Comment fonctionne un vélo électrique ( VAE) ?

by | 31 Jan 2022

Le vélo à assistance électrique (VAE) est un vélo qui associe l’énergie du cycliste à l’énergie électrique contenue dans la batterie par l’intermédiaire d’un moteur. Pour choisir au mieux son vélo électrique, il est utile de comprendre comment fonctionne un vélo électrique et quels sont les types d’assistances proposées. Il est d’autant plus intéressant de se pencher sur cette question car l’assistance choisie va faire considérablement varier le confort d’utilisation du cycliste lors de sa conduite. Petit tour d’horizon à la découverte du fonctionnement d’un vélo électrique.

Comment fonctionne un vélo électrique : quels en sont les composants ?

L’architecture de base d’un vélo à assistance électrique est la même qu’un vélo classique. On y retrouve le cadre, la selle, le guidon, les roues, les freins, le dérailleur… Un vélo électrique peut fonctionner tout à fait normalement sans l’utilisation des composants électriques.

Pour fonctionner en tant que vélo électrique, certains éléments sont ajoutés au vélo  :

  • Le moteur
  • La batterie
  • Le capteur de pédalage
  • Le contrôleur

Le moteur : le moteur crée et transmet l’assistance nécessaire pour avancer sur un vélo électrique. Il existe différents types de moteurs, ceux-ci peuvent se trouver dans la roue avant, le pédalier ou bien la roue arrière. Selon la forme du moteur, qu’il soit dans le moyeu de la roue ou dans le pédalier, les engrenages alimentés par l’électricité actionnent l’axe de roue ou de pédalier, entraînant la dynamique du vélo par une poussée de la roue, ou une traction de la chaîne. Pour respecter les normes européennes, ils ne doivent pas dépasser 250w de puissance (en régime continue). Pour en savoir plus sur les moteurs, consultez notre article dédié aux moteurs des vélos électriques.

La batterie : la batterie d’un vélo électrique est le réservoir d’énergie du système d’assistance. La batterie peut être assimilée au réservoir d’un vélo électrique. Ainsi, la quantité d’énergie disponible, ou « en stock » dans une batterie est exprimée en Wh. L’autonomie du vélo varie énormément en fonction de l’usage qui en est fait et dépend d’une multitude de paramètres comme la capacité de la batterie, le poids du cycliste, le vent (de face, de dos), le niveau d’assistance sélectionné (économique ou optimum), la fréquence des démarrages, le terrain, le type de pneus et pressions, les appareils connectés…

Un peu comme sur une voiture ou l’autonomie avec un plein d’essence dépend du style de conduite, de la vitesse, de là ou on roule (ville, autoroute, montage), de l’utilisation de la climatisation…

Le capteur de pédalage : le capteur va transmettre l’information au moteur lorsque le pédalier est en rotation afin que l’assistance électrique puisse se déclencher. Il existe  2 types de capteurs de pédalage : les capteurs de vitesse de pédalage et les capteurs de couple de pédalages, les deux peuvent être utilisés principalement par les vélos de bonne facture, y compris simultanément

Le contrôleur : Le contrôleur moteur est un peu  le cerveau de l’installation, il fait le lien entre le moteur du vélo, la batterie et les différents accessoires. Le contrôleur régule l’intensité du signal électrique en fonction de ce qui lui sera demandé par l’action de l’accélérateur ou du capteur de pédalier par exemple.

Comment fonctionne l’assistance électrique du vélo ?

Comme vu précédemment, l’assistance électrique d’un VAE dépend d’un moteur, d’une batterie, d’un capteur de pédalage et d’un contrôleur.

L’assistance électrique ne fonctionne que quand le cycliste commence à pédaler et se coupe quand il arrête. Lorsque le cycliste commence à pédaler, le capteur de pédalage reçoit l’information que l’utilisateur commence à pédaler et qu’il est donc nécessaire de déclencher l’assistance électrique. Le capteur envoie un signal électrique au contrôleur qui ordonne à la batterie d’alimenter le moteur (« l’actionneur » qui transforme l’énergie électrique en énergie mécanique).

Le contrôleur d’un vélo électrique est relié à chacun des composants (moteur, batterie, capteur de pédalage). C’est lui qui reçoit les informations concernant le comportement du cycliste et qui envoie les ordres nécessaires aux autres composants afin que le VAE fonctionne. En véritable chef d’orchestre, celui-ci permet d’ajuster la puissance du moteur du vélo électrique pour que l’assistance au pédalage soit plus douce ou plus nette.

Quels sont les différents types d’assistance d’un vélo électrique ?

L’assistance électrique fournie par le vélo a pour mission de pallier les limites physiques du cycliste afin que celui-ci puisse circuler dans de bonnes conditions. Il doit se sentir confortable peu importe la situation, c’est pour cela que l’assistance électrique doit être adaptée à une multitude de facteurs personnels au cycliste. Avec les avancées techniques, l’assistance électrique des vélos a évolué pour proposer des systèmes de plus en plus performants et adaptatifs. Bien sûr, la complexité de l’assistance électrique est fonction du niveau de gamme du vélo.

Fonctionnement d’un vélo électrique : les systèmes d’assistance manuelles

  • L’assistance électrique en palier

Dans les systèmes d’assistance les plus basiques, le moteur fournit un niveau d’assistance électrique en palier, généralement compris entre quatre et sept niveaux. Pour donner un exemple, Le 1er niveau va fournir 50 Watt de puissance électrique, le second niveau 100 Watt et ainsi de suite. Généralement les vitesses sont conservées sur ces vélos. Ainsi toute la difficulté pour le cycliste est de manier son vélo en jouant sur les deux niveaux : d’une main, il monitore son niveau de confort en jouant sur la puissance électrique et de l’autre il manie les vitesses. Le confort de conduite en est fortement réduit et l’assistance fournie peu efficace.

