L’équilibre dynamique : une autre révolution des moteurs électriques

20 février 2018 11:02:28

Si de nouveaux modes de déplacement ont pu être inventés, c’est aussi grâce aux incroyables possibilités qu’offre la combinaison de moteurs électriques, de capteurs et de calculateurs. Les moteurs électriques ne sont donc pas seulement une avancée majeure pour l’environnement, ils sont aussi une technologie fondamentale des ces nouveaux modes de déplacement. A la base de tout cela : le concept d’équilibre dynamique.

 

Pour comprendre l’équilibre dynamique : la marche à pied

Lorsqu’une personne (ou tout autre bipède) marche, elle est en permanence en train de perdre et rétablir son équilibre. Cela se passe comme ceci:

  • Immobile en position debout, on est en équilibre « statique » (on ne bouge pas) et « instable », c’est-à-dire qu’il suffit d’une perturbation pour perdre cet équilibre. Pour mieux comprendre la différence avec un équilibre « stable », imaginez une balle au sommet d’un tas de terre et une autre dans un trou. Tant qu’on ne fait rien, elles sont toutes les deux en équilibre, mais la première est en équilibre instable, le deuxième en équilibre stable car si on les pousse un tout petit peu, la première va quitter le sommet, tandis que la deuxième revient au fond du trou.
  • Pour marcher, la première action consiste à se pencher en avant, ce qui provoque une perte de l’équilibre instable, donc un changement de position du corps.
  • Ensuite, en avançant une jambe, on rétablit l’équilibre à une autre position.
  • En répétant cette action, le corps acquiert une vitesse de déplacement. Finalement, la marche est une forme d’ « équilibre dynamique ».

 

Tout cela est possible parce que notre organisme a des « capteurs » (dans l’oreille interne) qui informent notre cerveau des changements d’équilibre. Notre cerveau réagit en lançant un ordre à nos muscles pour compenser ces changements. Une fois qu’on a appris à marcher, la compensation est contrôlée et cela devient un réflexe, on ne doit plus y penser pour y arriver…

Ça à l’air simple, et pourtant faire marcher un robot sur deux jambes est tout sauf facile, tant il y a des paramètres à prendre en compte et des calculs à faire dans un temps très court… Une machine qui se déplace en maintenant l’équilibre en montée, en descente, dans les escaliers, etc… ce n’est pas trivial.

Les gyropodes

Les gyropodes (comme les Segway) fonctionnent sur ce principe d’équilibre dynamique : des capteurs électroniques (notamment des gyroscopes) détectent les infimes mouvements et envoient des signaux à un calculateur, qui lance des ordres aux moteurs électriques (un gyropode classique en possède un par roue). Ces ordres ont pour but de maintenir l’équilibre et d’exécuter le mouvement désiré, comme par exemple, accélérer si on se penche vers l’avant.

Pour cela, l’un des atouts du moteur électrique est sa capacité à être commandé très rapidement, avec une extrême précision, par très petits pas, avec un couple (force de rotation) important, et tout cela en consommant très peu d’énergie. Ce qu’un moteur thermique ne pourrait jamais faire, bien sûr !

L’autre partie de la prouesse se situe dans les algorithmes du calculateur, qui doivent compenser les déséquilibres instables sans les amplifier dans le sens contraire. Pour comprendre ce que cela implique, essayez de maintenir un ballon sur la pointe d’un doigt : après quelques mouvements pour tenter de compenser, le ballon devient incontrôlable et tombe !

La vision de BMW : la moto électrique auto-équilibrée

BMW a imaginé une autre application de l’équilibre dynamique : la moto dynamiquement auto équilibrée.

Ici aussi, les bénéfices potentiels sont révolutionnaires !

A l’arrêt, plus besoin de besoin de poser son pied : la moto reste seule en équilibre. En conduite, même chose : la moto maintient l’équilibre, éliminant ainsi les risques des chutes et leurs conséquences dramatiques, que l’on soit débutant, expérimenté ou même acrobate !

Du coup, dans la vision de BMW, le conducteur peut s’affranchir d’une tenue étouffante et d’un casque lourd. A la place, des lunettes de protection contre le vent incorporant un affichage d’information (par exemple, un rétroviseur virtuel si on tourne la tête) et une tenue connectée et légère, qui protège contre le vent et les intempéries, chauffe ou refroidit, soutient la colonne vertébrale en cas de vitesse élevée, etc.

 

Jean-Marc Steux

Sources et liens utiles:

http://www.comhic.com/generalites-a-propos-du-gyropode-segway.html?lang=fr

Article d’AMPERes sur la micro-mobilité :

https://www.amperes.be/2018/01/10/la-vraie-solution-pour-les-villes-la-micro-mobilite-electrique/

Pour en savoir plus sur la moto électrique auto-équilibrée de BMW (article en anglais) :

https://www.brand.bmw-motorrad.com/en/experience/stories/brand/vision-next-100.html

 

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