Etude de l'hybridation d'énergie humaine, synthèse de commandes minimisant l'énergie consommée par un vélo à assistance électrique

Discipline

Signal Image et Automatique

Classification

Technologie (Sciences appliquées)

Mots-clés libres

Algorithme A

Mots-clés

Signal, Théorie du (télécommunications) - Thèses et écrits académiques,

Transformation de graphes - Thèses et écrits académiques,

Heuristique - Thèses et écrits académiques,

Bicyclettes électriques - Thèses et écrits académiques,

Commande, Théorie de la - Thèses et écrits académiques

Le vélo est un mode de transport qui offre les avantages conjoints de limiter l’effet de serre et d’améliorer la santé des cyclistes. Le vélo à assistance électrique (VAE) pourrait engager une rupture technologique qui encouragerait un report modal massif de la voiture individuelle vers ce mode de transport vertueux. L’objectif de ces travaux est d’améliorer la commande des VAE avec l’objectif contradictoire de maximiser leur autonomie tout en garantissant le confort du cycliste. Ce problème est formulé comme un problème de Commande Optimale minimisant l’énergie consommée sous contrainte de vitesse moyenne imposée. La méthodologie s’appuie sur une modélisation multiphysiques du VAE et de son/sa cycliste. Un VAE instrumenté permet de calibrer un modèle électromécanique. Le modèle de comportement énergétique humain est construit à partir d’une étude bibliographique et de mesures effectuées sur un panel de 14 cyclistes volontaires. L’action motrice humaine est modélisée comme une source de puissance régulée. La synthèse de commande s’appuie dans un premier temps sur le Principe du Maximum de Pontryagin afin de synthétiser une solution de référence avec des hypothèses académiques. Une méthodologie discrétisée est ensuite présentée avec des hypothèses moins fortes. Elle s’appuie sur le Principe de Bellman. Le problème est reformulé comme la recherche du chemin à coût minimal dans un graphe. Le chemin Optimal est trouvé grâce à l’Algorithme A* et une heuristique énergétique bien adaptée. Une méthode d’élagage précoce des commandes trop lentes permet de réduire le temps de calcul de 18%. Les résultats montrent que la commande optimale économise 12% d’énergie et n’affecte pas le comportement du cycliste.