Contrôleurs de vélos électriques expliqués : Du mode gaz au pédalage assisté

Introduction : Deux logiques de contrôle différentes

Lorsque les gens parlent de « contrôleur de vélo électrique », ils peuvent faire référence à des systèmes électriques et des catégories de véhicules très différents. Pour la sélection d'un contrôleur de vélo électrique, l'une des distinctions les plus importantes est la manière dont l'action du cycliste est convertie en sortie du moteur.

• Mode gaz (contrôle par accélérateur): Le cycliste utilise un accélérateur pour demander une sortie du moteur. Le contrôleur interprète cette commande et régule le couple, le courant et la vitesse du moteur en fonction de ses limites programmées.

• Pédalage assisté (Pedelec): Le contrôleur utilise des informations sur le pédalage et la vitesse du véhicule pour déterminer quand et quelle quantité d'assistance électrique fournir. Dans les définitions réglementaires telles que le cadre EPAC de l'UE, l'assistance du moteur est liée au pédalage et doit être coupée au seuil de vitesse applicable.

De nombreux véhicules combinent plus d'une source d'entrée, comme un capteur de pédalage assisté et un accélérateur. La légalité d'une telle configuration dépend du marché cible et de la classification réglementaire du véhicule. Le matériel et le firmware du contrôleur doivent donc être sélectionnés en fonction de la configuration complète du véhicule, et non en supposant qu'une stratégie de contrôle est légale partout.

En termes simples : un contrôleur orienté accélérateur convertit une commande du cycliste en sortie du moteur, tandis qu'un contrôleur de pédalage assisté interprète les actions du cycliste et applique l'assistance selon la stratégie de contrôle du système et les limites réglementaires.

Qu'est-ce qu'un contrôleur de vélo électrique ? Le cerveau commun

Un contrôleur de vélo électrique est l'unité de contrôle de puissance électronique située entre la batterie et le moteur. Selon la conception du véhicule, il peut s'agir d'un boîtier scellé séparé ou intégré au moteur ou à l'unité d'entraînement.

Un contrôleur reçoit généralement des entrées de la batterie, des capteurs de position du moteur, de l'accélérateur, des interrupteurs de frein, des capteurs de pédalage assisté, de l'écran et d'autres systèmes du véhicule. Il contrôle ensuite l'étage de puissance qui entraîne le moteur.

Ses fonctions courantes comprennent :

• La conversion de l'alimentation continue de la batterie en énergie électrique contrôlée pour le moteur ;

• Le contrôle du démarrage, du couple, de la vitesse et de l'arrêt du moteur ;

• La gestion de fonctions telles que la coupure au freinage, la protection contre les sous-tensions, la protection contre les surintensités et la limitation de courant ;

• La communication avec les écrans, les unités BMS, les capteurs, les systèmes antivol et autres électroniques du véhicule lorsque cela est supporté ;

• La détection de pannes et la réduction ou la désactivation de la sortie du moteur lorsque nécessaire.

Les composants internes typiques comprennent :

• Puce de contrôle principale / MCU: effectue les calculs et exécute l'algorithme de contrôle du moteur ;

• Étage de puissance MOSFET: effectue le commutateur à haute intensité entre la batterie et les phases du moteur ;

• Interfaces de capteurs: reçoivent les signaux des capteurs Hall du moteur, des accélérateurs, des interrupteurs de frein, des capteurs de cadence, des capteurs de couple et d'autres entrées ;

• Interfaces de communication: peuvent inclure UART, CAN, des bus propriétaires ou des systèmes connectés en Bluetooth selon la plateforme.

La conception thermique du contrôleur, le boîtier, la qualité des connecteurs et l'emplacement d'installation influencent tous la fiabilité à long terme. Les valeurs exactes de température de fonctionnement et de protection contre les intrusions doivent provenir de la spécification du fabricant du contrôleur plutôt que d'être supposées universelles.

Fonctionnement : Fondation commune, chemins de contrôle différents

1 Fondation commune : MCU, PWM, MOSFET — et le pont complet triphasé

Que le véhicule utilise un contrôle par accélérateur ou une assistance aux pédales, le contrôleur doit finalement réguler la puissance électrique délivrée au moteur.

Entrée conducteur/capteur → algorithme de contrôle → commandes PWM → commutation des MOSFETs → courants de phase contrôlés → couple moteur.

Pour un moteur triphasé sans balai typique, l'étage de puissance est un pont complet triphasé, couramment constitué de six MOSFET de puissance disposés en trois demi-ponts. Chaque phase du moteur est connectée au point milieu d'un demi-pont. Chaque demi-pont a un MOSFET de haut côté connecté au rail positif de la batterie et un MOSFET de bas côté connecté au rail négatif.

En contrôlant la séquence de commutation et le rapport cyclique de ces MOSFETs, le contrôleur régule la tension et le courant appliqués aux phases du moteur. À tout instant, le courant circule de la batterie, à travers un MOSFET de haut côté, dans une phase du moteur, sort par une autre phase et revient par un MOSFET de bas côté. Faire tourner la paire de MOSFETs active — et pendant combien de temps — contrôle à la fois la direction et l'amplitude du courant dans les enroulements.

C'est pourquoi les MOSFETs sont souvent appelés les « muscles » du contrôleur : le MCU décide quoi faire, mais les six MOSFETs gèrent réellement le courant de la batterie et le poussent à travers le moteur.

La fréquence PWM est la fréquence de commutation de l'étage de puissance. Elle affecte les pertes par commutation, le comportement acoustique, le ripple de courant et les performances de contrôle, mais la fréquence PWM seule ne détermine pas le courant du moteur ni la puissance de sortie. La tension et le courant effectifs sont également façonnés par le rapport cyclique PWM, l'algorithme de contrôle du moteur, les limites de courant, la tension de la batterie, les caractéristiques du moteur et les conditions de fonctionnement.

