Introduction
Nos expériences nous ont amené à faire successivement trois versions de nos vélos.
Pour moi, Cécile, l’histoire a commencé lorsqu’un cycliste allemand m’a fait essayer le vélo couché qu’il avait fabriqué. J’ai beaucoup aimé, mais j’ai mis longtemps à m’offrir un tel vélo, plus onéreux qu’un vélo droit.
En 2016, après des mois de recherche, comparaisons, et quelques essais de tous les vélos couchés que je peux trouver, mon choix s’arrête sur un StreetMachine Gte de chez HP Velotechnik que j’achète d’occasion.
Pourquoi ce choix ? Car ce vélo, suspendu à l’avant et à l’arrière, est très confortable, efficace, stable, maniable, robuste et suffisamment haut pour que je me sente en sécurité dans le trafic.
Je l’ai beaucoup apprécié en vélo musculaire, mais l’envie d’aller plus loin, plus vite et le plaisir de le bricoler m’amènent à réfléchir à l’ajout d’un moteur et d’un panneau solaire pour l’autonomie.
En 2018, je vais glaner des informations au départ du Sun Trip à Lyon. Ces aventuriers me font rêver lors de leur départ pour la Chine. Je remercie encore Michel Olchewsky d’avoir eu la gentillesse de me présenter en détail son propre vélo, très abouti.
Premier épisode : nos vélos solaires en 2019 = 1 panneau 100 Wc
Le vélo de Cécile – 2019
Vélo StreetMachine Gte (HP Velotechnik), moteur réducté roue arrière Xofo 350W, batterie 48V 10,5Ah (capacité : 500 Wh), contrôleur chinois basique 48V 20A, 1 seul panneau SunPower 100Wcrête (4×8 cellules, environ 1€/Watt), 1 régulateur solaire chinois CTKEV300.
Comme je n’ai pas beaucoup de force, j’ai voulu construire un vélo léger, capable de résister aux chutes qui se produiront inévitablement et transportable en voiture ou en train, donc démontable rapidement. En outre, mon vélo doit pouvoir facilement passer dans l’ascenseur de notre immeuble !!! C’est aussi un défi !
Ainsi le moteur est le plus léger de sa catégorie.
De même la structure porteuse des panneaux solaires, facile à démonter, avec un encombrement réduit, portera un panneau de 4×8 cellules, soit de 0,50 x 1 m. Je la fabrique avec des piquets de tente en fibre de verre, y ajoute un système de haubans pour qu’elle offre souplesse et stabilité. J’aboutis au résultat d’un panneau légèrement courbé. Ceci est une mauvaise idée: l’efficacité du captage solaire est bien moins bonne que lorsque le panneau est plat, permettant à chaque cellule de recevoir ainsi la même intensité lumineuse.
Retour d’expérience Cécile – 2019
A l’usage, le vélo est très agréable : je gravis quelques cols vers Mont Cenis et j’assiste à l’arrivée du Sun Trip à Lyon en 2019. Ce vélo est très maniable en restant compact, sa structure est très stable et robuste aux chocs, il est léger, avec un poids total d’environ 25kg.
Néanmoins, je réalise qu’il n’est pas suffisamment motorisé pour la montagne : le panneau de 100 Wc et la batterie de 500 Wh, parfaits les beaux jours d’été, sont un peu justes lorsque la météo est médiocre.
Le vélo de Victor – 2019
Vélo droit, moteur réducté 250W roue arrière, batterie 36V 11Ah (capacité 400 Wh), contrôleur chinois basique 36V 20A, 1 régulateur solaire chinois CTKEV300 + remorque avec panneau solaire. Le vélo droit de Victor tracte une remorque mono-roue de 16 pouces dont il modifie l’attelage (système avec cardan en bois) pour l’ancrer au porte-bagages.
Retour d’expérience Victor – 2019
Victor aboutit à la conclusion qu’un tel attelage le prive de prendre le train et que la remorque n’est pas assez stable et robuste pour un voyage en autonomie de plusieurs jours. De plus, sa posture sur le vélo génère des douleurs importantes sur le fessier et des fourmis dans les poignets au fil des kilomètres. Enfin, l’ombre portée du cycliste sur la remorque contrarie significativement le captage du soleil.
