”, 24V, 250W. Une recherche sur Interne m’indique que c’est un moteur DC chinois assez répandu.

Commence alors le casse-tête pour accoupler mécaniquement le moteur sur le vélo. Je cherche en premier lieu un moyen de transmettre le mouvement au pédalier ou même directement à la chaîne, sans grand succès. Je tente un accouplement à la roue arrière en réutilisant les poulies et la chaînes de la trottinette, mais malheureusement, ce n’est pas non plus très concluant :

La grosse poulie qui était solidaire de la roue arrière de la trottinette est fixée assez salement sur les rayons de la roue du vélo :

C’était assez prévisible : ça ne fonctionne pas pour plusieurs raisons :

  • L’alignement des deux poulies est exécrable : en particulier, la grosse ne tourne pas rond du tout, ce qui n’est pas vraiment étonnant compte tenu de la manière dont je l’ai fixée. Cela entraîne un déraillement très fréquent de la chaîne.
  • Le diamètre de la roue de vélo est bien supérieur à celui de la trottinette. Il aurait donc fallu un rapport de réduction également supérieur pour conserver le couple et la vitesse d’origine. Là, le moteur fait tourner trop rapidement la roue, avec un couple insuffisant.

J’ai alors l’idée de conserver toute la mécanique d’origine de la trottinette (moteur, roue, supports…) et d’utiliser la roue comme un galet frottant sur celle du vélo, à la manière des anciens vélos Solex. Je remonte donc le système comme à l’origine :

On remarque ci-dessous en rouge une pièce que j’ai fabriquée pour tenir les deux batteries. Avant, elles étaient fixées plus loin sur le chassis, sur une partie que j’ai retirée car non nécessaire.

Cette partie de la trottinette était reliée au reste de son châssis grâce à un pivot et un amortisseur. Je réutilise l’axe du pivot, en face de la flèche rouge sur la photo ci-dessous, et je fabrique une autre pièce pour fixer tout ce bazar sur le vélo. La vis du bas, verticale, vient pincer la partie triangulaire du cadre du vélo, derrière la selle, lorsqu’elle est serrée :

Je fixe deux nouvelles batteries au plomb 12V/7Ah, similaires aux anciennes :

Et c’est parti pour essayer ! Mais… Il manque quelque chose ! Je n’ai pour le moment aucun moyen de faire varier la puissance envoyée au moteur, et il est hors de question de se contenter d’un simple interrupteur en série : l’appel de courant au démarrage serait bien trop important. Je dois pouvoir doser la puissance avec un potentiomètre. Je dessine donc une petite carte avec le logiciel Eagle pour remédier à cela. Je pourrais me contenter de créer un générateur PWM avec un simple NE555, toutefois, je préfère utiliser un composant programmable pour pouvoir intégrer de futures évolutions. J’en profite pour inclure une rampe d’accélération : ainsi, même si je pousse très rapidement le potentiomètre du minimum au maximum, le moteur accélérera à un rythme raisonnable afin de limiter l’appel de courant à une valeur sensée. Je choisis un microcontrôleur PIC18F2550 que je possède dans mes fonds de tiroirs et que j’ai l’habitude de programmer. J’ajoute aussi une résistance shunt suivi d’un AOP pour mesurer le courant consommé par le moteur. La tension de la batterie est également envoyée sur une autre entrée analogique du microcontrôleur. Je ne m’en sers pas pour le moment, mais cela pourrait être utile par la suite :

Comme vous pouvez vous en douter, l’alimentation de la batterie est faite au niveau du bornier X1 et le moteur est connecté sur X2. Le transistor MOSFET N est externe et est connecté sur X3 : sa grille sur X3-1 (à droite sur le schéma), son drain sur X3-3 et sa source sur X3-2. La commande de grille étant réalisée en 5V seulement, il ne faut pas prendre n’importe quel transistor. Encore mieux, j’avais dans mes tiroirs quelques VNB35NV04 : ces composants sont des “Smart MOS”, des transistors MOS intégrant un driver, une protection contre les surcharges, les court-circuits et la surchauffe. Ils feront donc avantageusement l’affaire. Le routage est simple et tient évidemment sur une seule face :

Comme je ne suis pas très doué pour fabriquer des circuits imprimés au fer à repasser, je file (en vélo certes motorisé, mais pas encore électrifié) chez Xavier qui maîtrise cet art bien mieux que moi. Je repars avec un joli PCB qu’il ne reste plus qu’à percer puis souder. Je n’ai pas de photo avant la soudure des composants, mais voici la carte terminée :

Le transistor externe est fixé sur un dissipateur, même si avec 10mΩ de Rdson, on pourrait presque s’en passer pour une dizaine d’ampères de courant moyen. Je n’avais ce composant qu’en boîtier DPAK, c’est la raison pour laquelle il est maintenu plaqué contre le dissipateur de manière inhabituelle. Je n’avais pas de transistor suffisamment performant dans un boîtier traversant plus adapté, type TO-220 ou même TO-247.

Je peux enfin scotcher un potentiomètre sur le guidon et partir faire mes premiers essais ! Vue générale du vélo :

Il a du style non ?

Gros plan sur la partie motorisation. On voit le système de fixation au cadre : ce dernier est pincé entre les deux fers plats que l’on a vus plus haut. Le pivot permet d’avoir un système isostatique. La roue de la trottinette “tombe” naturellement sur la roue du vélo et est maintenue en appui dessus seulement grâce à son propre poids.

On voit ci-bas le circuit de commande scotché au-dessus de la batterie à droite, le transistor externe fixé sur un dissipateur plus au centre et un fusible automobile de 15A en bleu à gauche pour éviter un éventuel feu d’artifice en cas de problème.

Je mets les gaz, et… C’est bien mieux que les tentatives précédentes ! Néanmoins, le rendement n’est pas vraiment au rendez-vous : vélo soulevé, il ne faut pas moins de 75W de puissance électrique pour vaincre les frottements. Je dois justement me déplacer à une quinzaine de kilomètres de chez moi, c’est l’occasion de le tester en conditions réelles…

Sur le chemin, je suis agréablement surpris : c’est la première fois que je monte sur un vélo doté d’une assistance électrique et cette dernière est vraiment bienvenue dans les montées. Cela fait tout drôle lorsque l’on l’active pour la première fois 😀 . Comme je n’ai aucun moyen de lire le courant appelé par le moteur en roulant, ni l’autonomie restante dans les batteries, je monte toutefois les gaz avec parcimonie. De plus, la roue patine parfois, ce qui est dramatique pour le pneu du vélo. Toutefois, associé au mauvais rendement de la transmission, je ne réitère pas l’expérience et j’aurai roulé seulement 25km grâce à mon installation.

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