2 Twist-and-Go : Contrôle dominé par l'accélérateur

Un système à contrôle par accélérateur typique suit une séquence telle que :

1. Le conducteur actionne l'accélérateur ;

2. L'accélérateur envoie un signal de commande électrique au contrôleur ;

3. Le contrôleur interprète ce signal selon sa cartographie d'accélérateur et ses conditions de fonctionnement ;

4. Le contrôleur applique les limites de courant et de vitesse et génère les commandes PWM pour l'étage de puissance ;

5. Le moteur développe un couple et le véhicule accélère ou maintient la vitesse en fonction de la charge et des conditions de contrôle.

De nombreux accélérateurs à effet Hall utilisent un signal de tension analogique, souvent dans une plage d'environ 1 à 4 V, mais la plage de signal exacte varie selon le composant et le contrôleur. Le contrôleur doit être adapté à la spécification réelle de l'accélérateur plutôt que de supposer une plage de tension universelle.

Un accélérateur n'est pas une commande directe pour une vitesse illimitée. C'est une demande d'entrée. Le contrôleur peut limiter la sortie moteur résultante en fonction des contraintes de vitesse, de courant, de température, de batterie, de sécurité et réglementaires programmées.

3 Vélo à assistance électrique (VAE) : Contrôle de l'intention de pédalage

Le VAE n'est pas une catégorie juridique universelle avec exactement la même définition dans chaque pays. Dans cet article, le terme désigne les systèmes d'assistance au pédalage dans lesquels le contrôleur utilise des informations sur le pédalage pour déterminer l'assistance du moteur.

Selon le système, le contrôleur peut utiliser :

• La détection de couple pour estimer la force appliquée par le cycliste ;

• La détection de cadence pour déterminer si et à quelle vitesse le pédalier tourne ;

• La détection de vitesse pour déterminer la vitesse du véhicule et appliquer les limites de contrôle liées à la vitesse ;

• D'autres entrées telles que la sélection de vitesse, l'état de la batterie, la température du moteur ou des capteurs de véhicule supplémentaires.

Le contrôleur combine ces entrées avec le niveau d'assistance sélectionné et l'algorithme de contrôle du moteur pour calculer le couple ou le courant moteur requis.

Un système d'assistance au pédalage bien conçu vise à fournir une assistance prévisible lorsque le pédalage commence, à réduire les changements brusques de couple et à réduire doucement l'assistance lorsque la limite de vitesse ou de fonctionnement applicable est atteinte.

Pour les vélos à assistance électrique réglementés, les exigences exactes dépendent du marché cible. Les règles EPAC de type UE, par exemple, exigent que l'assistance moteur soit liée au pédalage et qu'elle cesse avant que le véhicule n'atteigne 25 km/h.

4 Comment les ondes carrées, sinusoïdales et le FOC sont mis en œuvre

Ces termes décrivent différentes approches de contrôle moteur. Ils ne doivent pas être traités comme trois types de matériel complètement séparés. Dans les trois cas, l'étage de puissance est toujours un pont triphasé avec six MOSFET. Ce qui diffère est l'algorithme qui décide quand et combien de temps chaque MOSFET conduit.

Commutation à six pas / trapézoïdale. Le contrôleur alimente les phases du moteur en six états électriques par cycle électrique. La position du rotor peut provenir de capteurs Hall ou être estimée sans capteurs Hall physiques. Cette approche est relativement simple et peut être économique, mais elle produit généralement plus de ripple de couple et de bruit acoustique que des méthodes de contrôle de courant plus avancées.

PWM sinusoïdale. Le contrôleur utilise des références de tension sinusoïdales et une commutation PWM pour produire des formes d'onde de courant de phase plus lisses que la commutation à six pas de base. Une onde de référence sinusoïdale est comparée à une porteuse triangulaire haute fréquence ; les points d'intersection déterminent le cycle de service de chaque impulsion PWM. Comme le cycle de service varie sinusoïdalement sur le cycle électrique, la tension moyenne appliquée à chaque phase suit une courbe sinusoïdale, et le courant résultant est beaucoup plus proche d'une onde sinusoïdale. Le moteur fonctionne plus silencieusement et plus doucement. Le coût est un algorithme plus complexe et un couple en bas de gamme légèrement inférieur par rapport au contrôle à six pas.

FOC (Command orienté champ). Le FOC contrôle le vecteur courant du moteur dans un repère de référence tournant. Selon l'implémentation, le contrôleur mesure un, deux ou trois courants de phase et combine ces informations avec la position ou l'angle du rotor. Des transformations mathématiques (Clarke, puis Park) séparent le courant en composantes associées au couple (Iq) et au flux (Id). Le contrôleur exécute deux boucles de courant indépendantes pour réguler Id et Iq séparément — en maintenant généralement Id près de zéro pour les moteurs à aimants permanents montés en surface afin que tout le courant produise du couple. La sortie est reconvertie en signaux PWM triphasés via des transformations Park/Clarke inverses et SVPWM ou SPWM.

Lorsqu'il est correctement implémenté et réglé, le FOC peut fournir un contrôle précis du couple, un faible ripple de couple, une bonne efficacité et un fonctionnement fluide. Ce sont des capacités du système de contrôle, pas des garanties automatiques de chaque implémentation FOC.

En résumé : le contrôle six pas détermine quel état de commutation est actif ; le contrôle sinusoïdal façonne la référence de tension de phase plus harmonieusement ; le FOC régule directement l'état électrique du moteur dans un système de coordonnées tournant. Le matériel est le même. Ce qui diffère, c'est l'algorithme.

