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La Physique du Vélo Electrique vue à travers les Chiffres

Notre stock de FX et SIERRA pour livraison en mai, est presque épuisé, et ce beaucoup plus tôt que prévu. Vous aimez nos vélos électriques et pour vous remercier, nous vous offrons un article sur la physique qui régit vos promenades en vélo électrique.Commençons par le protagoniste, le vélo électrique, nous nous baserons ici sur le SIERRA. Le SIERRA est fait d’un cadre entièrement en carbone qui doit être structurellement capable de supporter la somme de votre poids, du poids du vélo avec tous ses composants, et la et les chocs dus aux bosses et autres obstacles sur la route. En plus de tout l’équipement typique d’un vélo (freins à disques, dérailleurs, pédales à chaîne, roues, etc.), le châssis du SIERRA doit également transporter un moteur, une batterie, un contrôleur électronique et un ordinateur. Ces composants sont assez lourds par rapport au cadre du vélo mais restent légers une fois que vous ajoutez votre poids à l’équation, même pour les plus minces d’entre vous.

SIERRA Configuration

Le SIERRA est équipé d’un capteur de couple qui mesure la pression que vous exercez sur les pédales. Il envoie ensuite un message au contrôleur qui calcule la quantité de puissance immédiatement requise. En même temps, l’ordinateur augmente ou réduit les calculs du contrôleur par rapport au niveau d’assistance séléctionné dans l’ordinateur de bord. Finalement, le contrôleur, qui est connecté à la batterie, ouvre un canal entre la batterie et le moteur pour permettre aux puissants courants électriques de circuler de manière à activer le moteur.

C’est ce processus qui vous permet d’accélérer. Nous allons maintenant nous concentrer sur ce qui se passe une fois que vous avez atteint une vitesse de 20 km/h et que vous accélérez de 1 km/h par seconde pour atteindre 25 km/h après 5 secondes sur une route goudronnée plate.

D’après la deuxième loi de Newton, toutes les forces agissant sur le vélo et vous-même lorsque que vous avancez sont égales à votre masse totale multipliée par votre accélération. Ceci peut être écrit de la manière suivante:

F = ma
avec F la somme des forces en Newtons, m la masse totale en kgs et a votre accélération en m/s².

Sir Isaac Newton

Les forces agissant sur vous et votre vélo lorsque vous avancez sont les suivantes:

  • Celle que vous générez, appliquée à travers la roue arrière du SIERRA: nous l’appellerons Fy et elle est mesurée en Newton
  • Celle générée par le moteur, appliquée à travers la chaîne et la roue arrière du SIERRA: nous l’appellerons Fm et elle est mesurée en Newton
  • La traînée aérodynamique due à votre mouvement à travers l’air de l’atmosphère, quui peut être obtenue en Newton en utilisant l’équation suivante:
    D=1/2*Cd*p*V²*A
    avec Cd le coefficient de traînée, p la densité de l’air, V votre vitesse en m/s et A votre surface frontal en m².
  • La résistance des pneus sur la route peut être calculée en Newton à travers l’équation suivante:
    Fr=Cf*m*g
    avec Cf le coefficient de résistance des pneus sur la route, m votre masse en kgs et g la constante de gravitation g=9.81m/s², m*g est la force éxercée verticalement par votre poids en Newton

FuroSystems SIERRA Somme des Forces

Tout d’abord, nous pouvons calculer la traînée aérodynamique. Dans une position décontractée standard sur le SIERRA, votre aire frontale est d’environ de 0,6m² et votre coefficient de traînée: 1,15. La densité de l’air au niveau de la mer est de 1.225 kg/m3 et votre vitesse est de 20km/h, ce qui équivaut à 5,6 m/s.

Donc nous obtenons: D = 0.5 * 1.15 * 1.225 * 5.6² * 0.6 = 13 N.
Le coefficient de résistance de pneus de vélo sur une route goudronnée est de 0.004, en assumant que vous avez un poids moyen de 75kgs, le poids du SIERRA étant de 20kgs, votre poids total devient 95kgs.

Par conséquent, votre résistance au roulement est de Fr = 0.004*95 = 0.38 N.
La somme des forces peut donc être écrite:

Fy + Fm – D – Fr = m*a

avec m votre masse total (95kgs) et a votre accélération en m/s².

Notez également que le signe des forces dans la somme dépend de la direction dans laquelle ces forces agissent. Si elles agissent dans le sens du mouvement, alors elles sont positives, si elles agissent dans la direction opposée, elles sont négatives. Nous pouvons remplacer maintenant remplacer les variables par les valeurs que nous avons calculé en sachant qu’une accélération de 1km/h/s équivaut à 0,28 m/s²:

Fy + Fm – 13 – 0.38 = 95 * 0.28 ce qui équivaut à Fy + Fm = 40 N
Nous savons que les roues du SIERRA mesurent environ 0,70 m de diamètre et donc 0,35 m de rayon. Nous savons également que le couple est une force multipliée par une distance. Par conséquent, le couple généré par les efforts combinés de vos jambes et du moteur du SIERRA est de 40*0.35=14 Nm. Nous pouvons maintenant obtenir la puissance totale requise en multipliant le couple par la vitesse angulaire de la roue, ou la vitesse à laquelle celle-ci tourne. Nous savons que son périmètre est 2 * PI * Rayon = 2.2m. Comme nous allons à 5,6 m/s, cela donne 2,5 rotations des roues par seconde ou une vitesse angulaire de 15 rad/s (multiplier par 2 * PI).

Par conséquent, sur une route goudronnée plate, afin de maintenir une accélération de 1 km/h par seconde tout en étant à une vitesse de 20 km/h, la puissance totale nécessaire est de 15 * 14 = 210W.

Comme le moteur pédalier BOFEILI du SIERRA produit 350W de puissance continue et plus de 600W de puissance maximale, à ce rythme, vous n’exploitez qu’un tiers de la puissance de la bête. Selon le niveau d’assistance que vous choisissez dans l’ordinateur de bord, vous pouvez soit fournir les 210W avec vos jambes, soit compter entièrement sur le SIERRA, c’est votre choix et là et la magie du cyclisme électrique!

N’hésitez pas à poser des questions dans les commentaires, nous serons heureux d’y répondre si quelque chose doit être clarifié!

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