BE1022240B1 - Groupe motopropulseur pour un vehicule a pedales - Google Patents

Abstract

Groupe motopropulseur pour un véhicule à pédales comprenant un premier et un deuxième moteur ainsi qu'un train épicycloïdal ayant un porte-satellite, une couronne et un planétaire, lequel premier moteur est relié au train épicycloïdal, lequel groupe motopropulseur comprend également un axe de pédalier auquel la couronne est reliée pour former une première entrée du train épicycloïdal, le deuxième moteur est engrené sur l'axe de pédalier, une unité de contrôle étant agencée pour réguler le premier moteur selon une consigne de position angulaire et le deuxième moteur selon une consigne de courant ou de couple.

Description

Groupe motopropulseur pour un véhicule à pédales

La présente invention concerne un groupe motopropulseur pour un véhicule à pédales, en particulier un vélo, lequel groupe motopropulseur comprend un premier et un deuxième moteur ainsi qu’un train épicycloïdal ayant un porte-satellite, une couronne et un planétaire, lequel groupe motopropulseur réunit les deux fonctions, à savoir une assistance électrique et un système électrique de changement des rapports de vitesse, lequel rapport de vitesse est défini entre le pédalier et la sortie du boîtier reliant la roue par un organe de transmission.

Un tel groupe motopropulseur permet de fournir une assistance électrique proportionnelle au couple de pédalage (ou puissance de pédalage) à laquelle les deux moteurs contribuent. Le premier moteur est utilisé de manière à ce qu’il assure un certain rapport de vitesse entre le pédalier et le plateau de sortie. Le deuxième moteur est utilisé de manière à ce que le niveau d’assistance sélectionné par le cycliste soit respecté.

Un tel groupe motopropulseur est connu de la demande de brevet WO 2013/160477. Tel que décrit dans cette demande, le premier respectivement deuxième moteur étant pourvu d’un premier respectivement d’un deuxième capteur agencé pour mesurer la vitesse angulaire du moteur auquel il est associé. Les premier et deuxième capteurs étant reliés à une unité de contrôle à laquelle est également relié un troisième capteur agencé pour mesurer la vitesse à laquelle le vélo est propulsé par un cycliste, le groupe motopropulseur comprend une élément de mesure agencé pour produire un signal de mesure indiquant un couple fourni par le premier moteur, l’unité de contrôle étant agencée pour produire un premier et un deuxième signal de contrôle sur base des vitesses mesurées par les capteurs et de consignes prédéterminées ainsi que du signal de mesure indiquant le couple, lequel premier signal de contrôle est un signal de pilotage de vitesse de rotation qui est fourni au premier moteur, lequel deuxième signal de contrôle est un signal de pilotage en couple qui est fourni au deuxième moteur.

Un inconvénient du groupe motopropulseur connu est la limitation de la dynamique de réponse du premier moteur dû au système de mesure de la vitesse et à la valeur de consigne assignée au régulateur de celui-ci. Ce délai de réponse dudit premier moteur limite le couple transmissible depuis le pédalier jusqu’au plateau de sortie du système et induit une sensation de glissement pouvant paraître étrange pour l’utilisateur. En effet, tel que décrit dans la demande de brevet du groupe motopropulseur connu, le signal de contrôle qui est fourni au premier moteur est une consigne de vitesse dépendant de la vitesse mesurée par le système de mesure du deuxième moteur. Une mesure de vitesse d’une pièce rotative, telle qu’un rotor de moteur électrique, se fait généralement à l’aide d’un capteur de position (de n’importe quel type) dont le signal est post-traité afin d’obtenir une valeur de vitesse rotative. La manière la plus simple est de mesurer le temps entre deux positions et de diviser l’angle séparant ces deux positions par ce temps. Cette démarché revient à dériver temporellement la position ce qui introduit du délai dans la mesure et qui risque d’introduire du bruit de mesure. Il est parfois donc préférable de filtrer ce signal afin de le rendre plus continu, ce qui introduit du délai supplémentaire. Ces délais de mesure limitent les gains appliqués au régulateur de vitesse du premier moteur, limitant ainsi sa dynamique. L’utilisation de capteurs de position à haute résolution (pour le premier moteur et pour le deuxième moteur) est nécessaire pour augmenter la dynamique de contrôle du premier moteur. A cette fin un groupe motopropulseur suivant l’invention est caractérisé en ce que le deuxième moteur est engrené sur l’axe de pédalier et le premier moteur est relié au planétaire, le porte-satellite étant relié au plateau de sortie du groupe motopropulseur, la couronne étant reliée au pédalier.