Fonctions principales : sécurité commune + fonctionnalités spécifiques à l'application

1 Fonctions communes des contrôleurs

Selon le système, les fonctions communes des contrôleurs peuvent inclure :

• Coupure de frein: désactive ou réduit la sortie du moteur lorsqu'un signal de frein est détecté ;

• Protection contre les sous-tensions: réduit ou désactive la sortie lorsque la tension de la batterie descend en dessous d'un seuil défini ;

• Protection contre les surintensités: protège l'étage de puissance et le système électrique contre les courants excessifs ;

• Limitation de courant: limite le courant commandé en fonction du contrôleur, du moteur, de la batterie et de la conception du système ;

• Diagnostics de défauts: détecte certains défauts de capteurs, de communication ou d'étage de puissance ;

• Logique anti-démarrage involontaire: empêche ou limite l'activation non intentionnelle du moteur lorsque le système le prend en charge ;

• Communication avec l'afficheur et le BMS: échange des informations avec d'autres composants du véhicule lorsque le système le permet.

Tous les contrôleurs n'incluent pas toutes les fonctionnalités. Des fonctions telles que l'antivol, le freinage régénératif, la marche arrière, les mises à jour OTA ou les diagnostics cloud dépendent de l'architecture du contrôleur et du système véhicule complet.

2 Fonctionnalités typiques des systèmes à accélérateur (Twist-and-Go)

Les contrôleurs orientés accélérateur supportent couramment des fonctionnalités telles que :

• Contrôle du moteur basé sur l'accélérateur;

• Limitation de courant et de vitesse;

• Régulateur de vitesse, lorsque supporté ;

• Modes de vitesse multiples;

• Marche arrière ou assistance à la poussée, lorsque supporté ;

• Freinage régénératif, lorsque le moteur, le contrôleur et la batterie le supportent ;

• Affaiblissement de champ, lorsque supporté et approprié pour le système moteur ;

• Détection de défauts et fonctions anti-démarrage involontaire.

Si un fabricant propose l'apprentissage automatique, l'identification automatique du moteur ou l'autodiagnostic, la fonction exacte doit être nommée telle que définie par le fabricant.

3 Fonctionnalités typiques des vélos à assistance électrique (Pedelec)

Les systèmes d'assistance au pédalage peuvent inclure :

• Détection de couple et/ou de cadence;

• Niveaux d'assistance multiples;

• Cartes d'assistance basées sur la force de pédalage, la cadence, la vitesse ou d'autres entrées;

• Fonctions de démarrage ou d'assistance à la marche, lorsque la réglementation le permet ;

• Coupure de l'assistance liée à la vitesse;

• Gestion de la température de la batterie et du moteur;

• Intégration du changement de vitesse électronique, lorsque le système d'entraînement le supporte ;

• Fonctions d'affichage, d'application, de diagnostic et de systèmes connectés, selon la plateforme.

Des fonctions telles que le maintien en côte, le changement de vitesse automatique et la fusion avancée multi-capteurs doivent être décrites comme des caractéristiques au niveau du système plutôt que comme des fonctions universelles de chaque contrôleur de Pedelec.

4 Tableau comparatif : Différences fonctionnelles

Types et paramètres clés

1 Catégories courantes de contrôleurs pour vélos électriques

• Par type de moteur: Contrôleurs à balais et sans balais. Les systèmes sans balais dominent les vélos électriques et les deux-roues électriques modernes.

• Par méthode de contrôle: Six pas/trapézoïdal, sinusoïdal, FOC et autres approches de contrôle.

• Par structure: Contrôleur séparé et unité d'entraînement intégrée.

• Par communication: Câblage de signal simple, communication de type UART, CAN ou systèmes de communication propriétaires.

2 Paramètres clés : Que vérifier avant de choisir un contrôleur pour vélo électrique

La sélection du contrôleur doit être considérée comme un exercice d'adaptation au système. Le contrôleur doit être compatible avec la batterie, le moteur, les capteurs, l'afficheur, le BMS, le câblage et les exigences du marché cible.

• Plage de tension: La plage de tension supportée par le contrôleur doit être compatible avec la tension nominale et maximale de fonctionnement de la batterie. Une batterie « 48V », par exemple, fonctionne à une tension supérieure à 48V lorsqu'elle est complètement chargée.

• Limite de courant: Vérifiez les limites de courant continu et de pointe lorsque celles-ci sont spécifiées. Ces limites affectent les performances d'accélération et de montée de côte et doivent être compatibles avec la batterie, le BMS, le câblage, les connecteurs, les MOSFET et les limites thermiques du moteur.

• Compatibilité moteur: Vérifiez le type de moteur, les caractéristiques de l'enroulement, la disposition des capteurs Hall le cas échéant, la séquence de phase, la détection de la position du rotor et les exigences de communication.

• Compatibilité Hall et phase: Certains moteurs et contrôleurs utilisent des relations Hall de 60° ou 120°, mais le chiffre seul ne suffit pas à garantir la compatibilité. La séquence Hall, la séquence de phase, le positionnement des capteurs, le nombre de paires de pôles du moteur et la logique de commutation du contrôleur sont tous importants.

• Interface de communication: Vérifiez si le contrôleur communique avec l'écran, le BMS, le moteur, la batterie ou d'autres modules du véhicule, et si le protocole est compatible.

D'après l'expérience de BENLG dans la fabrication de deux- et trois-roues électriques, un point de départ pratique consiste à sélectionner un contrôleur dont la puissance nominale est d'environ 20% supérieure à celle du moteur. Il ne s'agit pas d'une règle universelle. La marge correcte dépend de la tension de la batterie, de la capacité de décharge de la batterie, des exigences de puissance et de couple du moteur, des limites de courant, de la capacité thermique, du cycle de service du véhicule et des exigences réglementaires. Le chiffre de 20% est un point de départ utile pour l'adaptation du système, et non un substitut à la vérification de la conception électrique et thermique complète.

