Une tondeuse robotisée nécessite généralement trois moteurs : un moteur de coupe et deux moteurs indépendants d’entraînement des roues. Cette configuration à trois moteurs est largement répandue car elle permet de contrôler séparément la rotation des lames, l’avance, la marche arrière et les virages.
Configurations typiques des moteurs
| Conception des tondeuses robotisées | Moteurs de coupe | Moteurs d’entraînement | Moteurs auxiliaires | Exemples de configurations complètes |
| Tondeuse compacte de base | 1 | 1–2 | 0 | 2–3 |
| Tondeuse résidentielle standard | 1 | 2 | 0 | 3 |
| Tondeuse à double lame | 2 | 2 | 0 | 4 |
| Tondeuse à traction intégrale | 1 | 4 | 0 | 5 |
| Tondeuse haut de gamme avec réglage électrique de la hauteur de coupe | 1–2 | 12–4 | 1 | 4–7 |
| Tondeuse professionnelle à disques multiples | 2–3 | 2–4 | 0–2 | 4–9 |
Pour la plupart des tondeuses robotisées résidentielles, trois moteurs offrent le meilleur compromis entre mobilité, performances de coupe, consommation d’énergie, complexité mécanique et coût de production.
Pourquoi la plupart des tondeuses robotisées utilisent trois moteurs
Une tondeuse robotisée standard comprend généralement :
- Un moteur pour entraîner le disque ou la lame de coupe
- Un moteur pour la roue gauche
- Un moteur pour la roue droite
Les deux moteurs de roue fonctionnent indépendamment l’un de l’autre. En modifiant leur vitesse et leur sens de rotation, la tondeuse peut avancer en ligne droite, suivre une trajectoire courbe, reculer ou tourner sur place, pratiquement dans les limites de sa propre longueur.
Par exemple, lorsque les deux moteurs de roue tournent vers l’avant à la même vitesse, la tondeuse avance en ligne droite. Lorsque la roue gauche tourne plus lentement que la roue droite, la machine tourne à gauche. Une rotation opposée des roues permet à la tondeuse d’effectuer des virages serrés dans un espace très restreint.
Cette configuration rend inutile toute direction mécanique distincte. Un essieu de direction classique nécessiterait des tringleries, des articulations, un espace supplémentaire et davantage de pièces mobiles. Le contrôle indépendant des moteurs est généralement plus adapté à une petite machine autonome qui change fréquemment de direction.
Le moteur de coupe fonctionne séparément car la vitesse de la lame doit rester stable même lorsque la vitesse des roues varie. La tondeuse peut ralentir à l’approche d’une limite, s’arrêter pour éviter un obstacle ou tourner sur une pente, mais le disque de coupe peut néanmoins devoir maintenir sa vitesse de rotation cible.
La séparation des systèmes de coupe et d’entraînement améliore donc la précision de contrôle et la flexibilité du système.
Le moteur de coupe
Le moteur de coupe entraîne la lame, le disque de coupe ou le support de lame installé sous la tondeuse. Sa fonction principale est de maintenir une vitesse de rotation suffisante pour couper l’herbe proprement, sans vibrations, bruit ni consommation d’énergie excessifs.
La plupart des tondeuses robotisées utilisent un seul moteur de coupe. Cela suffit généralement pour les pelouses de petite et moyenne taille, car les tondeuses robotisées coupent l’herbe fréquemment plutôt que d’en retirer une grande quantité en un seul passage.
Une tondeuse à conducteur marchant traditionnelle peut être amenée à tondre de l’herbe haute après plusieurs jours ou semaines de croissance. Une tondeuse robotisée fonctionne souvent plusieurs fois par semaine et ne coupe qu’une petite partie des pointes d’herbe. Cela réduit le couple requis par le système de coupe.
Le moteur doit néanmoins supporter des charges variables causées par :
- Une herbe dense
- De l’herbe humide
- De petites branches
- L’accumulation d’herbe autour du disque de coupe
- Une hauteur de coupe irrégulière
- Contact soudain avec une végétation dense
Le choix d’un moteur de coupe adapté ne doit pas se faire uniquement en fonction de sa vitesse à vide. Le couple continu du moteur, son couple maximal, ses performances thermiques, la conception de l’arbre, le support des roulements et la réactivité du variateur sont également des critères importants.
Utilisation de deux moteurs de coupe
Certaines tondeuses robotisées utilisent deux moteurs de coupe au lieu d’un seul. Chaque moteur peut entraîner un disque de coupe distinct.
Un système de coupe à deux moteurs peut offrir :
- Une largeur de coupe plus importante
- Une meilleure couverture sous un corps de tondeuse de grande taille
- Une répartition plus homogène de la charge
- Un diamètre réduit des disques de coupe
- Une plus grande flexibilité dans la conception du châssis
Cependant, l’ajout d’un moteur de coupe supplémentaire augmente également la consommation d’énergie, les exigences en matière de contrôleur, le câblage, les points d’étanchéité et la complexité de l’entretien.
