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Technologie
 

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Aperçu sur le système de propulsion (BSA)

Le gyropode Segway PT est muni d’un système de propulsion redondant pour garantir que, même en cas de panne d’un moteur, un arrêt contrôlé puisse être garanti. Le système comprend les composants suivants:

  • Un système de capteurs d’équilibre (Balance Sensor Assembly "BSA") composé de gyroscopes et de capteurs d’accélération qui génèrent les signaux d’accélération et de freinage. Les éléments sont redondants, c’est à dire que deux systèmes indépendants, surveillés par des unités de contrôle différentes, fournissent suffisamment de données permettant de stabiliser et de gérer les déplacements du véhicule
  • Deux unités de pilotage (Control Unit "CU") équipées chacune d’un microprocesseur pour le contrôle des deux moteurs ainsi que deux systèmes indépendants de contrôle pour garantir l’approvisionnement énergétique régulier des moteurs.
  • Deux moteurs électriques à courant alternatif sans balais alimentés par deux bobines électriques indépendantes et redondantes permettant de faire fonctionner les moteurs indépendamment l’un de l’autre.
  • Deux batteries lithium ion Saphion générant suffisamment d’énergie pour la propulsion et la conduite.

La redondance garantit une grande sécurité pendant l’utilisation

Le système est conçu pour permettre en tout temps un freinage efficace et sans danger pour le conducteur. En utilisation normale, les deux unités de commande et les batteries se partagent la charge, ce qui permet un déroulement efficient des fonctions de tous les éléments. En cas de panne d’un composant du système, une batterie et une unité de contrôle prennent immédiatement en charge une des bobines de chaque moteur, assurant ainsi la stabilité du véhicule et la continuité de la conduite. Le véhicule est alors immédiatement freiné puis automatiquement déclenché.

Si un problème grave se produit pendant un déplacement, le Segway PT effectue un arrêt automatique laissant au conducteur un laps de temps d’environ 10 secondes pour mettre pied à terre. Si le problème perdure, le système ne se remettra pas en marche. Il n’est donc pas possible de faire circuler le gyropode avec un système partiellement en état de marche. 

Un système qui se surveille lui-même

Chaque unité de commande dispose d’un canal de communication pour le contrôle des modules de captage. Ces canaux de communication sont isolés pour éviter des fautes de fonctionnement. Toutes les connexions énergétiques sont contrôlées 100 fois par seconde (100 Hz).

Lors de l’enclenchement du Segway, tous les systèmes sont testés complètement avant la mise en service du véhicule. Si les tests ne sont pas positifs, le système ne se met pas en marche, rendant ainsi une utilisation du véhicule tout simplement impossible. 

Des moteurs puissants assurent aussi le freinage

Le gyropode Segway PT ne dispose pas d’un système de freins mécaniques. Ses moteurs puissants sans balais assurent en toute circonstance un freinage rapide et efficace. Chaque freinage permet la récupération d’énergie qui est aussitôt emmagasinée dans les batteries.

Capteurs d’équilibre (BSA)

Le capteur d’équilibre (BSA) produit par Silicon Sensing Systems est un modèle d’élégance pour un appareil extrêmement résistant et particulièrement sensible. Ce petit cube de 7.6 cm de long contient 5 gyroscopes utilisant l’effet Corioli pour mesurer la vitesse de déplacement du Segway. Ces petits anneaux vibrent sous l’effet de champs électromécaniques. Lorsqu’ils tournent, ils génèrent un faible courant qui est mesurés par des capteurs internes.

Sensor Module

Chaque gyroscope est fixé sur un angle différent pour mesurer les mouvements dans toutes les directions. L’ordinateur de bord compare continuellement les informations des cinq capteurs, pour vérifier leurs parfaits fonctionnements. En cas d’erreur d’un capteur, le système continue à travailler jusqu’à l’arrêt complet du véhicule. Deux capteurs d’inclinaison, contenant un liquide électrolyte, fonctionnent de la même manière que notre oreille interne et informent en permanence le système sur l’équilibre du véhicule. Le BSA est contrôlé par deux processeurs indépendants. Les informations entre ces deux éléments sont transmises visuellement pour éliminer tout risque d’erreur de transmission électrique.

Système de contrôle (CU)

Deux platines de contrôle "Delphi Electronics" tiennent le rôle du cerveau et des muscles dans ce système. Delphi Electronics, entreprise de pointe dans le domaine des systèmes de mensuration (notamment des systèmes de gestion des coussins d’air pour automobiles "airbag"), les a développées pour Segway Inc. 

Steuereinheiten

Chaque circuit, équipé d’un processeur Texas Instrument, surveille tout le système de stabilisation et de propulsion une centaine de fois par seconde. Les informations des capteurs d’équilibre (BSA) permettent au CU de connaître la position du Segway et de gérer sans délai le flux d’énergie commandant les moteurs à 12 transistors à haute puissance (FET). Le système réagit en ajustant les moteurs en quelques millièmes de secondes, un temps de réaction nettement plus rapide que celui de n’importe quel être humain! En cas de panne, chaque circuit est capable, à lui seul, de contrôler tous les systèmes durant le temps nécessaire pour assurer un freinage et arrêt d’urgence du véhicule. En cas de panne, chaque circuit peut assumer à lui seul, la globalité du contrôle de l’appareil – normalement le travail est divisé entre les deux circuits.