Pour les systèmes d'assistance au pédalage, les facteurs supplémentaires incluent le type de capteur de couple, la détection de cadence, les cartes d'assistance, les caractéristiques de réponse, les protocoles de communication et le fait que le système d'entraînement utilise un contrôleur externe ou une unité moteur-contrôleur intégrée.

3 Courant du bus par rapport au courant de phase — Le piège de spécification le plus courant

Les fiches techniques des contrôleurs peuvent indiquer plus d'une spécification de courant. Les deux plus importantes sont le courant continu côté batterie (DC) et le courant de phase du moteur.

Le courant de batterie et le courant de phase du moteur ne sont pas des spécifications interchangeables. Dans de nombreux systèmes de contrôle de moteur, le courant de phase peut être sensiblement plus élevé que le courant de batterie, en particulier lors du fonctionnement à basse vitesse et à couple élevé. Cependant, la relation n'est pas un rapport de conversion fixe.

Le contrôleur est fondamentalement un onduleur triphase qui convertit le courant continu de la batterie en courants électriques contrôlés dans le moteur. Son fonctionnement ne doit pas être décrit simplement comme un convertisseur abaisseur conventionnel. Les relations instantanées et moyennes entre le courant du bus DC et le courant de phase dépendent de la force contre-électromotrice (CEM) du moteur, de l'angle électrique, de la méthode de modulation, de la stratégie de contrôle du courant, du point de fonctionnement et de la manière dont chaque courant est mesuré et spécifié.

Pour la sélection de contrôleur B2B, cette distinction est importante. Si un contrôleur est annoncé comme « 80A » ou « 100A », déterminez d'abord si ce chiffre signifie le courant continu côté batterie, le courant de pointe côté batterie, le courant de phase, ou une autre spécification propriétaire du fabricant. Ne comparez pas les chiffres de courant entre fournisseurs tant que la définition de la mesure n'est pas claire.

Pour la batterie et le BMS, le courant côté batterie est généralement la spécification critique. Pour la capacité de couple du moteur, la capacité en courant de phase est également importante.

4 Tension, Courant et Puissance — Comment ils sont liés

La relation électrique de base est : Puissance (W) = Tension (V) × Courant (A).

La tension influence fortement la plage de vitesse potentielle du moteur. À mesure que la vitesse du moteur augmente, la force électromotrice (FEM) arrière augmente également. Une tension système plus élevée peut donc fournir plus de marge de tension à des vitesses plus élevées, en supposant que l'enroulement du moteur et le contrôleur sont conçus pour cela.

Le courant influence fortement le couple et le chauffage. Dans de nombreux moteurs électriques, le couple est étroitement lié au courant. En même temps, les pertes par effet Joule augmentent approximativement avec le carré du courant, selon I²R. Augmenter le courant a donc un coût thermique significatif.

Les performances réelles du véhicule dépendent du système complet. La tension de la batterie, la capacité en courant, l'enroulement du moteur, les limites de courant du contrôleur, la température du moteur, la température du contrôleur, la charge du véhicule, le rapport de transmission, l'aérodynamique et les conditions de fonctionnement affectent tous l'accélération, la montée de pentes, la puissance continue et la vitesse maximale.

La gestion thermique est le dernier goulot d'étranglement. La tension définit le plafond de vitesse théorique, le courant détermine la quantité de couple disponible pour l'atteindre, et la chaleur détermine combien de temps le système peut maintenir cette sortie.

Marques mondiales et paysage des systèmes

1 Principales approches des contrôleurs et systèmes d'entraînement pour vélos électriques

Le marché des contrôleurs pour vélos électriques est très fragmenté, et la définition de « contrôleur » varie selon les catégories de produits. Dans certains systèmes, le contrôleur est un composant électronique sourcé séparément. Dans d'autres, il est intégré dans une unité d'entraînement complète contenant le moteur, le mécanisme de réduction, les capteurs et l'électronique de puissance.

Dans les systèmes d'assistance à la pédale haut de gamme, des entreprises européennes et japonaises telles que Bosch, Shimano, Yamaha, Brose/Qore, Mahle et TQ fournissent des solutions d'entraînement intégrées ou hautement intégrées. Celles-ci sont généralement développées comme des écosystèmes complets de contrôle moteur plutôt que des contrôleurs autonomes génériques. Bosch est le leader clair dans le segment des moteurs centraux, Shimano occupant une position importante. Yamaha fournit depuis longtemps la technologie des moteurs centraux, et les unités d'entraînement de Brose sont récemment passées sous la propriété de Yamaha sous la marque Qore.

Dans les applications de deux-roues électriques à moteur hub et orientées par gaz, la chaîne d'approvisionnement comprend de nombreux fabricants de contrôleurs indépendants. Bafang est l'un des plus grands fournisseurs de systèmes de propulsion électrique au monde, couvrant à la fois les moteurs hub et les moteurs centraux. Ananda se concentre sur les systèmes à moteur central et le contrôle intégré du changement de vitesse automatique. En Chine, Gaobiao Intelligent, Jinghui Electronics, Xiechang Electronics, Songzheng et Lingbo Electronics figurent parmi les fournisseurs de contrôleurs les plus importants pour le marché intérieur et l'exportation.

Étant donné que les chiffres de part de marché varient considérablement selon que la recherche ne couvre que les vélos, les motos électriques, les contrôleurs hub, les systèmes centraux intégrés ou le marché plus large des véhicules électriques légers, un positionnement relatif est plus fiable que des chiffres précis. L'observation clé est que les fournisseurs européens dominent le segment haut de gamme des systèmes centraux intégrés, tandis que les fournisseurs asiatiques détiennent des avantages d'échelle sur les contrôleurs autonomes et les systèmes à moteur hub.