Cette expérience le conduit chez Cyclociel à Villeurbanne où il essaie différents types de machines, et en particulier des trikes qu’il écarte pour plusieurs raisons: une garde au sol trop basse qui met le visage au niveau des essieux des roues de camion, la nécessité de compenser physiquement le dévers de la route, les 3 traces de roues sur la chaussée qui captent beaucoup plus d’irrégularités de terrain, l’accès impossible à certaines pistes cyclables. Victor fait alors, lui aussi, le choix d’un vélo couché, et en particulier du StreetMachine Gte de HP Velotechnik. Choix jamais renié, nous l’apprécions encore aujourd’hui, à chacune de nos sorties pour sa position confortable, excluant toute douleur en particulier grâce à un guidon offrant une position basse des bras.
Nous observerons plus tard que la roue arrière des trikes supporte des efforts très importants dans les virages ce qui engendre nombreuses casses de rayons. Cela viendra conforter notre choix du 2 roues.
Épisode 2 : nos vélos solaires pour le Sun Trip France 2020 = 2 panneaux de 100 Wc
Nous avons décidé de doubler la surface de panneaux solaires pour bénéficier d’un potentiel solaire plus important et gagner en autonomie: 2 panneaux SunPower 100W crête.
Le vélo de Cécile – 2020
Vélo StreetMachine Gte, même moteur réducté 350W roue arrière, même contrôleur chinois basique 48V 20A, nouvelle batterie 48V 21Ah (1000 Wh), 1 régulateur solaire chinois CTKEV300.
Nouveaux défis : Malgré une longueur double de la précédente, la structure doit rester facilement démontable, compacte lorsqu’elle est démontée, légère souple et ne doit pas gêner la vision lorsque je roule.
Je réalise cette structure avec des piquets pour arceaux de tente, en aluminium pour davantage de légèreté. Le point d’appui à l’avant du vélo se fait sur la bôme, par une structure en bois fixée par deux colliers de serrage et par une autre structure en carbone, en forme de T fixée par des colliers utilisés en modélisme sur des hélicoptères.
L’ensemble est mis sous tension par des haubans de longueur réglable. La stabilité n’est pas négociable. Une structure qui oscille ou dont les oscillations sont trop lentement amorties, peut provoquer des chutes ou des écarts sur la route, donc mettre en danger le cycliste. De plus, des efforts importants de cisaillements sur une structure conduisent à la rupture de celle-ci, tôt ou tard. Le panneau est fixé à l’aide de vis et de 6 écrous papillons sur chaque longueur. Ainsi je peux rapidement démonter ma structure et la transporter dans un sac à dos léger que j’ai confectionné, et que je transporte dans mes sacoches.
En ne dévissant qu’un côté de mes panneaux je peux orienter celui-ci à l’aide d’une cale que je viens placer entre les armatures et le panneau.
Retour d’expérience Cécile – 2020
A l’usage, dévisser mes 6 écrous papillons tous les soirs me lasse et je préfère finalement orienter directement mon vélo en lui choisissant un point d’appui adapté. Une structure orientable doit être rapide et facile à manœuvrer.
Le T en carbone de la structure porteuse des panneaux se fend sous l’effet du gonflement d’une petite pièce de bois (à cause de l’humidité) qui s’y insère et qui supporte les arceaux en alu. Une ligature improvisée faite de colliers plastique résoudra la défaillance.
Le vélo de Victor – 2020
Vélo StreetMachine Gte, moteur réducté Xofo 500W roue avant, même contrôleur chinois basique 48V 20A, nouvelle batterie 48V 21Ah (capacité 1000Wh), 1 régulateur solaire chinois CTKEV300.
Victor préfère un moteur roue avant 20 pouces car il souhaite conserver le système Dual Drive 3 vitesses intégré au moyeu de la roue arrière (26 pouces).