Le premier respectivement deuxième moteur étant pourvu d’un premier respectivement d’un deuxième capteur agencé pour mesurer la position angulaire du moteur auquel il est associé, lesdits premier et deuxième capteurs étant reliés à une unité de contrôle à laquelle est également relié un troisième capteur agencé pour mesurer la vitesse à laquelle le vélo est propulsé par un cycliste, ledit groupe motopropulseur comprenant un premier respectivement un deuxième élément de mesure agencé pour produire un signal de mesure du courant (image du couple dans un moteur à courant continu) traversant les enroulements du premier respectivement du deuxième moteur, ladite unité de contrôle étant agencée pour réguler les deux moteurs sur base des positions angulaires mesurées par les capteurs, des courants traversant les enroulements des moteurs ainsi que d’autres coefficients. Le premier moteur est régulé en boucle fermée selon une consigne de position angulaire qui est fonction de la position angulaire du deuxième moteur et d’un coefficient propre au rapport de vitesse souhaité. Le deuxième moteur est régulé en boucle fermée selon une consigne de courant (image du couple) qui est fonction du courant dudit premier moteur et du niveau d’assistance (rapport de la puissance électrique fournie sur la puissance totale à la roue) désiré.

Le deuxième moteur assiste le mouvement de pédalage du cycliste puisqu’il est engrené sur l’axe du pédalier. La somme de la puissance produite par le cycliste qui pédale et la puissance du deuxième moteur est transmise via la couronne à la première entrée du train épicycloïdal. Le premier moteur est quant à lui solidaire de la deuxième entrée du train épicycloïdal, à savoir le planétaire. Le plateau de sortie, celui qui entraîne normalement la roue via une chaîne, est solidaire de la sortie du train épicycloïdal par l’intermédiaire du porte-satellite. La vitesse du plateau de sortie est donc une relation linéaire des vitesses des deux entrées, à savoir la couronne et planétaire, et son couple est directement lié au couple des deux entrées par la double égalité des couples du train épicycloïdal. Ainsi les deux moteurs contribuent à soutenir le cycliste lorsqu’il pédale. Un des avantages de cette équation liant les trois couples des trois parties du train épicycloïdal et de la configuration des moteurs électriques par rapport à ces trois parties est qu’elle permet de connaître le couple transmis par le cycliste sur le pédalier par déduction des mesures de courant dans chacun des deux moteurs. Ceci permet donc d’obtenir un groupe motopropulseur à assistance proportionnelle sans capteur de couple additionnel sur le pédalier.

Chacun des deux moteurs a son propre rôle dans ce groupe motopropulseur. Le rôle du premier moteur est d’assurer à tout moment le rapport de vitesse de consigne, qui est soit sélectionné par l’utilisateur, soit calculé en temps réel par l’unité de contrôle en fonction de la vitesse de roulage du vélo et du couple transmis par le cycliste sur le pédalier. Le rôle du second moteur est de fournir le couple additionnel nécessaire afin de suivre la consigne de niveau d’assistance sélectionnée par l’utilisateur.

Le système de propulsion peut également fonctionner selon un cas particulier d’assistance nulle, ce qui veut dire que le cycliste n’est pas aidé dans son effort. Ce mode de fonctionnement est utile, par exemple, dans le cas où la batterie du système est déchargée ou bien selon certaines législations quand le véhicule dépasse une certaine vitesse de roulage. Afin que le cycliste puisse toujours bénéficier de toute la plage de rapports de vitesses, ledit premier moteur a besoin d’énergie électrique. Ledit deuxième moteur peut, dans ce cas particulier d’assistance nulle, fonctionner en générateur afin de fournir le courant nécessaire audit premier moteur. Les lois de contrôle des deux moteurs restent toutefois identiques.