2 Panorama des Marques de Véhicules Internationales

Le paysage des véhicules diffère également selon les marchés. Les marques de vélos électriques européennes et nord-américaines construisent souvent leurs produits autour de systèmes de propulsion intégrés provenant de fournisseurs spécialisés de moteurs — Accell Group (Haibike, Lapierre), Giant, Trek, Riese & Müller, Cannondale, Cowboy, VanMoof et Ampler sont en vue en Europe, tandis que Rad Power Bikes a connu une croissance rapide en Amérique du Nord avec un modèle de vente directe au consommateur. Yamaha Bicycles et Giant figurent parmi les rares marques possédant à la fois la capacité de fabrication de systèmes moteur et de véhicules complets.

Les grands fabricants asiatiques de deux-roues électriques opèrent dans une structure de chaîne d'approvisionnement différente, où le contrôleur, le moteur, la batterie, l'afficheur et l'électronique du véhicule peuvent être sourcés ou développés comme un système coordonné. Yadea, Aima, Tailg, Luyuan et Xinri ont un volume domestique massif en Chine et s'expansent en Asie du Sud-Est, en Europe et en Amérique latine. Ninebot (Segway-Ninebot) occupe une position distincte dans le transport intelligent courte distance.

Pour un importateur ou un acheteur OEM, la question importante n'est pas simplement « Quelle est la plus grande marque de contrôleur ? ». Il s'agit de savoir si le contrôleur, le moteur, la batterie, le BMS, l'afficheur, les capteurs, le câblage, le firmware et la configuration réglementaire fonctionnent ensemble de manière fiable pour le véhicule et le marché cibles.

3 Différentes Structures de Marché

Une différence importante réside dans le degré d'intégration du système de propulsion.

Dans de nombreux systèmes Pedelec à moteur central, le moteur, le mécanisme de réduction, les capteurs et le contrôleur sont intégrés dans une unité de propulsion compacte. Le fabricant de véhicules achète donc un système de propulsion plutôt que de sélectionner un contrôleur générique de manière indépendante. Le contrôleur est « invisible » dans cet écosystème ; ce que le cycliste ressent, c'est la qualité de conduite de l'ensemble du système.

Dans de nombreux deux-roues électriques à moteur central et à accélérateur, le contrôleur reste une pièce détachable et remplaçable. Le constructeur du véhicule peut sourcer séparément un moteur, un contrôleur, un écran, un accélérateur, une batterie et d'autres composants électroniques, puis intégrer et régler l'ensemble du système. Ce modèle est économique et flexible en termes de chaîne d'approvisionnement, mais la qualité du contrôleur et son adéquation dépendent des choix et du réglage de la marque du véhicule.

Aucune des deux architectures n'est intrinsèquement supérieure pour toutes les applications. Le choix approprié dépend de la conception du véhicule, du volume de production, de la stratégie de service, des objectifs de coût, des exigences réglementaires et du niveau d'intégration système requis.

Cadres réglementaires mondiaux — Du point de vue du contrôleur

Un contrôleur ne détermine pas à lui seul la légalité d'un véhicule. La classification légale dépend du véhicule complet, y compris son moteur, sa batterie, ses pédales, ses commandes, sa vitesse maximale, sa puissance nominale, sa construction et les exigences d'homologation applicables.

Pour la conception des contrôleurs, cependant, les réglementations affectent directement la logique de contrôle autorisée, les limites de vitesse, les limites de puissance, les exigences relatives aux pédales, le comportement de l'accélérateur et les fonctions anti-falsification. Les sections suivantes se concentrent uniquement sur les exigences qui contraignent directement la conception et la configuration du contrôleur.

1 UE : Vélos à assistance électrique et EN 15194

Pour les EPAC de type UE, le Règlement (UE) 168/2013 exclut de son champ d'homologation les vélos à pédalage assisté qui utilisent un moteur électrique auxiliaire d'une puissance nominale continue maximale ne dépassant pas 250W, où l'assistance est coupée lorsque le cycliste cesse de pédaler et est réduite progressivement et enfin coupée avant que le véhicule n'atteigne 25 km/h.

Concernant l'utilisation de l'accélérateur : La propulsion continue par accélérateur n'est pas autorisée. La seule exception est un mode d'assistance au démarrage, qui permet une sortie du moteur jusqu'à 6 km/h lorsque le conducteur actionne activement et en continu la commande, destiné à pousser le vélo ou à démarrer depuis l'arrêt. Il ne s'agit pas d'une fonction Twist-and-Go — le moteur doit s'arrêter une fois que le véhicule atteint 6 km/h, et le conducteur ne peut pas maintenir une propulsion uniquement motorisée au-delà de cette vitesse.

Concernant la réponse de coupure : L'amendement de 2024 (A1:2024) exige que le capteur de vitesse active la coupure dans un délai de 0,5 seconde après avoir atteint le seuil, comblant une précédente faille de « réponse retardée ».

L'EN 15194 est une norme technique applicable aux cycles à assistance électrique. Elle ne doit pas être considérée comme la loi elle-même. La classification réglementaire et les exigences de conformité découlent de la législation UE applicable et de la mise en œuvre nationale, tandis que les normes techniques fournissent des méthodes et des exigences détaillées pour démontrer la conformité.

Implications pour le contrôleur : Dans l'UE, un contrôleur conforme ne doit pas permettre une propulsion continue par accélérateur. Le firmware doit imposer un plafond strict de 6 km/h sur toute fonction d'assistance au démarrage, et la coupure doit être rapide et fiable. Si un véhicule ne correspond pas à la définition EPAC, il peut entrer dans une autre catégorie de véhicules avec des exigences d'homologation différentes.

