Positionnement sur le marché de la gamme EV4.
UNE NOUVELLE MANIERE DE SE DEPLACER LEGER : LE VEHICULE MOB 4.0
MOB 4.0 est un vélo à 4 roues assisté électriquement jusqu’à 45km/h, avec un châssis étroit inclinable, et carrosserie ultralégère modulable. Le véhicule ressemble à une microvoiture décapotable 1 place, tout en se comportant de manière agile comme un 2 roues (inclinable en virage).
Catégorie : L6e.
Le châssis, dit « pendulaire », de cet engin est utilisé et amélioré par l’équipe EV4 au quotidien depuis 7 ans (1er proto 2015). À ce jour, plusieurs dizaines de milliers de km de roulage ont été cumulés, dans des situations allant de l’ultra-urbain (Paris), jusqu’à la montagne (Mont Ventoux gravi en 2016, Avoriaz-Morzine entre autres).
Patrick TONNELIER : « Nous ne partons pas de zéro, le projet possède l’avantage d’être adossé à une gamme « loisir » de LEV commercialisés depuis plusieurs années. Notamment le City Quad EV4 (autre nom du châssis du MOB 4.0) que j’utilise personnellement quotidiennement depuis sept ans avec plus de 20 000 km parcourus, la technologie expérimentée est au point. [...] Nous avons participé à plusieurs salons, RECO, Val d’Isère, Autonomy, Remoove, et d’autres. Un nombre très conséquent de personnes l’ont testé et apprécié, nous avons un grand retour d’expérience. »
LES INNOVATIONS TECHNIQUES DU MOB 4.0
៚ Le Châssis alu inclinable, à bras longitudinaux
- Châssis entièrement réalisé en aluminium riveté de qualité aviation
- Equipé de 4 roues et 4 freins à disques hydrauliques
- Suspensions avant et arrière avec seulement 2 amortisseurs réglables
- Inclinaison mécanique sans aucune assistance électronique (>30°)
- Un débattement de 25 cm grâce aux 4 roues indé. sur bras articulés
- Une largeur des voies qui s'écarte naturellement en courbe = un centre de gravité abaissé = moins de risque de chute/renversement
- Un empattement qui varie en courbe = une tenue de route incomparable
- Boitier alu pour le pack batterie = une parfaite égalisation de la T°C des cellules
- Système de blocage de l'inclinaison couplé au dispositif pendulaire = une position verticale stable lors des arrêts/redémarrages/immobilisations + une marche arrière pratique et fluide
- Etroitesse du gabarit = Agilité assurée
- Sensation de sécurité instantannée même pour un novice des engins à 2 ou 4 roues = une prise en main simplissime, instinctive et instantanée (voire addictive)
៚ La protection Rainbow System® brevetée
Esquisses de design pour la carrosserie légère MOB 4.0 en "sections", tournant autour d'un axe.
Sur la base roulante quadricycle, nous développons une carrosserie type cabriolet d’un concept nouveau :
- Une armature protectrice modulable, décapotable, semi-rigide apportant une protection intégrale mais aussi adaptable, mais surtout optimisée pour le conducteur contre le froid et les intempéries.
- Des coques en polycarbonate courbes et convexes associé à un vitrage transparent et articulé, en pivotement sur un axe latéral pour accroître sécurité et confort d'utilisation.
- L'utilisation de matériaux bio-sourcés et éco-sourcés pour la capote textile (composite textile lin, chanvre et mousse thermo compressée) pour réduire notre impact de fabrication dès la conception (légèreté, durabilité et recyclabilité)
- L’accès en zone encombrée (centre-ville) est facilité par l’absence de déport latéral nécessaire à l’ouverture de la protection.
DES CHOIX DE CONCEPTION ASSUMÉS
Notre approche de l’éco-conception de MOB 4.0 vise à réduire les besoins en matériaux et en énergie dans les 4 grandes phases du cycle de vie : fabrication ; usage ; maintenance (et reconditionnement) ; fin de vie.
៚ L’éco-conception est basée sur 3 piliers :
- Une fabrication internalisée au maximum, et facilement reproductible. Notre fabrication est réalisée en interne, à l'échelle régionale (France-Pologne à 50% de valeur ajoutée de part et d'autre) par procédé de découpe à plat (CNC et Laser) maîtrisé, simple et peu onéreux. Les assemblages privilégient le rivetage à la soudure pour tirer le maximum des propriétés mécaniques des alliages techniques mis en oeuvre sans nécessité le recours de traitements supplémentaires, couteux et difficiles à reproduire plus en aval du cycle de vie.