Par rapport au groupe motopropulseur connu de la demande de brevet WO 2013/160477, de nouvelles méthodes de contrôle ont été mises en place afin de favoriser l’agrément de conduite et/ou les performances et/ou la consommation d’énergie et/ou la valeur de puissance motrice embarquée. D’autres formes de réalisation possibles fonctionnant sur le même principe seront également décrites dans la suite de la description. L’invention sera maintenant décrite à l’aide des dessins qui illustrent des formes de réalisation préférentielles d’un groupe motopropulseur suivant l’invention. Dans les figures : la figure 1 illustre une vue schématique en coupe de la forme de réalisation préférentielle du groupe motopropulseur suivant la présente invention; la figure 2 illustre les schémas de régulation des deux moteurs électriques faisant partie du groupe motopropulseur; la figure 3 schématise une méthode de contrôle de l’assistance fournie au cycliste; la figure 4 schématise une méthode de contrôle d'antiglissement de la transmission; la figure 5 illustre une vue en coupe schématique de deux configurations possibles de l’intégration de la roue libre de blocage, utile pour une méthode de contrôle du mode de fonctionnement en cas de forte pente; la figure 6 illustre une vue en coupe schématique d’une première autre forme de réalisation du groupe motopropulseur suivant l’invention ; la figure 7 illustre une vue en coupe schématique d’une deuxième autre forme de réalisation du groupe motopropulseur suivant l’invention.

Dans les dessins une même référence a été attribuée à un même élément ou à un élément analogue. L’invention sera décrite pour une application du groupe motopropulseur à un vélo. Toutefois l’invention n’est pas limitée à un vélo et s’applique à tout véhicule à pédales.

La figure 1 illustre une forme de réalisation du groupe motopropulseur suivant l’invention. L’ensemble des composants du système est intégré dans un carter, qui est lui-même fixé au cadre du vélo. L’axe de pédalier 11 traverse le carter et est monté sur palier dans ce dernier. Comme sur tout pédalier, deux manivelles 10 sont fixées de part et d’autre de l’axe de pédalier 11. L’axe de pédalier 11 est fixé à la couronne 12, qui fait partie du train épicycloïdal 3.

Le train épicycloïdal 3 est composé des trois parties indépendantes à savoir le planétaire 13, le porte-satellite 14 et la couronne 12. Le porte-satellite 14 comporte plusieurs satellites 16. Le planétaire, les satellites et la couronne sont préférentiellement des engrenages, mais peuvent également être sous la forme de galets qui transmettent la force tangentielle par contact. Le planétaire étant de préférence monté de façon solidaire au rotor 19 du premier moteur 20. La couronne 12 est fixée sur l’axe du pédalier 11. Le porte-satellite 14 est fixé sur un axe 15, creux pour cette forme de réalisation préférentielle, qui est lui-même relié au plateau de sortie 23. Le plateau de sortie 23 entraîne, par exemple via une chaîne ou une courroie la roue arrière du vélo. Le train porte-satellite 14 comporte également un ensemble d’engrenage satellites 16, faisant le lien entre la denture interne 12’ de la couronne 12 et l’engrenage planétaire 13. Dans cette forme de réalisation préférentielle, chaque satellite 16 est un double engrenage comportant une petite roue dentée 16’ engrenée sur la denture interne 12’ de la couronne 12 et une grande roue dentée 16” engrenée sur l’engrenage planétaire 13. La petite roue dentée 16’ et la grande roue dentée 16” des satellites 16 sont solidaires l’une de l’autre. Ces doubles satellites permettent d’augmenter le rapport de réduction entre le premier moteur électrique et la sortie et ainsi d’augmenter la vitesse moyenne de rotation du premier moteur et d’augmenter le couple transmissible par celui-ci.

Le premier moteur 20 comporte un stator 5 et un rotor 19. Le stator est fixé au carter du groupe motopropulseur. Le premier moteur est relié à un planétaire 13, qui fait partie du train épicycloïdal 3. Le rôle de ce premier moteur est de démultiplier la vitesse du plateau de sortie 23 en augmentant sa propre vitesse. En effet, la vitesse du porte-satellite 14 est une somme pondérée des vitesses du planétaire et de la couronne. C’est en changeant sa vitesse relative par rapport à celle du pédalier que le premier moteur change le rapport de transmission du groupe motopropulseur (rapport de transmission vu depuis l’axe de pédalier 11 vers le plateau de sortie 23 du système).