2 États-Unis : Définition fédérale + Systèmes de classes au niveau des États

Au niveau fédéral : La définition fédérale américaine d'un vélo électrique à basse vitesse couvre un véhicule à deux ou trois roues avec des pédales entièrement fonctionnelles, un moteur électrique de moins de 750W, et une vitesse maximale en mode moteur uniquement inférieure à 20 mph dans les conditions de test spécifiées. L'expression « propulsé uniquement par le moteur » envisage explicitement le fonctionnement par accélérateur. Les vélos électriques équipés d'un accélérateur sont légaux selon la loi fédérale, à condition qu'ils remplissent les conditions de pédales, de puissance et de vitesse.

Au niveau des États : Le gouvernement fédéral n'impose pas de système de classes 1/2/3. Le cadre à trois classes est une adoption au niveau des États, et il n'est pas universel. En 2025, environ 40 États ont adopté une certaine forme du système à trois classes, mais les détails varient.

Les définitions couramment référencées sont :

• Operation: Assistance aux pédales uniquement, pas d'accélérateur, coupure à 20 mph;

• Pedal-assist only: Assistance moteur contrôlée par accélérateur avec une coupure à 20 mph ; une capacité d'assistance aux pédales peut également exister sur certains véhicules de classe 2, mais ce n'est pas l'exigence déterminante ;

• None (treated as bicycle): Assistance aux pédales uniquement, coupure à 28 mph; les accélérateurs ne sont généralement pas autorisés, et dans de nombreux États, la classe 3 est interdite sur les pistes cyclables.

Mais ce sont des généralisations. Les États diffèrent sur la question de savoir si les accélérateurs sont autorisés sur la classe 3, si la classe 3 nécessite un casque ou un âge minimum, et si les vélos équipés d'accélérateurs doivent être immatriculés. Certains États n'ont pas adopté le système à trois classes du tout et définissent les vélos électriques selon leurs propres catégories.

Implications pour le contrôleur : Un contrôleur destiné au marché américain ne peut pas supposer un ensemble de règles nationales unique. Il doit être configurable pour correspondre aux définitions de classes de l'État cible. Un véhicule vendu comme classe 2 dans un État peut avoir besoin d'être limité à la logique de classe 1 dans un autre, et les seuils de coupure du firmware doivent être alignés sur les définitions de classes adoptées par l'État.

3 Royaume-Uni : EAPC

En Grande-Bretagne, un EAPC standard doit avoir des pédales capables de le propulser, une puissance moteur nominale continue maximale de : Must be fitted with pedals that can propel the cycle., et une assistance électrique qui se coupe à 5 mph.

Les règles du Royaume-Uni reconnaissent également les EAPC « Twist and Go » homologuésCes véhicules peuvent fournir une assistance sans pédaler, mais les nouveaux véhicules de ce type doivent généralement satisfaire aux exigences d'homologation de véhicule applicables. Par conséquent, « accélérateur = illégal au Royaume-Uni » est trop large. La distinction correcte est entre un EAPC standard conforme, un EAPC Twist-and-Go homologué, et un véhicule qui ne satisfait pas aux exigences pertinentes.

Implications pour le contrôleur : Pour la catégorie EAPC standard, le contrôleur doit imposer une assistance liée aux pédales et une coupure à 15.5 mph. Pour la catégorie Twist-and-Go, la configuration du contrôleur doit correspondre à l'homologation de type du véhicule.

4 Autres marchés

Canada : Les exigences canadiennes varient selon les juridictions. Un cadre couramment utilisé pour les vélos à assistance électrique est 500W et 32 km/h, mais la définition exacte du véhicule et les règles de circulation doivent être vérifiées pour la province ou le territoire concerné. Ne supposez pas qu'une seule configuration de contrôleur est légale dans l'ensemble du pays.

Japon : Le Japon utilise un cadre distinctif d'assistance au pédalage dans lequel la relation d'assistance à l'apport du cycliste est réglementée. Les contrôleurs pour les véhicules conformes à l'assistance au pédalage nécessitent donc une logique de contrôle spécifique au marché plutôt que de simplement appliquer une cartographie de gaz/assistance européenne ou nord-américaine.

Australie : L'Australie doit être considérée comme un marché par juridiction plutôt que comme une spécification de contrôleur unique. Par exemple, Victoria autorise les EPAC avec une puissance nominale continue allant jusqu'à : Must be fitted with pedals that can propel the cycle. et une coupure d'assistance à : Must be equipped with functional pedals., avec une utilisation du gaz limitée à une assistance de marche à basse vitesse. La Nouvelle-Galles du Sud dispose actuellement d'un cadre séparé pour les 500W cycles à assistance électrique avec ses propres exigences de pédalage et de coupure. Les règles de l'État ou du territoire applicables doivent être vérifiées avant de finaliser le firmware du contrôleur et la certification du véhicule.

5 Chine : GB 17761—2024

GB 17761—2024 introduit des exigences importantes pour les systèmes électriques et la protection contre la manipulation des vélos électriques en Chine. En ce qui concerne la conception liée au contrôleur, le principe important est que le contrôleur et le système électrique associé doivent être conçus comme faisant partie de la configuration du véhicule conforme.

La norme comprend des exigences visant à empêcher la modification non autorisée des caractéristiques électriques clés :

• Les contrôleurs ne doivent pas être modifiables par découpe de fils ou réglages par jumper ;

• Les contrôleurs ne doivent pas être compatibles avec plusieurs modes de tension d'entrée ;

• Un verrouillage en surtension est requis ;

• Les dispositifs de limitation de courant ne doivent pas avoir de portes dérobées ;

• La modification via des décodeurs ou des technologies IoT est interdite ;

• Un mécanisme de reconnaissance mutuelle « un véhicule, une batterie, un chargeur, un code » est requis.