L’installation des panneaux sur la structure porteuse est très facile. La recherche de légèreté et de robustesse le conduit à écarter les profils Bosch, trop lourds à son goût. Il retiendra les profilés en U en aluminium (achetés en magasin de bricolage). Il en faudra 4 par poteau pour assurer la rigidité droite-gauche et avant-arrière et permettre une redondance en cas de détérioration accidentelle. En outre, l’encombrement total de la machine, y compris ses panneaux orientables et démontables, doit permettre au vélo de rentrer dans l’ascenseur de notre immeuble !
Les panneaux sont fixés sur une « poutre » horizontale en bois, elle-même enfichée sur des gonds de porte. Les montants sont fixés sur la bôme à l’aide de deux mâchoires maison, en bois. Leur capacité à tourner autour de la bôme limite le risque de casse en cas de choc ou de chute du vélo. Un système de haubans en cordelette, léger et solide, rigidifie l’ensemble tout en offrant une certaine souplesse.
Retour d’expérience Victor – 2020
Durant 5 semaines, les 2 vélos sillonnent sans problème majeur les 3200km du Sun Trip France 2020. Voici nos observations:
- A l’usage, le moteur réducté démontrera sa performance dans les montées, avec en corollaire, une tendance au dérapage lorsque l’adhérence est réduite (gravillons par exemple) surtout lorsque le vélo est chargé.
- La structure porteuse des panneaux est éprouvée lors d’une chute dans la vallée du Rhône, sans dommage. Quoiqu’il en soit, sa réparabilité est assurée très facilement : en cas de casse d’un profilé en U, il est possible de l’armer avec un morceau de bois et de ligaturer avec de l’adhésif et/ou de la ficelle. Les pièces de rechange se trouvent facilement dans de nombreux pays.
- La béquille du vélo cède et sera réparée avec un tube en acier.
- Les vélos révèlent néanmoins leur limite dans le rechargement solaire des batteries : les 2 vélos avancent moins vite que les autres machines et imposent des journées de pédalage plus longues. Ce voyage permettra de définir la surface idéale des panneaux solaires : 0,8m de large par 2,10m de long.
- De plus, la forte canicule de l’été 2020 impose, pour le futur, de prévoir une protection solaire sur le bas des jambes et sur les bras via des panneaux plus longs et plus larges.
- Victor expérimente l’orientation des panneaux à la main en roulant mais constate que le vent peut aussi les faire pivoter, avec les risques que cela représente. La conclusion qu’il en tire est que l’orientation doit être rendue possible à l’arrêt, mais pas pendant le roulage où des ficelles supplémentaires doivent bloquer le panneau en position bien horizontale pour éviter toute prise au vent.
Mon envie de faire le Sun Trip Alpes 2022 enclenche la préparation de la version 3 de nos vélos…
Épisode 3 : nos vélos solaires pour le Sun Trip Alpes 2022 = 2 moteurs
Les ascensions prévues pour cette aventure imposent de renforcer sensiblement la motorisation des 2 vélos.
Caractéristiques communes aux 2 vélos :
- 2 moteurs indépendants, avec chacun son contrôleur et son écran,
- nouveau panneau 300Wc de 6×15 cellules en 1 seul panneau,
- batterie du vélo conservée 48V 21Ah (1000 Wh),
- 1 régulateur solaire chinois CTKEV300.
Le vélo de Cécile – 2022
Choix : 2 moteurs réductés roue avant et arrière 500W chacun, 1 gâchette roue arrière, coupure du moteur avant sur poignée de frein avant, coupure moteur arrière sur poignée de frein arrière. 1 sonde de température sur l’un des 2 moteurs. Pas de Statorade (fluide de refroidissement).
Pour cette version de vélo j’abandonne la structure en arceaux souples pour mon panneau. Je rejoins le choix de Victor d’une structure facilement orientable et réparable. Par contre, je choisis de construire une structure qui me laisse une vue bien dégagée, sans montants dans le champ de vision, en faisant une “fenêtre triangulaire”.