Le deuxième moteur 4 assiste la rotation de l’axe de pédalier 11 via la denture externe 12” de la couronne 12, afin que le niveau d’assistance (rapport de la puissance électrique fournie sur la puissance totale à la roue) désiré soit correctement appliqué. Préférentiellement, la transmission de puissance entre le deuxième moteur 4 et la couronne 12 se fait par le biais d’une double roue dentée 2, composée d’une petite roue dentée 2’, engrenée sur la denture externe 12” de la couronne 12, et d’une grande roue dentée 12” engrenée sur le pignon 7 qui est solidaire de l’axe du rotor du deuxième moteur 4. La petite roue dentée 2’ et la grande roue dentée 2” sont solidaires l’une de l’autre. Le deuxième moteur 4 fonctionne dans la majorité des cas en assistance mais, suivant l’invention, peut également dans certains cas freiner le pédalier et récupérer de l’énergie électrique pour le réinjecter à la batterie et/ou au premier moteur 20. C’est par exemple le cas quand le cycliste décide de sélectionner un mode sans assistance où que la batterie est vide et que le cycliste veut encore profiter de la boite de vitesse du système. En effet, il est obligatoire d’alimenter le premier moteur 20 si l’on veut assurer le bon rapport de vitesse.

La forme de réalisation préférentielle contient l’unité de contrôle 6 au sein du même carter 1, dans une espace prévu à cet effet. L’unité de contrôle 6 matérialisée sous forme d’une carte électronique alimente les deux moteurs électriques et est reliée aux différents capteurs du système.

En fonctionnement normal, le cycliste et le deuxième moteur 4 entraînent la couronne 12 du train épicycloïdal. Le premier moteur 20 entraîne le planétaire 13 du train épicycloïdal. La couronne 12 et le planétaire 13 entraînent à leur tour les satellites 16 faisant tourner le porte-satellite 14, lui-même relié au plateau de sortie 23 du groupe propulseur. La vitesse de rotation du plateau de sortie dépend de la vitesse de rotation du planétaire 13 et de la vitesse de rotation de la couronne 12.

Un mode de fonctionnement dans lequel le rapport de transmission du groupe motopropulseur est fixé mécaniquement au plus petit rapport est prévu. Ce rapport de transmission mécanique le plus bas est obtenu par l’installation d’une roue libre entre deux organes tournants du système. Dans la forme de réalisation préférentielle de l’invention, la roue libre 18 est installée entre l’axe du pédalier 11 et le porte-satellite 14 de telle sorte que le porte-satellite 14 ne puisse pas tourner moins vite que l’axe du pédalier 11. Ce mode de fonctionnement est utile dans trois cas. Le premier cas est la panne du système électrique et/ou électronique qui autorise le cycliste à rentrer chez lui sans assistance sur le rapport de vitesse le plus bas. Le deuxième cas est celui du cycliste qui décide de choisir un mode de fonctionnement sans assistance et qui désire pédaler sur le plus petit rapport de vitesse. Dans ce cas, l’alimentation des deux moteurs est coupée pour réduire la consommation d’énergie. Une autre méthode est celle du mode de fonctionnement en forte pente qui sera décrite dans la suite de la description.

La figure 2 illustre le schéma de régulation des deux moteurs électriques faisant partie du groupe motopropulseur selon l’invention.