La norme clarifie également la frontière entre les modes de conduite : un véhicule avec entraînement électrique pur peut avoir ou non des pédales ; un véhicule avec assistance électrique au pédalage doit avoir des pédales. Les contrôleurs pour les véhicules à entraînement pur ne traitent que les signaux de gaz, tandis que les contrôleurs pour les véhicules à assistance doivent traiter les signaux de pédalage et appliquer la coupure d'assistance.

Il est préférable de ne pas décrire GB 17761—2024 simplement comme une norme qui « supporte les modes électrique pur et assistance au pédalage ». La conformité d'un véhicule dépend de sa classification complète et de sa configuration certifiée. Un interrupteur générique de firmware entre différents modes de conduite ne doit pas être considéré comme une stratégie de conformité.

6 Ce que cela signifie pour la conception des contrôleurs

La leçon pratique est que la sélection du contrôleur doit commencer par le véhicule et le marché cibles, et non par un chiffre générique de puissance du contrôleur. Le matériel, le firmware, les capteurs, la batterie, le moteur et la configuration réglementaire doivent être considérés ensemble.

En une phrase : Les limites fonctionnelles d'un contrôleur ne sont pas choisies par les ingénieurs — elles sont dictées par le cadre réglementaire du marché.

Tendances technologiques

1 Tendances communes

• FOC et contrôle avancé du courant: De plus en plus utilisé là où une livrance de couple plus fluide, une efficacité et une contrôlabilité sont importantes ;

• Contrôle sans capteur et sans effet Hall: Les algorithmes peuvent estimer la position du rotor dans certaines conditions de fonctionnement, réduisant la dépendance aux capteurs physiques à effet Hall ;

• Connectivité intelligente: CAN, Bluetooth, mises à jour OTA, diagnostics et applications mobiles sont de plus en plus intégrés dans les systèmes d'entraînement complets ;

• Intégration au niveau système: Les contrôleurs coordonnent de plus en plus avec les batteries, les unités BMS, les écrans, les capteurs, les systèmes antivol et la connectivité du véhicule ;

• Gestion thermique et sécurité: La limitation de courant, la surveillance de la température, la détection de pannes et la coordination avec la batterie deviennent de plus en plus importantes à mesure que la puissance du système augmente.

2 Tendances pour les véhicules à accélérateur (Twist-and-Go)

• Freinage régénératif: Disponible sur les systèmes où le moteur, le contrôleur, la batterie et l'architecture du véhicule supportent la récupération d'énergie ;

• Affaiblissement de champ: Utilisé sur certains systèmes pour étendre la plage de vitesse utilisable au-delà de la zone de vitesse de base du moteur, sous réserve de limites thermiques et électriques ;

• Contrôle sans capteur: Peut réduire la dépendance aux capteurs à effet Hall dans les applications de contrôle moteur adaptées ;

• Fonctions antivol intelligentes: Le blocage du moteur, les fonctions d'alarme, la communication et le positionnement peuvent être intégrés dans le système véhicule plus large ;

• Coordination BMS: La sortie du contrôleur peut être ajustée en fonction de la tension de la batterie, de la température, de l'état de charge ou des commandes BMS lorsque le système supporte une telle communication.

3 Tendances pour les vélos à assistance électrique (Pedelec)

• Intégration moteur central et contrôleur: Les unités d'entraînement intégrées peuvent réduire la complexité de l'assemblage et permettre un contrôle coordonné du moteur et de la transmission ;

• Contrôle du couple et multi-capteurs: Une détection plus précise permet au contrôleur d'adapter l'assistance à l'input du骑手 et aux conditions du véhicule ;

• Caractéristiques de conduite définies par logiciel: Les cartes d'assistance et les paramètres de contrôle peuvent affecter significativement la sensation du même matériel moteur de base pour le骑手 ;

• Intégration du changement de vitesse électronique: Certains systèmes d'entraînement complets coordonnent le couple du moteur avec un changement de vitesse électronique ou automatique ;

• Écosystèmes connectés: La navigation, le diagnostic, les données de conduite, les fonctions antivol et les applications pour smartphones sont de plus en plus intégrés dans les systèmes haut de gamme ;

• Systèmes d'entraînement compacts et silencieux: Le poids, le bruit, l'encombrement et une assistance naturelle restent des priorités de développement importantes.

Dans l'ensemble, le développement des contrôleurs évolue d'une simple commutation de puissance vers des systèmes de plus en plus intégrés de contrôle moteur et de contrôle du véhicule. La tendance importante n'est pas simplement « plus de puissance », mais une meilleure coordination entre le moteur, la batterie, les capteurs, les logiciels et le véhicule.

En une phrase : les contrôleurs à accélérateur évoluent vers « plus puissants, plus d'autonomie, plus sûrs » ; les contrôleurs à assistance pédale évoluent vers « une meilleure compréhension de vous, plus naturels, plus transparents ».

Sélection, maintenance et dépannage

1 Sélection

Systèmes orientés accélérateur : Vérifiez la plage de tension de la batterie, les courants continus et de pointe requis, la compatibilité du moteur, la séquence Hall/phase, le signal d'accélérateur, la coupure de frein, le protocole d'affichage, la communication BMS, les exigences thermiques et les réglementations du marché cible. Ne sélectionnez pas un contrôleur uniquement en fonction d'une valeur nominale en watts.

Systèmes d'assistance à la pédale : Vérifiez la compatibilité du capteur de couple et/ou de cadence, la détection de vitesse, les cartes d'assistance, la communication moteur-contrôleur, la communication batterie, les caractéristiques de réponse, les exigences légales de coupure et si le contrôleur est externe ou intégré dans l'unité d'entraînement.