Deux petits moteurs de coupe ne sont pas automatiquement plus efficaces qu’un seul moteur plus grand. L’ensemble de la structure de coupe doit être évalué. Le diamètre des lames, leur nombre, la vitesse des disques, la zone de chevauchement, la densité de l’herbe et le flux d’air sous le châssis influent tous sur les performances réelles.
Un système à double disque est particulièrement utile lorsque la tondeuse doit couvrir une large bande de coupe sans recourir à un seul disque de coupe de très grande taille.
Les moteurs d’entraînement des roues
La plupart des tondeuses robotisées utilisent deux moteurs d’entraînement, chacun étant relié à une roue motrice. Ces moteurs fonctionnent généralement via des réducteurs afin de fournir le couple nécessaire aux roues à une vitesse relativement faible.
Les moteurs d’entraînement assurent :
- La marche avant et arrière
- Réglage de la vitesse
- Changements de direction
- Suivi des limites
- Évitement des obstacles
- Montée de pente
- Correction de position
- Alignement pour l’amarrage
Les moteurs de roues indépendants sont particulièrement importants, car les tondeuses robotisées se déplacent rarement en longues lignes parfaitement droites. Elles ajustent constamment leur trajectoire en fonction des signaux de délimitation, des données cartographiques, des retours d’information des roues, des informations fournies par la caméra ou des capteurs d’obstacles.
Les moteurs peuvent effectuer des centaines de petites corrections de vitesse au cours d’un seul cycle de tonte. Un fonctionnement stable à basse vitesse peut donc s’avérer plus utile qu’une vitesse maximale élevée.
Une tondeuse qui se déplace rapidement mais qui ne peut pas effectuer de corrections contrôlées risque de laisser des zones non tondues, d’endommager les bordures de la pelouse ou d’avoir du mal à rejoindre sa station de recharge.
Une tondeuse robotisée peut-elle utiliser un seul moteur d’entraînement ?
Une tondeuse simple peut théoriquement utiliser un seul moteur pour entraîner les deux roues via un essieu ou une transmission commune. La direction pourrait alors être assurée par un mécanisme mécanique ou un autre actionneur.
Cette conception peut réduire le nombre de moteurs de traction principaux, mais elle pose d’autres défis. Un différentiel, un embrayage, une tringlerie de direction ou un actionneur de direction peuvent encore s’avérer nécessaires. Une fois ces pièces intégrées, le système dans son ensemble n’est pas forcément plus simple.
Un moteur d’entraînement commun complique également le contrôle indépendant des vitesses des roues gauche et droite. Cela limite la souplesse des virages et rend la navigation précise plus difficile.
Pour ces raisons, un moteur d’entraînement unique convient principalement aux machines basiques dont les exigences en matière de direction sont limitées. Il est moins adapté aux tondeuses autonomes qui doivent contourner des arbres, des parterres de fleurs, des passages étroits, du mobilier de jardin et des limites irrégulières.
Pourquoi certaines tondeuses ont besoin de quatre moteurs d’entraînement
Les tondeuses robotisées conçues pour les terrains escarpés ou accidentés peuvent être équipées d’une transmission à quatre roues motrices. Sur ces machines, chaque roue peut disposer de son propre moteur, ce qui porte le nombre total de moteurs d’entraînement à quatre.
Une fois le moteur de coupe ajouté, la tondeuse peut compter au moins cinq moteurs.
Les systèmes à quatre roues motrices permettent d’améliorer :
- La traction dans les pentes
- La mobilité sur sol meuble
- La stabilité sur les pelouses irrégulières
- La capacité à se dégager de petits trous
- La maniabilité sur l’herbe mouillée
- Répartition du poids
- Performances en virage sur des surfaces accidentées
Cependant, le nombre de moteurs ne suffit pas à lui seul à garantir une bonne capacité en pente. Le profil des pneus, le diamètre des roues, le poids de la tondeuse, le centre de gravité, la garde au sol et le logiciel de commande sont tout aussi importants.
Quatre moteurs de roues sous-dimensionnés peuvent offrir des performances inférieures à celles de deux moteurs correctement dimensionnés, associés à des pneus adaptés et à une répartition du poids adéquate.
Les moteurs supplémentaires occupent également de l’espace et nécessitent davantage de canaux de commande électroniques. Les moteurs de roues devant se coordonner entre eux, une synchronisation imprécise des vitesses peut entraîner un patinage des pneus, une perte d’énergie ou une instabilité des mouvements.
Un système à quatre moteurs est donc justifié lorsque le terrain l’exige, et non pas simplement parce qu’un nombre plus élevé de moteurs semble plus sophistiqué.
Moteurs auxiliaires
Les tondeuses robotisées avancées peuvent intégrer de petits moteurs ou actionneurs pour des fonctions qui ne sont pas directement liées à la coupe ou au déplacement des roues.