En mode fonctionnement normal (exclu le mode de fonctionnement en forte pente décrit par la figure 5), le premier moteur M1 est régulé en boucle fermée selon une consigne de position angulaire 0refM1 qui dépend de la position angulaire 0mesM2 mesurée sur le deuxième moteur M2 et d’une variable A qui est fonction du rapport de transmission désiré. En effet, en faisant varier le facteur A, le rapport de vitesse du groupe motopropulseur change également. Il est à noter que la position angulaire 0mesM2 du deuxième moteur est directement liée à la position angulaire de l’axe du pédalier car ils sont reliés par une transmission mécanique sans glissement. La consigne de position angulaire GrefMI du premier moteur est comparée à la mesure de position angulaire 0mesM1 de ce même moteur et la différence des deux, appelée l’erreur en position angulaire 0errM1 du premier moteur rentre dans un régulateur C0M1. Ceci est la base du fonctionnement du système de changement de vitesse du groupe motopropulseur. Il est à noter que les capteurs de position des premiers et deuxièmes moteurs peuvent être de tout type, mais sont préférentiellement des capteurs incrémentaux. Ce qui compte pour le schéma de régulation est en fait l’écart de position angulaire relative du premier moteur par rapport au deuxième. Le régulateur C0M1 peut être de tout type mais contient au minimum un terme proportionnel valant l’erreur en position angulaire èerrMI du premier moteur multipliée par un gain proportionnel. Ainsi, la sortie du régulateur C0M1 augmentera avec le retard de position dudit premier moteur par rapport au dit deuxième moteur. Il est important de noter que c’est la position relative (de type incrémentale) qui compte et non pas la position absolue, il n’y a donc pas besoin de référence de position. La sortie du régulateur C0M1 peut soit être directement la commande du premier moteur, soit préférentiellement être la consigne de courant IrefMI et rentrer dans un régulateur de courant CIM1 comme illustré sur la figure 2. Introduire un régulateur de courant CIM1 entre la sortie du régulateur de position angulaire C0M1 et la commande du premier moteur permet plus de liberté dans le contrôle du courant. Il est notamment possible de limiter le courant de référence IrefMI du premier moteur avant de l’introduire dans le régulateur de courant CIM1. Cette solution est donc préférée. Le régulateur de courant CIM1 reçoit en entrée l’erreur de courant lerrMI, valant la différence entre la consigne de courant IrefMI et la mesure de courant ImesMI du premier moteur. La sortie de ce deuxième régulateur agit directement sur la commande du premier moteur qui est préférentiellement le rapport cyclique DCM1 appliqué à la tension d’alimentation des moteurs (hachage de la tension d’alimentation).

Le deuxième moteur M2 doit être piloté en couple. Dans un moteur à courant continu avec ou sans balais, le couple est directement proportionnel au courant. Le deuxième moteur M2 est donc directement régulé en boucle fermée selon une consigne de courant. Cette consigne de courant dépend au minimum du courant mesuré sur le premier moteur et du niveau d’assistance sélectionné par l’utilisateur du groupe motopropulseur: Le régulateur de courant CIM2 reçoit en entrée l’erreur de courant lerrM2, valant la différence entre la consigne de courant lrefM2 et la mesure de courant lmesM2 du deuxième moteur. La sortie de ce régulateur agit directement sur la commande du deuxième moteur qui est préférentiellement le rapport cyclique DCM2 appliqué à la tension d’alimentation des moteurs (hachage de la tension d’alimentation). Une limite de sécurité est préférentiellement appliquée à la consigne de courant du deuxième moteur afin qu’il ne puisse pas forcer le pédalage du cycliste alors que ce dernier a cessé de mettre du couple sur le pédalier. L’unité de contrôle limite à tout moment la consigne de courant dudit deuxième moteur afin qu’il ne puisse pas vaincre à lui seul, le couple donné par le premier moteur sur le planétaire du train épicycloïdal. Ainsi le deuxième moteur ne pourra jamais faire tourner le pédalier par sa seule force. Cette limitation est utile pour des raisons de sécurité et de confort de pédalage.

La figure 3 schématise une première méthode de lissage de l’assistance selon l’invention. Cette première méthode consiste à lisser le couple fourni par l’ensemble des deux moteurs électrique en décalant dans le temps la poussée donnée par le deuxième moteur. Le graphique de la figure 3 illustre le couple de l’utilisateur, le couple du premier moteur et le couple du deuxième moteur en fonction de l’angle de pédalier. L’utilisateur transmet la force qu’il impose à l’axe de pédalier via des manivelles, ce qui induit un couple alternatif dans l’axe du pédalier. Le couple fourni par l’utilisateur est maximal quand une des deux manivelles est proche de l’horizontale. Le premier moteur est régulé pour fonctionner à une certaine vitesse qui est proportionnelle à la vitesse du pédalier. Quand l’utilisateur exerce une poussée sur une des deux manivelles, le pédalier accélère infligeant un retard de position angulaire du premier moteur. Ce dernier corrige ce retard en augmentant son couple. Le couple fourni par le cycliste et celui fourni par le premier moteur sont donc relativement en phase. Le couple appliqué par le pédalier est transmis à la couronne du train épicycloïdal. L’équation de couple du train épicycloïdal impose que le couple de la couronne est directement proportionnel au couple du premier moteur, relié au planétaire. Cela veut dire que plus il y aura de couple sur la couronne, plus le premier moteur devra mettre de couple pour suivre sa consigne de position angulaire. Si on décide d’ajouter du couple à la couronne, durant la poussée de pédale, par l’intervention du deuxième moteur, cela va encore augmenter le couple que devra appliquer le premier moteur. Cela augmenterait donc l’amplitude du couple oscillant, ce qui est néfaste pour la transmission mécanique et pour le rendement du premier moteur. De plus cela impose de dimensionner le premier moteur pour qu’il fournisse beaucoup de couple.