Pour les projets OEM, l'approche la plus sûre est de vérifier l'ensemble du système électrique en tant que package plutôt que de traiter le contrôleur comme un composant isolé.

2 Maintenance

• Évitez de diriger des jets d'eau à haute pression sur le contrôleur, les connecteurs ou le câblage ;

• Gardez le chemin de refroidissement spécifié du contrôleur dégagé et évitez les installations qui piègent une chaleur excessive ;

• Inspectez les connecteurs et le câblage pour détecter tout desserrage, corrosion, ingressions d'eau ou isolation endommagée ;

• Ne contournez pas les fonctions de protection ni ne modifiez les limites de courant et de vitesse sans vérifier les exigences techniques et réglementaires applicables ;

• Les systèmes à capteur de couple peuvent nécessiter une calibration ou des vérifications de décalage à zéro selon le capteur et le système d'entraînement. Suivez la procédure de service du fabricant plutôt que de supposer que chaque capteur de couple nécessite une calibration manuelle périodique.

3 Dépannage

Système orienté accélérateur : Si l'accélérateur ne produit aucune réponse, vérifiez le signal d'accélérateur, l'entrée de coupure de frein, l'état de défaut du contrôleur, l'alimentation de la batterie, les signaux Hall/position du moteur, les connecteurs et le câblage. Une accélération soudaine ou involontaire peut être causée par un défaut de l'accélérateur, un défaut de câblage, un problème de configuration du contrôleur ou une autre défaillance du système et doit être traitée comme un problème de sécurité.

Système d'assistance à la pédale : S'il n'y a pas d'assistance lorsque vous pédalez, vérifiez le capteur de couple/cadence, le capteur de vitesse, la communication batterie, le contrôleur, la communication moteur et le câblage. Une assistance saccadée peut résulter de problèmes de capteur, d'une calibration incorrecte, de cartes d'assistance inappropriées, d'erreurs de communication ou d'un réglage du contrôle moteur.

Si un système continue de fournir une assistance au-delà de la coupure légale applicable, ne présumez pas que le contrôleur seul en est responsable. La cause peut impliquer le capteur de vitesse, la configuration du firmware, les réglages de la taille de roue, des erreurs de communication ou une modification non autorisée.

Conclusion

Un contrôleur de vélo électrique peut sembler être une simple boîte électronique, mais c'est le point où la puissance de la batterie, le contrôle du moteur, les commandes du conducteur, les capteurs, les fonctions de sécurité et le logiciel du véhicule convergent.

Dans un système orienté par accélérateur, le contrôleur traduit une commande du conducteur en une sortie moteur contrôlée tout en gérant les limites de courant, de vitesse, thermiques et de sécurité.

Dans un système d'assistance aux pédales, le contrôleur interprète les informations du conducteur et du véhicule pour déterminer le niveau d'assistance à fournir. La qualité de cette expérience ne dépend pas seulement du contrôleur, mais aussi du moteur, des capteurs, de la batterie, du firmware et du réglage global du système.

D'un point de vue mondial, ce qu'un contrôleur peut et ne peut pas faire est façonné par la réglementation. Le cadre EPAC de l'UE définit les limites de base de l'assistance aux pédales. Les États-Unis combinent une définition fédérale des vélos électriques à faible vitesse avec des systèmes de classes au niveau de l'État qui varient selon les juridictions. Le Royaume-Uni fait la distinction entre les EAPC standard et les véhicules à accélérateur homologués. Le Japon régule lui-même le ratio d'assistance. L'Australie applique des règles différentes par État et territoire. La Chine impose, via la norme GB 17761—2024, certaines des exigences anti-fraude les plus strictes au monde pour les contrôleurs.

Pour les importateurs, les distributeurs et les acheteurs OEM, la leçon la plus importante est que les spécifications du contrôleur ne peuvent pas être évaluées de manière isolée. La tension, le courant, les caractéristiques du moteur, les capacités de la batterie et du BMS, la compatibilité des capteurs, les protocoles de communication, la conception thermique, le firmware et les exigences réglementaires doivent tous être considérés ensemble.

Le bon contrôleur n'est pas simplement celui avec le courant nominal le plus élevé ou la puissance affichée la plus importante. C'est le contrôleur qui est correctement assorti au moteur, à la batterie, au cycle de service du véhicule, au système de commande du conducteur et au marché cible.

À propos de BENLG

Le contrôleur n'est qu'une partie du système électrique d'un deux- ou trois-roues électrique. Pour les opérateurs de flottes et les importateurs, le défi est de faire fonctionner ensemble de manière fiable le moteur, le contrôleur, la batterie, le BMS, l'écran, les capteurs et la configuration du véhicule pour le marché cible.

BENLG fabrique des deux- et trois-roues électriques depuis 2003, avec plus de 20 ans d'expérience dans l'industrie et des exportations vers plus de 65 pays.

BENLG aborde la configuration du contrôleur comme faisant partie du système véhicule complet. Les caractéristiques du moteur, les capacités de la batterie et du BMS, les interfaces de l'écran et des capteurs, les commandes par accélérateur ou assistance aux pédales, et les exigences du marché cible sont considérées ensemble lors de la configuration du système électrique.

Pour les partenaires B2B — importateurs, distributeurs et opérateurs de flottes inclus — cette approche systémique aide à résoudre les problèmes pratiques qui comptent après la production : un comportement des véhicules cohérent, la compatibilité du système électrique, la facilité de maintenance et la configuration spécifique au marché.

Si vous approvisionnez des deux- ou trois-roues électriques et souhaitez discuter de la manière dont la configuration du contrôleur affecte les performances du véhicule et les exigences du marché, nous serons heureux d'échanger sur votre projet.

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