Pourquoi ne pas avoir installé un seul moteur de 1000W? Pourquoi ne pas choisir de moteur pédalier? Pourquoi ne pas choisir de moteur direct drive avec régénération ?
Yannick Aspe et Béa Cazanave nous avaient alertés sur le problème que présente la simple motorisation. Outre qu’une redondance sur les moteurs permet de se sentir en sécurité en cas de défaillance d’un des moteurs, il faut considérer la meilleure efficacité d’une double motorisation. En effet pour fournir une même puissance le courant total consommé sera, a priori, le même sur une double motorisation de 500W ou sur une simple motorisation de 1000W. En réalité, le fait de répartir ce courant total en 2 flux pour alimenter les 2 moteurs, permet à ceux-ci de beaucoup moins chauffer et de fonctionner avec un meilleur rendement. Un seul moteur, traversé par un courant plus fort, chaufferait en montée, lorsque l’appel de courant est intense.
Un moteur pédalier me paraissait être un excellent choix, mais je ne l’ai pas retenu pour ne pas ajouter de poids sur ma bôme qui subit déjà des efforts importants au pédalage, il me semble. (Même si ce n’est que moi qui pédale!)
Questionnement sur l’utilité de la régénération
Le sujet de la régénération est difficile à trancher. Certes, nous sommes souvent à l’affût de la moindre charge électrique à stocker dans nos batteries, et ne pas régénérer en descente représente une perte d’énergie qui fait regret. Par contre, l’expérience démontre qu’en cas de beau temps, le panneau fournit de l’énergie en quantité suffisante. Ainsi la régénération devient alors problématique et impose une gestion de la charge de la batterie: lorsque celle-ci est entièrement ou presque chargée en haut d’un col, il faut pouvoir dissiper l’énergie fournie par la régénération à la descente, pour ne pas endommager la batterie. Par contre, bénéficier du freinage du moteur direct drive est un réel confort.
Enfin, considérant le surpoids des moteurs direct drive et leur couple un peu moins bon que celui des moteurs réductés, je décide de ne pas choisir ce type de moteur. Pour mes petits muscles, le poids d’une roue est un souci lorsque je dois la démonter et la manipuler, ou manipuler le vélo. C’est un choix qui peut éventuellement être remis en question.
Le vélo de Victor – 2022
Double motorisation: moteur réducté roue avant 500W + nouveau moteur pédalier Tongsheng TSDZ2 48V 750W
Attaché au moyeu Dual Drive 3 vitesses sur la roue arrière, Victor n’a pas d’autre choix qu’un moteur pédalier. Il choisit le TSDZ2 avec capteur de couple, l’installation en bout de bôme se réalise facilement en bricolant un collier en aluminium pour empêcher le moteur de pivoter. Il préfère le Tongsheng au Bafang BBS02, pourtant plus puissant mais plus lourd, point important lorsqu’il est installé en bout de bôme. A l’usage, le moteur avec capteur de couple impose un pédalage plus appuyé ce qui peut générer plus de fatigue en fin de journée, il ne faut donc pas hésiter à augmenter un peu le niveau d’assistance. Il a installé la gâchette pour les démarrages et éviter les dérapages de la roue avant. Ce moteur est aussi très efficace pour rouler à l’économie d’énergie en cas de mauvais temps, sur la première position.
Pour la structure, 4 ficelles supplémentaires à chaque angle avant et arrière viennent immobiliser le panneau en roulant tout en permettant l’orientation à l’arrêt. L’ensemble est abaissé de 15cm pour réduire la prise au vent, parfois problématique.
Retour d’expérience 2022 : la double motorisation
La température maximum du moteur relevée lors de ce Sun Trip dans les Alpes a été de 80°C. Cela signifie que notre double motorisation fait ses preuves : le rendement est très bon car peu d’énergie est perdue sous forme de chaleur.