La méthode proposée face à ce problème est de déphaser le couple de consigne donné au deuxième moteur afin de combler les creux de couples du premier moteur et ainsi lisser le couple total fourni à la roue. Il a été mentionné ci-haut que la consigne de courant (proportionnelle au couple) donnée au régulateur dépendait du courant mesuré du premier moteur. Pour réaliser cette méthode de lissage proposée, il est utile de décaler ou de filtrer le signal du courant mesuré sur le premier moteur en fonction de la position angulaire du pédalier. Ceci stabilise la régulation, améliore le rendement, diminue les contraintes dans la transmission et diminue la taille de moteur nécessaire.

La figure 4 schématise une méthode d’anti-glissement de la transmission, s’appliquant à un phénomène particulier qui est propre à ce genre de motorisation. L’humain est capable de fournir des hautes valeurs de couple dans le pédalier pendant de cours instants et lorsque sa vitesse de pédalage est faible. Vu que le couple appliqué sur le pédalier se transmet directement en opposition avec ledit premier moteur (via la loi de couple du train épicycloïdal), cela implique que le moteur doive fournir rapidement beaucoup de couple et donc consommer beaucoup de courant afin de suivre sa consigne en position. Afin de limiter la consommation d’énergie et de protéger les enroulements du moteur ainsi que les engrenages, il est utile de limiter le couple maximal délivré par ledit premier moteur. L’inconvénient de cette limitation est que ledit premier moteur ne pourra plus convenablement suivre sa consigne d’asservissement en position lorsqu’il sera saturé à son couple maximal (limitation de courant), ce qui produira une sensation non-naturelle de pédalage dans laquelle le cycliste va sentir son rapport de vitesse chuter pendant le court moment de la poussée de pédale excédante. Le cycliste va sentir que le couple transmissible à la roue arrière du vélo sera limité au-delà d’un seuil de poussée au niveau du pédalier. Cette sensation n’est pas idéale. La méthode proposée par la présente invention consisté à utiliser ledit deuxième moteur en mode « régénération » pour freiner le mouvement du cycliste lorsque celui-ci inflige des poussées trop importantes sur les pédales. Le niveau réel d’assistance électrique diminuera pendant cette poussée trop importante mais ledit premier moteur sera capable de suivre sa consigne de position angulaire et donc de suivre le rapport de vitesse de consigne.La figure 4 illustre une situation où soudain le couple fourni par l’utilisateur croit rapidement et monte à une valeur élevée. La méthode appliquée diminue le courant de consigne (et donc le couple) du deuxième moteur et impose même un courant négatif (couple négatif) pendant un instant, pour permettre au premier moteur de suivre sa consigne de position angulaire au mieux et sans fournir un couple excessif. Durant la période de temps où le deuxième moteur freine le pédalier, le courant est réinjecté sur le bus d’alimentation de la carte électronique et va donc soit charger la batterie, soit alimenter en partie, ou en tout, le premier moteur. Cette zone de régénération est hachurée sur la figure 4.

La figure 5 schématise ledit mode de fonctionnement en forte pente. Ce mode de fonctionnement consiste à volontairement faire fonctionner le système sur le plus faible rapport de vitesse et de contrôler les deux moteurs du système différemment qu’en fonctionnement normal afin d’obtenir l’assistance maximale du système et/ou à faire fonctionner le système sur un rendement optimal en forte côte. Le rapport le plus faible du groupe motopropulseur est un rapport purement mécanique dans lequel la vitesse dudit premier moteur est limitée inférieurement par le blocage d’une pièce rotative grâce à l’intervention d’une roue libre. Le problème de ce mode est que l’équation (double égalité) liant les couples des trois parties du train épicycloïdal n’est plus respectée à cause de l’intervention d’une roue libre dans la chaîne. Il n’est donc plus possible de mesurer précisément le couple fourni par l’utilisateur et d’autres méthodes doivent être mises en place pour assister correctement et avec sécurité le cycliste. La forme de réalisation préférentielle dispose d’un roulement roue libre placé entre l’axe de pédalier et la sortie du système, empêchant ainsi le plateau de sortie de tourner moins vite que l’axe du pédalier. Il est également possible de placer la roue libre entre le carter et le rotor dudit premier moteur, ceci modifie légèrement le fonctionnement dans ce mode. Le rapport de vitesse le plus faible est toujours purement mécanique et il n’y a plus de régulation du premier moteur selon une consigne de position angulaire dans ce mode de fonctionnement en forte pente. Dans les deux cas, il y a intervention du blocage d’un roulement roue libre, mais ce dernier est placé différemment selon les deux configurations.

