Un KERS sur nos cycles?

KERS, ça veut dire Kinetic Energy Recovery System. Et ça vient plus ou moins de la F1 pour l'instant.

Quelques liens pour dégrossir:

Une news sur la F1: http://www.auto-innovations.com/actualite/899.html

Un résumé des systèmes KERS: http://www.f1central.fr/imprimer-article6706.html

Elargissement du champs d'application:
http://www.elektor.fr/nouvelles/jaguar-le-volant-d-inertie-partit-en-bus-et.530891.lynkx
http://www.imaginascience.com/actualites/accueil_actualites.php?action=fullnews&showcomments=1&id=385


Pour résumer, le KERS, c'est l'équivalent de la régénération au freinage de nos VAEs, mais plutôt sous forme cinétique que sous forme électrique. Pourquoi? Ce n'est pas un secret, l'énergie cinétique, niveau densité d'énergie, on fait largement mieux. De mémoire (conférence datant de fin 2007), au mieux on peut tabler sur 10 Wh/kg (et encore, pour en arriver là il faut en général passer par des volants à vitesse supersoniques, des paliers magnétiques sans contact, etc.), ce qui est dérisoire par rapport à ce que donne à peu près n'importe quelle batterie de nos jours. Par contre, le stockage par inertie a deux points qui jouent pas mal en sa faveur: une densité en puissance très importante (autrement dit, une capacité à stocker et déstocker de manière quasi-immédiate), et un rendement en général très très bon (potentiellement de plus de 90% pour un cycle stockage-déstockage avec système énergie mécanique seulement, i.e. pas de conversion mécanique-électrique nécessaire).

Vous me direz, quel intérêt pour nous? Question à laquelle j'aurais tendance à répondre par une question, voire même plusieurs. Vous n'avez jamais fait de vélo en ville? Pesté contre ce piéton qui a eu la bonne idée de prendre la piste cyclable sur laquelle vous arriviez pour un passage piéton? Contre cette piste stupide qui laisse systématiquement la priorité aux voitures qui tournent quand elle croise une rue secondaire? Contre ce feu qui ne sert à rien ni personne juste dans un creux et qui vous casse votre vitesse? Bref, vous voyez le tableau, en ville, on a tous et toujours des trucs qui nous forcent à piler et à se fatiguer à retrouver une vitesse péniblement acquise. Et franchement, ne serions nous pas prêt à payer un ou deux kilos sur nos vélos pour pouvoir stocker une partie de cette énergie que nous avions juste avant de devoir freiner et la récupérer au moment de relancer la machine? Je ne sais pas ... moi je crois que oui.

Bon, alors ensuite, comme mes collègues qui ne comprennent rien au vélo me le faisaient remarquer, l'énergie récupérée pour passer un cycle de 30 km/h à 0 km/h est dérisoire (par rapport à ces monstres d'inefficacité énergétique que sont les F1). Certes, mais à côté de ça, la plupart d'entre nous se contentent d'un moteur qui fait grosso-modo un demi cheval pour avancer à 30 km/h (à comparer aux 400ch -à quelques haras près- d'une F1), bref, même si on parvient à stocker mille fois moins d'énergie sur nos montures que ce que stocke le KERS de ces machines à gaspiller du pétrole, ça peut être valable, vous ne pensez pas?

Bon, je reviens quand j'aurai fait quelques calculs de coins de bureau, mais j'avais envie de parler de ce qui me trottait dans la tête avant .

Hop, calcul de coin de bureau n°1:
Imaginons qu'on veuille un boost de 500W pendant 5 secondes. Il faut donc stocker 500 * 5 / 3600 = 0.7 Wh ... c'est juste pour info, pour nos calculs on veut plutôt des joules, 1 J = 1 W.s, il nous faut donc 2500 J ... ignorons le rendement pour simplifier dans un premier temps.

Energie cinétique d'un mobile en rotation: E = 0.5 mI . omega^2 ... imaginons un volant de 10 cm de rayon et de 1 kg sur 1 cm d'épaisseur, son moment d'inertie mI est grosso modo de 0.09 kg.m2 (j'espère ne pas faire de salade d'unités).

A quelle vitesse ce volant doit-il tourner pour stocker l'énergie voulue?
2500 = 0.5 * 0.09 omega^2
omega = 235 rad/s, soit grosso modo 40 tours/seconde.