  • L’assistance électrique proportionnelle

Un autre système un peu plus élaboré est l’assistance électrique proportionnelle. Cette fois la puissance électrique est proportionnelle à la puissance que le cycliste développe en pédalant. Ainsi en changeant de niveau, le moteur ne fournit pas de manière arbitraire 50 Watt de puissance électrique mais, par exemple, 30% de plus de ce que le cycliste fournit en pédalant. Le cycliste se confronte à un effet de seuil lorsqu’il arrive au maximum des sa capacité a entrainer les pédales, s’il souhaite une plus grande assistance, il a alors  obligation d’utiliser la manette de gestion d’assistance pour passer au palier supérieur afin que le moteur génère un plus grand pourcentage de puissance additionnelle. Encore une fois, le cycliste doit s’adapter à la puissance générée par le moteur et non l’inverse. Bien souvent, le cycliste oublie de descendre les paliers moteurs et cela crée des à-coups et de la surconsommation de batterie.

Fonctionnement d’un vélo électrique : les systèmes d’assistance automatique

Un très petit nombre de vélos/marques ont développé des systèmes d’assistance plus automatisés pour les vélos électriques. Dans ce cas, le cycliste n’a plus à changer son niveau d’assistance à la main, celui-ci change de manière automatique. Ces systèmes d’ assistance automatisée sont développés à partir  de la  courbe d’utilisation moyenne des détenteurs de vélo électrique. Dans ce cas, on considère que l’assistance nécessaire doit être faible tant que le cycliste est sur du plat ou sur des pentes faibles. Une fois que le cycliste se trouve sur des pentes plus raides, l’assistance fournie devient  graduellement plus importante. Le système retenu pour décider  du niveau d’assistance à apporter consiste à caler ce niveau sur le besoin moyen étudié auprès des utilisateurs de VAE dans des conditions comparables. Cette méthode à l’avantage d’éliminer l’utilisation du levier d’assistance, mais elle traite tout le monde de la même manière par rapport à la situation de pente, ainsi un grand sportif va bénéficier du même niveau d’assistance qu’un débutant dans les mêmes conditions. Le système ne tient pas compte d’autres facteurs qui pourraient influer sur le besoin de puissance du cycliste comme sa condition physique ou la météo. Au final, il en résulte souvent une surconsommation d’énergie pour les cyclistes en forme et un sentiment de manque de puissance pour les autres.

Le système d’assistance électrique chez Iweech, un système personnalisé unique au monde

Comment fonctionne un vélo électrique Iweech ?

Contrairement aux autres techniques citées plus haut, Iweech a développé un vélo électrique doté d’une véritable assistance personnalisée, calquée sur le besoin réel du cycliste à l’instant T et  son historique d’utilisation. Ce système intelligent, appelé “Smart Control” fournit le juste niveau de puissance sans programme, ni vitesse à manipuler ou d’écran à surveiller. Ainsi le moteur délivre toujours la puissance adéquate en fonction du fonctionnement du  cycliste et de la situation qu’il rencontre: une faible assistance sur du plat, une très forte  lorsqu’il doit démarrer après un feu rouge ou passer le  sommet d’une côte raide… Les caractéristiques de la route sont couplées avec un grand nombre d’autres facteurs (par exemple la condition physique du cycliste) qui vont venir influer toutes les 100 millisecondes sur la puissance générée par le moteur. Cette assistance est élaborée afin que la puissance vienne en permanence compenser la limite physique de l’utilisateur. Ainsi il reste toujours dans une zone de confort qui lui est personnelle. L’assistance proposée est d’une fluidité extrême sans jamais d’à-coup et la consommation d’énergie optimisée en permanence.

Cette personnalisation  est rendue possible grâce à l’intelligence embarquée dans le vélo IWEECH. L’ordinateur de bord, va collecter tous les cent millisecondes un grand nombre de données telles que la topographie, les conditions météorologiques, l’état des composants… Une fois le vélo off-line, ces informations sont envoyées dans le cloud, traitées et analysées grâce à des algorithmes de type « apprentissage machine (intelligence artificielle) afin de générer des modèles individuels d’utilisation et les restituer à l’ordinateur dans le même laps de temps. L’ordinateur peut ainsi fournir cette information au moteur qui va adapter la puissance adéquate pour l’utilisateur en temps réel. A chaque fois que le cycliste connecte son vélo, les modèles sont affinés. Plus le cycliste va utiliser son vélo, plus le système va affiner son rendement, prédire son comportement, répondre à un plus grand nombre de situations et être efficace.

Un autre avantage du système est que le cycliste peut demander au « smart control » de gérer l’assistance du vélo, non plus dans le but de bénéficier d’une assistance idéale par rapport à sa zone de confort, mais dans celui de lui assurer d’avoir toujours assez d’énergie pour arriver à destination sans manquer de batterie, et ce, quel que soit le niveau de la batterie au départ. Dans le cas de ce mode : « i.ride », le vélo  détecte la destination finale du cycliste (soit tout seul grâce à l’intelligence artificielle, soit parce que le cycliste l’a indiqué dans l’application) et le système intelligent calcule alors une assistance idéale mais en intégrant en plus la contrainte d’avoir assez d’énergie pour arriver. Une manière d’assister efficacement le cycliste même lorsque le niveau de batterie est faible.