- L'aluminium pour la légèreté, la durabilité et la recyclabilité. L’architecture est en aluminium qualité aéronautique, aucune corrosion, les assemblages rivetés. Chaque pièces et profilés sont parfaitement reproductibles à tout moment par un quelconque atelier équipé = idéal pour la maintenance. Entièrement réparable à vie. Loin de l’obsolescence, toujours réparable, démontable, modifiable. Visserie inox, rotules, roulements, axes etc. opérables sans outillages spécialisés. L’aluminium se recycle très facilement. Cela est conforme à notre ambition de tendre vers l’économie circulaire. Actuellement le poids du châssis batteries incluses est d’environ 50 kg, hors cabine modulaire. Nous pouvons extrapoler une masse globale à vide en ordre de marche à moins de 75kg.
- Un mode de transmission By Wire, pour plus de fiabilité et flexibilité.
La chaîne de propulsion choisie consiste en un système dit « By Wire » ou « hybride série ». Le pédalage de l’utilisateur met en mouvement une génératrice de courant, qui vient ensuite recharger la batterie li-ion. Puis, en fonction du mode de conduite choisi et du couple appliqué par l’utilisateur sur les pédales, les onduleurs délivrent la puissance aux moteurs (un par roue arrière).
Les gains de fiabilité et simplicité de conception l’emportent pour notre cas : la transmission hybride-série sera l’architecture de notre chaîne de propulsion.
[A noter que ce choix peut être plus délicat dans le cas d’un VAE limité à 250W. Dans cette situation, seuls 250W électriques sont autorisés en sortie de moteur. Or, dans un VAE classique, ces 250W s’ajoute la puissance de pédalage mécanique du cycliste : donc environ 350W en tout. Cela peut faire toute la différence dans le rapport poids/puissance.]
Dans notre catégorie réglementaire, L6e, limitée à 4000W nominaux, ce delta de 100W est anecdotique.
DÉTAILS DE L'ARCHITECTURE TECHNIQUE
Le hardware de MOB 4.0 est constituée de 6 systèmes, qui sont constitués d’un ou plusieurs sous-systèmes. En voici la liste détaillée « Bill of Materials » ci-après. [Les softwares prévus seront sourcés « sur étagère » (avec les contrôleurs, écran de contrôle, batterie).]
Voici une liste des fournisseurs principaux identifiés, ainsi que leur localisation :
- 5 des 6 systèmes sont au moins en partie fabriqués en France.
- 13 sous-systèmes sur 18 sont fabriqués en Europe.
[Lien vers fichier Annexe]
Fichier Véhicule (AAP Ideation) : EV4_Dossier_2_Vehicule.pdf
Fichier Véhicule (AAP Proto) :
Fichier associé au guide de montage :
Lien vers un espace de stockage des fichiers 3D :
Partenaire impliqué (industriel, fablab, labo...) : Avant-pays savoyard, Entreprise EV4, In'VD
.
MATÉRIAUX, PROVENANCE ET PROCÉDÉS
៚ Une provenance majoritairement régionale
Le choix de favoriser un sourcing de matières premières et produits semi-finis à une échelle régionale (Europe) s’inscrit dans notre logique d’éco-conception :
- Limitation des émissions et de l’énergie grise liées au transport (cela est substantiel, mais reste à relativiser par rapport aux autres postes de dépense : le transport ne représentant que quelques % d’un produit manufacturé en Asie) ;
- Résilience : la proximité géographique des fournisseurs, et la relative stabilité politique et social de l’UE, rendent la source d’approvisionnement plus robuste (nous avons connus de grosses difficultés d’appro sur quelques composants-clés venant de Chine lors des crises COVID)
- Normes : il est raisonnable de penser que la réglementation européenne, une des plus contraignante du monde concernant les polluants (REACH), est globalement appliquée en UE
Le principal défi associé à ce choix est la disponibilité « sur étagère » des pièces recherchées, à des niveaux de prix compatibles avec notre coût de revient. Un part de produits manufacturés notamment provient toujours d’Asie.
La provenance des matériaux et produits est utilisée afin d’alimenter le fichier ACV en annexe.
៚ Des matériaux bruts et recyclables autant que possible
Un autre choix structurant impactant les bilan énergétique et environnemental de MOB 4.0 est l’usage de matières premières brutes majoritairement recyclables. Ainsi, nous faisons l’impasse au maximum sur les composites, majoritairement très difficiles à recycler en fin de vie. En lieu et place, des matériaux tels qu’Acier, Aluminium, PU…
Le recours modéré aux systèmes de peinture (PU, aluminium majoritairement bruts) permet également de garantir la faciliter de valorisation en fin de vie.
Détail d'un châssis de notre conception en aluminium riveté.
៚ Des procédés simples et reproductibles
Un autre choix de conception, favorable au reconditionnement de MOB 4.0 à mi-vie : mettre en œuvre des procédés simples de construction, et reproductibles dans des ateliers locaux et modérément équipés (simples garages auto-moto par exemple).
Ainsi, nos châssis sont conçus majoritairement autour de structures en profilés standards et plaque de métal, alu et acier, et les assemblages rivetés. Certaines parties en acier sont soudées, procédé restant accessible sur ce type de matière.