Hum ... c'est rapide . Pas aberrant, de nombreux moteurs électriques tournent largement plus vite que ça, et on reste très loin du supersonique (R omega = 24 m/s). Mais pour se greffer, au hasard ... sur un axe de roue motrice en 559, qui à 30 km/h tourne à 4 tours/seconde, il faut trouver un système qui permette simplement une multiplication par 10 ... réversible ... et débrayable aisément. Hum ... pas gagné.

Mais peut-être pas impossible?

Erreur de coin de bureau n°1: Vu qu'à l'équilibre les deux roues (le volant d'inertie et la roue motrice) tournent de concert, on ne transfère pas toute l'énergie d'une roue à l'autre (et vice-versa), il doit donc y avoir un facteur 2 qui traine quelque part.

Ca fait longtemps qu'on l'a; on appelle ça la "regeneration".

Calcoran est au courant: c'est un utilisateur plutôt averti de VAE, la question est plutôt de savoir si ce ne serait pas un complément intéressant.

Pour ceux qui comparent l'énergie au freinage de la F1 et du vélo pour expliquer que cela ne servirait à rien, une réplique à 2 balles existe: lors de la relance, la même différence de gabarit s'applique, le VAE ne doit relancer que ce qu'il a freiné, et pas la F1 avec l'énergie du vélo... Logique.

Vu l'efficience des accus Lithium avec un rendement cyclique aussi supérieur à 90 % je me demande ce qu'il faut penser de ce stockage mécanique... Le surpoids, même de 2 kg, va aussi pénaliser la consommation donc l'équilibre est peut-être en défaveur de la solution double, ou pas... Tout dépendra du rendement mécanique du système, à la charge et à la décharge.

J'ai tendance à privilégier 2 kg de batteries en plus, ce qui me donne de la marge question courant de regen, mais en bonus cela donne aussi de l'autonomie.

Calcoran a écrit:

Pour résumer, le KERS, c'est l'équivalent de la régénération au freinage de nos VAEs.

Sparv a écrit:

Ca fait longtemps qu'on l'a; on appelle ça la "regeneration".

Je dirais même plus, un KERS, c'est un peu comme la régénération sur un VAE ...

...

Ou pas. La régénération en ville, c'est sympa, ça économise les freins, mais niveau énergie récupérée, si ça atteint les 5% de la charge initiale, c'est bien tout (sauf ville vraiment ultra-pentue, bien sûr). L'idée, ce n'est pas de réinventer l'assistance, avec ses 5-10 kilos de moteur-batterie-contrôleur, le besoin de charger la batterie, etc. J'ai ça sur mon VD, ça marche très bien, et effectivement entre autres choses ça rend les arrêts feu rouge/piéton/priorité mal t'à propos beaucoup plus supportable.

L'idée, ce serait donc plutôt de faire un truc qui ne donnerait que cet agrément spécifique de l'assistance, avec en échange un peu moins des inconvénients habituels de l'assistance (poids en particulier). Enfin bon, c'est tout marqué dans le premier message en fait, suffit de lire .

Oups, grillé par Cavallo Pazzo .

Par rapport au rendement, je sais ça reste à vérifier, hein, mais pour un stockage de courte durée (celle d'un feu rouge par exemple), j'imagine (naïvement) que le stockage mécanique devrait avoir l'avantage:

- mécanique: transmission roue->volant (~transmission chaine vélo monovitesse?) + transmission volant->roue + pertes embrayage-débrayage ... vu de loin comme ça je me dis que ça doit faire un rendement très correct

- électrique: rendement générateur (80%) + rendement batterie (90-95%) + rendement moteur (80%) ... 60% dans un cas vraiment idéal ... probablement plutôt 40-50% en vrai. Sans compter une limite potentielle en puissance, ça dépend un peu de l'ampérage de la batterie (avec ma 8Ah, un freinage rapide qui enverrait tout dans la batterie serait assez déconseillé, avec une 20Ah ça doit pouvoir commencer à se discuter).


Enfin bon, tout ça pour dire que mon idée saugrenue, ce serait plutôt pour ceux qui ne veulent pas d'assistance mais aimeraient quand même un petit coup de pouce à la relance après arrêt. Parce que quand on a déjà un système d'assistance complet, autant effectivement mettre 2kg de plus de batterie ou au pire quelques super-condensateurs pour absorber la surcharge temporaire.