Retour d’expérience : charge solaire avec le régulateur CTKEV-300
Sur cette version 2022 de nos vélos, un problème se pose : la tension en circuit ouvert du panneau (Vco ~60V) dépasse la tension de pleine charge de la batterie (54,6V). Le régulateur Boost CTKEV300 se base sur le fait que la tension panneau Vco doit être inférieure à la tension batterie pour couper la charge. Or ce n’est pas notre cas donc en fin de charge, le chargeur laisse passer le courant du panneau vers la batterie et la batterie continue à se charger. Dans notre cas, au-dessus de 54,6V le BMS de la batterie se met en sécurité et ouvre le circuit de charge. Ouf on est protégés (car on a bien branché le chargeur sur la prise recharge de la batterie). Mais il n’est pas question d’utiliser la sécurité du BMS en fonctionnement normal, et nous prenons la décision de construire un circuit de coupure en fin de charge à l’aide d’un Arduino nano 3.3 BLE et d’un relai bi-stable (aucune consommation de courant) positionné en série entre la sortie du chargeur et la batterie.
L’algorithme ouvre le relai lorsque la tension batterie atteint 54,6V, et referme le relai lorsque la tension batterie descend en dessous de 54,0V.
Attention, pour éviter tout arc électrique sur le relai lors de sa fermeture, l’algorithme vérifie aussi que la tension panneau (en sortie du chargeur) est supérieure à 40V avant de fermer le relai.
Il y a quand même un avantage à avoir un panneau avec tension élevée, plutôt que deux panneaux en parallèle : le boost du chargeur n’a pas trop de travail pour remonter le tension Vmpp du panneau (ici 45V environ) vers la tension batterie (54,6V), ce qui évite des pertes en tension. D’autre part le courant panneau est deux fois moins élevé qu’avec deux panneaux en parallèle : le chargeur ne chauffe pas du tout dans notre cas.
L’Arduino nous permet aussi, à l’aide de deux capteurs de courant (ACS758) de mesurer le courant côté panneau (recharge) et moteurs (décharge), ainsi que les tensions panneau et batterie. Nous pouvons donc en déduire les puissances, énergies journalières, etc…
Relié au téléphone par Bluetooth BLE, nous développons une application Androïd qui nous permettra d’enregistrer toutes ces données, ainsi que la géolocalisation grâce au GPS du téléphone.
Nous pouvons partager le schéma électrique et les logiciels Arduino et Android sur demande.
Conclusions
Nos vélos sont aboutis et se sont révélés parfaitement adaptés au Sun Trip Alpes 2022 riches en ascensions montagneuses. Pendant cette aventure, consommation et production d’énergie se sont équilibrées, nous n’avons jamais rechargé au secteur. La vitesse de circulation constatée sur le plat approchait les 30km/h, entre 15 et 20km/h dans les montées des cols, ce qui nous semble prudent pour circuler sans former un obstacle trop irritant pour les automobilistes et sans prendre de risques trop grands en cas de chute. (heureusement, nous n’avons jamais vérifié ce point)
Nous n’envisageons pas de modification majeure, mais je réfléchis à l’installation d’un déflecteur avant pour gagner en aérodynamisme frontal et latéral. Nous avons pris conscience de l’importance des pneus et du rayonnage, point à surveiller pour aller loin.
De manière générale, l’entretien et la surveillance de la mécanique est un point important.
Un autre point important est de veiller à bien protéger l’électronique de l’humidité en couvrant de plastique, la nuit tous les éléments délicats, pour éviter la rosée ou la pluie.
Encore une petite chose: Nos appareils de mesure, nos chargeurs, convertisseurs, nos câbles… sont maintenus par des colliers élastiques qui leur permettent de se déplacer lorsqu’on les heurte, plus ou moins fortement. Pas de fixations rigides pour éviter la casse. Les élastiques sont faciles à démonter et réinstaller si nécessaire. Autant de temps et d’énergie préservés!
Toujours est-il que nos vélos sont puissants, confortables, maniables, véloces et offrent une autonomie alléchante. Autant de qualités à la mesure de nos envies de petites routes, de paysages somptueux, sans contraintes aucune.
Annexes
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