BILLS OF MATERIALS
Avec seulement une quinzaine de matières significatives entrant dans sa conception, la nomenclature de MOB 4.0 est voulue la plus épurée possible, pour les raisons évoquées plus haut.
La masse totale de MOB 4.0 en ordre de marche (batterie Li-ion incluse) est estimée à 78kg.
Voici la version agrégée des matières, issue du BOM de MOB 4.0 :
| MATIÈRE
|
MASSE KG
|
| Acier
|
27.4
|
| Aimants
|
0.6
|
| Alu profilé
|
14
|
| Alu tôle
|
9.5
|
| Caoutchouc
|
2.2
|
| Cuivre
|
2.4
|
| Électronique
|
0.1
|
| Câblages
|
0.3
|
| Cellules Li-ion
|
9.5
|
| PC
|
1.9
|
| ABS
|
3.43
|
| PU
|
2.8
|
| Quincaillerie Inox
|
2.6
|
CONSOMMATION D'ÉNERGIE À L'USAGE - 2 fois plus sobre que les quadricycles du marché
MOB 4.0 est homologué L6e 45km/h. Bien que disposant de pédales, la puissance de pédalage de l’utilisateur (environ 100W), n’est pas significative par rapport à la puissance motrice globale de l’engin (jusqu’à 4000W continus autorisés dans cette catégorie).
Nos simulations de consommation sont donc basées sur cycle modèle « rapide », avec une vitesse max de 40km/h, contre 25km/h pour les VAE classiques. Voici le profil du cycle, à retrouver dans le fichier ACV en Annexe de ce dossier.
Les autres données d’entrées nécessaires à la réalisation des estimations de consommation énergétique en roulage :
On notera les 3 points suivants, très impactant pour optimiser la consommation énergétique :
- Un SCx contenu (par rapport aux autres engins 4 roues roulant à 45km/h), pris en compte véhicule fermé, permettant de conserver une consommation raisonnable en haut de la plage de vitesse ;
- Un poids contenu également dans catégorie quadricycles légers : le véhicules est moins lourd que le pilote ! Ce paramètre est important en phases d’accélération et en cas de montée ;
- La récupération d’énergie, bien que non miraculeuse, permet toutefois de récupérer environ 10% de l’énergie dépensée à l’accélération ou, suite à une montée.
Finalement, avec une consommation de 16,5Wh au km, MOB 4.0 se montre extrêmement sobre pour son profil d’utilisation (un adulte de 80kg, déplacé à 40km/h).
Quelques points de comparaison :
- Comparons cette consommation totale à la consommation d’une Renault Twizy 45km/h : 6,1kWh de batterie pour 100km d’autonomie annoncée, soit 61Wh/km. Twizy permettant de transporter 2 personnes, on peut considérer le scénario optimiste et la consommation par utilisateur transporté descend à 35,5Wh/km. MOB 4.0, est donc plus de 2 fois plus sobre que Renault Twizy, à usage équivalent. La différence de poids considérable (450kg pour Twizy contre 78kg pour MOB 4.0) est la principale raison de cet avantage pour MOB 4.0 ;
- Vis-à-vis d’un scooter électrique, 45km/h, de fabrication récente : le NIU MQI+ est annoncé avec 60km d’autonomie pour 1,48kWh de capacité. Cela nous donne une consommation 50% supérieure à MOB 4.0, pour un usage plus restreint (pas de protection intempéries) ;
- Vis-à-vis d’un vélo électrique « speed bike » : de par leur extrême légèreté, moins de 30kg à vide, ces véhicules parviennent à faire mieux, avec des consommations de l’ordre de 8Wh/km, soit environ 2 fois mieux que MOB4.0, toujours pour un usage toutefois plus restreint (pas de protection intempéries notamment).
BILANS GLOBAUX
L’intégration de toutes ces données dans le fichier ACV disponible en PJ donne les résultats suivants, très encourageants.
Une empreinte carbone divisée par 14 par rapport à une citadine électrique !
On compte 0,85 tonne eq CO2 émise sur l’ensemble du cycle de vie de MOB 4.0, contre 12 tonnes eq CO2 pour une citadine électrique. Utilisé en remplacement d’une citadine, MOB 4.0 est donc hautement efficace pour réduire les émissions de GES.
On notera que les deux postes d’émissions principaux sont la production des matières premières (les métaux en particulier), et la phase d’utilisation.
L’énergie primaire consommée : 10 fois moins qu’une voiture
Grâce à une faible quantité de matières entrant dans sa conception, le poste de dépense énergétique principal est de très loin la phase d’utilisation. Avec un total sur le cycle de vie de moins de 10.000kWh d’énergie primaire consommée, soit un ordre de grandeur en dessous des voitures électriques et thermiques sur l’ensemble de leur cycle de vie.
A titre de comparaison, voici les consommations d’énergie primaire sur l’ensemble du cycle de vie de voitures, source ADEME :
[Lien vers fichier Annexe]
Fichier Énergétique : EV4_Dossier_5_Energetique.pdf
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