Calcoran a écrit:

Calcoran a écrit:

Pour résumer, le KERS, c'est l'équivalent de la régénération au freinage de nos VAEs.

Sparv a écrit:

Ca fait longtemps qu'on l'a; on appelle ça la "regeneration".

Je dirais même plus, un KERS, c'est un peu comme la régénération sur un VAE ...

Il y a des jours où je ferai mieux de lire avant d'écrire.

En fait je pense que ça serait pas plus mal si je le faisais tout le temps.

Moi j'y voit un inconvénient, l'effet gyroscopique que le mouvement du volant imprime au vélo.
Soit cette effet aurait tendance a faire lever la roue avant soit à l'écraser, tous dépend du sens de rotation du volant. Cela poserais un problème aussi dans les virages je pense.

Car un volant d'un ou deux kilo tournant a 40tours minutes n'auras pas un effet gyroscopique négligeable.

LAF ! ! ... !

C'est certain, d'ailleurs les KERS des F1 sont ou ne sont pas montés (pour les écuries qui en ont) en fonction des circuits pour cette même raison.

Mon idée, c'était plutôt de stocker l'énergie lors d'un arrêt, donc le problème ne se pose pas trop. Mais effectivement, on pourrait être tenté de stocker aussi un peu d'énergie lors d'un ralentissement avant un virage serré, histoire de pouvoir relancer facilement ensuite ... et là, l'effet gyroscopique entrerait en jeu à plein.

laf_ange a écrit:

Moi j'y voit un inconvénient, l'effet gyroscopique que le mouvement du volant imprime au vélo.
Soit cette effet aurait tendance a faire lever la roue avant soit à l'écraser, tous dépend du sens de rotation du volant. Cela poserais un problème aussi dans les virages je pense.

Car un volant d'un ou deux kilo tournant a 40tours minutes n'auras pas un effet gyroscopique négligeable.

On peut compenser cet effet en faisant tourner deux rotors en sens opposé. Mais leurs axes doivent être suffisamment solides pour résister aux importants efforts de flexion. C'est en tout cas ce que j'ai lu ici

Sinon, en faisant une recherche sur gloglo avec "flywheel energy storage", vous trouverez plein d'articles intéressants.

Samural

Sparv a écrit:

Calcoran a écrit:

Calcoran a écrit:

Pour résumer, le KERS, c'est l'équivalent de la régénération au freinage de nos VAEs.

Sparv a écrit:

Ca fait longtemps qu'on l'a; on appelle ça la "regeneration".

Je dirais même plus, un KERS, c'est un peu comme la régénération sur un VAE ...

Il y a des jours où je ferai mieux de lire avant d'écrire.

En fait je pense que ça serait pas plus mal si je le faisais tout le temps.

En fait cela existait avant la F1 , dans l automobile de transport ( les bus ) , pas mal de systeme de regeneration par l hybridation ( electrique ...mais encore mecanique , ou hydraulique ) ,mais avec le bas coup du prix de l essence ca c est pas developpé .
J ai tenté des trucs ...lourd ou pas fiable .

Ah, c'était à la place de l'assistance, j'avais compris que c'était en plus, pour pallier la capacité réduite en puissance crête de la majorité des batteries actuelles.
En tant que système autonome, je serais d'accord pour un usage urbain plat ou quasi plat, puisqu'un usage en montagne sera trop limité, tandis qu'en ville c'est le sur poids de l'assistance qui gène pour ne fournir au final que quelques Wh pour les relances. Oui, c'est un créneau différent à étudier. L'alternative électrique ou plutôt le concurrent étant un Gruber par exemple, purement en consommation cette fois-ci mais très léger si l'on y adjoint un pack mini genre modélisme qui tiendra le choc côté courant de sortie et a aussi quelques Wh à offrir. Faudrait comparer. Côté efficience c'est le KERS qui gagne, mais côté efficacité c'est incertain, tout comme l'agrément.
Si l'on imagine la solution du ressort spiral, plus l'on freine plus la force augmente, ce doit être assez désagréable, et au démarrage la force va en décroissant, là par contre c'est bien. Il y a aussi ce genre de paramètre avec un stockage cinétique.

C'est vrai qu'un Gruber avec pack de modélisme ce serait plutôt pas mal comme alternative.