Moteurs

Les moteurs du Segway HT sont uniques à plus d’un titre. Construits par Pacific Scientific, une division de Danaher, ils développent une puissance remarquable par rapport à leurs poids et dimensions. Chaque moteur consomme quelques 330 watts en service continu et est capable de développer une puissance de pointe de 4 CV.

Motoren

Les moteurs utilisent la technologie Servo Brushless (sans balais). Il n’y a pas de contact entre les composants, donc pas d’usure ni perte de puissance. Le cœur des aimants est fait d’un métal très rare, le neodym-fer-bor, qui est doté de propriétés magnétiques puissances. Chaque moteur comporte deux bobines indépendantes et commandées par deux systèmes différents. En service normal, les deux bobines travaillent en parfaite collaboration. En cas de problème, le système désactive la bobine défectueuse, permettant au moteur de continuer à fonctionner à moindre puissance jusqu'à l’arrêt du véhicule. Les moteurs ont été soigneusement calibrés pour atteindre 8000 rotations par minute, ce qui constitue une puissance remarquable pour des moteurs de cette dimension. Des capteurs redondants, sans contacts et analogiques surveillent la position des aimants et informent en permanence les unités de contrôle sur le fonctionnement des moteurs. La seule partie mouvante du moteur est l’axe.

Boîte à vitesses

La boîte à vitesses du gyropode Segway a été développée en collaboration par Axicon Technologies et Segway et est comparable au mouvement d’une montre Suisse plutôt qu’à une boîte à vitesses d’une automobile. Un système d’engrenages à deux vitesses au rapport de 24 :1 permet aux moteurs de doser précisément la vitesse du véhicule sur toutes les plages de vitesses possibles.

Getriebe

Le nombre des rouages a été calculé pour éviter que les dents ne soient toujours en face des mêmes encoches. Elles s’emboîtent toujours dans des encoches différentes, réduisant l’usure et contribuant ainsi à augmenter la durée de vie de la boîte à vitesses.  Les ingénieurs de Segway se sont amusés à changer les sons émis par les moteurs aux différentes vitesses sur une plage d’une octave. Un Segway en déplacement ne fait pas du bruit, mais de la musique! La boîte à vitesses ne nécessite aucun entretien particulier pendant toute la durée de vie du gyropode Segway. Des tests préalables ont prouvés qu’elle est capable de fonctionner pendant des milliers de kilomètres.

Pneus et roues

Michelin a participé activement au développement des pneus du gyropode Segway. Le mélange de dioxyde de silicium utilisé pour leur fabrication garantit des conditions d’adhérence optimales. Même sur des sols à l’intérieur des bâtiments ils ne laissent pas de trace. Les pneus sans chambres à air sont gonflés à basse pression. Grâce aux qualités intrinsèques de ce pneu exclusif, la conduite du véhicule est confortable et la résistance au frottement minime.

Bereifung

Les pneus sont montés sur des jantes en thermoplastique, développées exclusivement pour le PT i2 par Segway Inc en collaboration avec GE Plastics. Le plastique utilisé est à la fois léger et robuste et réduit les bruits du système de transmission. Les pneumatiques du PT x2 dans ses versions tous terrains et golf sont également sans chambres à air et gonflés très faiblement pour permettre une conduite agréable et améliorer la traction des roues sur des terrains naturels. Les pneus tous terrains peuvent aussi être équipés de chaînes à neige.

Batteries

Le Segway HT est équipé de deux batteries NiMH de 72 Volt NiMH développées avec SAFT (sous-division d’Alcatel). Ces cellules de Nickel –hydrure métalliques offrent une bonne performance énergétique par rapport au standard de chimie actuel. Elles furent optimisées pour garder le Segway en équilibre dans des conditions extrêmes. Le Segway PT est équipé de batteries lithium ion Saphion. De Valence Technology, leader dans de la production de batteries combinant sécurité et efficience. La technologie de base Saphion®, à base de phosphates, est brevetée par Valence. Saphion est stable et sûr et constitue la solution idéale pour un usage quotidien et longue durée de vie.

Par rapport aux batteries conventionnelles NiMH, leur rayon d’action est plus grand et leur chargement plus rapide. Chaque batterie est composée d’un ensemble de cellules de haute performance et d’une platine de contrôle sophistiquée. Elle mesure en permanence la température et la tension des accumulateurs.

Le boîtier de la batterie est soudé par une méthode spéciale, fermant hermétiquement le logement des éléments. La batterie est parfaitement protégée contre l’humidité et est devenue si solide qu’elle a résisté à tous les tests auxquels elle a été soumise. Le système électronique de contrôle de la batterie permet une recharge «intelligente». Il suffit de connecter le Segway au réseau. La batterie choisit la vitesse de charge en se basant sur l’état de charge, la température et la tension. Les batteries se chargent rapidement et passent ensuite automatiquement en mode d’entretien. Il n’est pas nécessaire de se soucier de la longueur du temps de charge, ni de craindre une surcharge des batteries. Le système prend soin automatiquement du bon état des accumulateurs.

En usage normal, le Segway PT contrôle l’état des batteries et les décharge simultanément. Si l’une des batteries devait exceptionnellement tomber en panne, la seconde générerait automatiquement l’énergie nécessaire pour permettre au véhicule de s’arrêter sans danger pour son conducteur.