Réglage de la hauteur de coupe
Certains modèles permettent de régler électroniquement la hauteur de coupe. Un petit motoréducteur ou un actionneur linéaire soulève ou abaisse l’ensemble de coupe.
Cette fonctionnalité permet à la tondeuse de modifier la hauteur de coupe via une application, un panneau de commande ou un programme automatique. Elle peut également prendre en charge différents réglages de hauteur pour différentes zones de la pelouse.
Le moteur de réglage ne fonctionne que pendant de courtes périodes ; sa consommation d’énergie est donc généralement bien inférieure à celle des moteurs de coupe ou d’entraînement.
Actionneurs de direction
La plupart des tondeuses robotisées se dirigent grâce à des vitesses de roues différentielles, mais les machines plus grandes ou spécialisées peuvent utiliser un actionneur de direction distinct. On le retrouve dans les modèles à roues avant orientables ou à géométrie plus conventionnelle.
Une telle conception peut améliorer le contrôle de la trajectoire à grande vitesse, mais elle introduit des composants supplémentaires et des points de défaillance potentiels.
Systèmes de nettoyage ou de positionnement des lames
Les tondeuses robotisées commerciales ou spécialisées peuvent comporter des brosses de nettoyage motorisées, des mécanismes de repliage des lames, des plateaux réglables ou des systèmes de contrôle de l’éjection. Chaque fonction motorisée peut nécessiter l’ajout d’un autre petit moteur.
N’ajoutez ces fonctionnalités que lorsqu’elles offrent des avantages évidents. Chaque moteur supplémentaire augmente les exigences en matière d’étanchéité, de connexions électriques, de logique de commande et de besoins d’entretien.
Facteurs déterminant le nombre de moteurs requis
Le nombre de moteurs doit être déterminé en fonction des exigences de fonctionnement de la tondeuse plutôt que d’être calqué sur celui d’une autre machine.
Largeur de coupe
Une tondeuse plus large peut nécessiter plusieurs disques de coupe pour couvrir toute la surface située sous le châssis. Cela peut augmenter le nombre de moteurs de coupe.
Un seul grand disque est simple sur le plan mécanique, mais il peut nécessiter plus d’espace et générer une inertie de rotation plus élevée. Plusieurs disques plus petits peuvent améliorer la flexibilité de l’encombrement, mais nécessitent davantage de composants.
Terrain
Les pelouses résidentielles plates peuvent généralement être entretenues avec deux roues motrices. Les pentes raides, les sols meubles, les surfaces humides et les terrains irréguliers peuvent justifier une transmission à quatre roues motrices.
Méthode de braquage
La direction différentielle nécessite normalement deux moteurs d’entraînement contrôlés indépendamment. La direction mécanique peut utiliser un moteur de traction et un actionneur de direction, mais cette configuration présente des exigences différentes en matière de contrôle et d’entretien.
Manœuvrabilité requise
Une tondeuse évoluant dans des passages étroits nécessite un contrôle précis des roues. Deux moteurs d’entraînement indépendants permettent à la machine d’effectuer des virages serrés et d’apporter de légères corrections de position.
Capacité de la batterie
Chaque moteur puise de l’énergie dans la batterie. L’augmentation du nombre de moteurs peut réduire l’autonomie, à moins que la batterie, la stratégie du contrôleur et le rendement mécanique ne soient adaptés en conséquence.
Un nombre plus élevé de moteurs n’entraîne pas toujours une consommation proportionnellement plus élevée, car chaque moteur peut supporter une charge moindre. Il faut néanmoins tenir compte des pertes en veille, des pertes au niveau du contrôleur, du frottement de la boîte de vitesses et du poids supplémentaire.
Objectif de fiabilité
Une structure plus simple à trois moteurs peut être plus facile à étanchéifier, à fabriquer, à tester et à entretenir. Une tondeuse plus complexe peut offrir de meilleures performances, mais elle comporte également davantage de connecteurs, de roulements, d’engrenages, de câbles, de pilotes et de points de défaillance potentiels.
Trois moteurs constituent généralement un point de départ pratique
Pour une tondeuse robotisée résidentielle standard, la configuration suivante constitue un point de départ pratique :
- Un moteur de coupe sans balais
- Deux moteurs à roues dentées à commande indépendante
- Aucun moteur auxiliaire, sauf si une fonction de réglage motorisé est requise
Cette structure offre un contrôle suffisant pour les pelouses normales tout en conservant un système relativement compact.
La conception peut ensuite être étendue en fonction des besoins réels. Un plateau de coupe plus large peut nécessiter l’ajout d’un deuxième moteur de coupe. Un modèle destiné aux pentes raides peut nécessiter l’ajout de deux moteurs de roue supplémentaires. Le contrôle automatique de la hauteur de coupe peut nécessiter l’ajout d’un petit actionneur.
Partir de la configuration la plus simple qui répond aux fonctions requises permet généralement d’obtenir une conception plus fiable que d’ajouter des moteurs avant d’avoir pleinement compris les exigences mécaniques et de commande.