C'est rassurant, il y a plus dingue que moi:
http://video.google.com/videoplay?docid=-5591140509449393106#

Sinon une mise en oeuvre simple:
https://www.youtube.com/user/gyrobike#p/u/4/ru8TNQNeijA
Le but n'est pas le stockage d'énergie mais la stabilité, cela dit on voit assez bien le système dans la roue avant ...

Dans la première vidéo le gars pédale 2 minute pour trente secondes d'effet .... Donc heu pas très cool surtout qu'il force énormément....

Dans la deuxième vidéo il s'agit d'un système Gyroscopique pour aider a maintenir le vélo droit.

LAF ! ! ... !

Le premier est fou, avec un seul volant c'est un truc inconduisible et dangereux, il en faut deux contra-rotatifs...
Il n'a pas trop lu les exemples sur la toile.
Le second est marrant, il y a manière à creuser pour un pliant très stable et accumulant un peu d'énergie. De plus un pliant correspond bien à l'usage urbain je pense.
Voir le modèle de Brennan: http://www.sil.si.edu/digitalcollections/trade-literature/scientific-instruments/pdf/sil14-51673.pdf
Ce texte est géant aussi:
http://www.catskillarchive.com/rrextra/odgyro.Html
Celui-ci, pas lu encore:
http://www.umich.edu/~arclab/max/media/gyrovehicle.pdf

laf_ange a écrit:

Dans la première vidéo le gars pédale 2 minute pour trente secondes d'effet .... Donc heu pas très cool surtout qu'il force énormément....

Dans la deuxième vidéo il s'agit d'un système Gyroscopique pour aider a maintenir le vélo droit.

LAF ! ! ... !

la premiere , apparement il y en as plusieurs c est des tests .

la deuxieme , http://www.flickr.com/photos/civex/3577739558/ c est la version adulte .

http://www.sciencefriday.com/videos/watch/10400
et revolution "sans chasse" ca marche
http://www.sciencefriday.com/videos/watch/10376
http://bicycle.tudelft.nl/stablebicycle/

Trois effets secondaires du volant d'inertie :
- Le poids supplémentaire : ce n'est jamais bienvenu sur un vélo.
- L'effet gyroscopique : Comme pour les roues, plus le volant vertical tourne vite, plus il tend à stabiliser le vélo dans l'axe vertical. Quand on change l'inclinaison du vélo, on doit vaincre une résistance (qui se traduit en efforts latéraux, donc frottements, donc ralentissement du volant).
- Au lieu de pédaler mollement pour maintenir la vitesse, est-ce vraiment intéressant de pédaler plus fort pour lancer le volant, et ne plus pédaler ensuite ?


Le vélo "sans chasse" qui marche car on met une masse en haut et en avant de l'axe des roues avant, c'est intéressant, mais sans intérêt pratique.

Hors course avec les batterie lithium...
Avec un volant d'inertie l'énergie stocké par Kg est au mieux comparable au NiMh

Et pour améliorer le rendement du volant, il faut le faire tourner dans l'hydrogène!!!! Au milieu du siècle dernier des bus fonctionnaient ainsi ; ils rechargeaient en levant un bras, aux arrêts bus, qui captait du courant triphasé sur un caténaire. Si ça intéresse j'ai un peu de doc.

J'ai mis un moment, mais il me semblait bien que j'en avais parlé quelque part:
https://velorizontal.1fr1.net/t9730-un-kers-sur-nos-cycles?highlight=kers

(si des modérateurs de passage se sentent des aspirations botaniques ...)

Pour une fois qu'on me dit que j'ai la main verte :-) - sleibt

ce qui permet à ceux qui avaient manqué le gyro train (mis par Cavallo -catskill-) de le retrouver! +++

Par contre le coup d'utiliser un nuvinci pour s'assurer que la transmission roue <-> volant se fait de manière fluide, c'est bien vu. Bon, il y a quand même matière à améliorer: tel que je comprends le truc, non seulement il n'y a pas de vitesses (le nuvinci sert uniquement à la relation roue <-> volant, pas à la relation pédalier volant ... pas certain qu'il soit possible de s'arrêter, d'ailleurs) mais en plus le nuvinci apporte un poids non négligeable, qui n'est absolument pas utilisé en tant que moment. Peut-être en mettant le nuvinci dans le moyeu du volant plutôt?