La configuration A est la configuration préférentielle telle que décrite par la figure 1. Le roulement roue libre 24 est placé entre l’axe de pédalier et le porte-satellite empêchant ainsi le plateau de sortie de tourner moins vite que l’axe de pédalier. Quand la roue libre 24 rentre en blocage, il y a un rapport 1:1 entre l’axe de pédalier et le plateau de sortie. L’équation des vitesses du train épicycloïdal impose également que le planétaire, relié au dit premier moteur, tourne également à la même vitesse. Selon certaines conditions, le mode en forte pente est activé. Dans ce mode de fonctionnement, les deux moteurs électriques sont pilotés selon une consigne de courant. Le courant de consigne du deuxième moteur sera proche de son courant maximal. Le courant de consigne du premier moteur sera tel que la roue libre 24 reste en blocage tant que le couple fourni par le cycliste ne descende pas en dessous d’un certain seuil positif proche du couple nul. Les deux moteurs fournissent donc de la puissance au plateau de sortie du groupe motopropulseur. Dans ce mode et avec cette configuration A, il est impossible de déduire le couple fourni par le cycliste mais il est par contre possible de savoir si le couple fourni par l’utilisateur est supérieur à un certain seuil positif faible proche du couple nul. Cette configuration a également l’avantage que le couple fort provenant de l’utilisateur et du deuxième moteur passe directement par le roulement roue libre 24, sans contraindre les engrenages du train épicycloïdal. Les pièces par lesquelles le couple du pédalier et du deuxième moteur sont transmises sont volontairement épaissies sur la figure 5. Si pendant le mode de fonctionnement en forte pente, la pente de la route diminue, le système le détectera et passera directement au mode de fonctionnement normal ou le système permet toute la plage de changement de vitesse. Si le cycliste décide d’arrête de pédaler, son couple descendra en dessous d’un seuil en dessous duquel le premier moteur, à ce moment directement piloté en courant, accéléra pour tourner plus vite que l’axe de pédalier. A ce moment, le contrôle passera du mode de fonctionnement en forte pente au mode de fonctionnement normal, réagissant naturellement à une chute du couple fourni de l’utilisateur en faisant chuter les commandes des deux moteurs jusqu’à l’arrêt de ceux-ci.

La configuration B fonctionne un peu différemment et comporte d’autres avantages et inconvénients. Le roulement roue libre 25, bloquant la transmission sur le rapport de vitesse le plus faible, est dans ce cas inséré entre le bâti et le rotor dudit premier moteur, empêchant ce moteur de tourner dans le sens de rotation inverse à celui de son fonctionnement normal. Cela veut dire que dans ce mode de fonctionnement en forte pente et dans cette configuration le premier moteur sera à l’arrêt et non alimenté, bloqué à l’aide de la roue libre 25, ce qui permet un meilleur rendement global des moteurs mais une assistance totale réduite. Le rapport de transmission entre le pédalier et le plateau de sortie sera dans ce cas inférieur au rapport 1:1 (le plateau de sortie tournera donc moins vite que le pédalier), augmentant ainsi la plage de changement de vitesse mais empêchant cette fois-ci toute information sur le couple fourni par l’utilisateur. Un désavantage de cette solution est que le couple fourni depuis le deuxième moteur et le cycliste sont transmis via les engrenages du train épicycloïdal. Les engrenages du train épicycloïdal doivent donc être dimensionnés pour subir la charge élevée rencontrée en situation de forte côte. Le chemin du couple fourni par le deuxième moteur et l’utilisateur est volontairement affiché avec des traits épais sur la figure 5. Selon certaines conditions, le mode en forte pente est activé. Seul le deuxième moteur assiste le pédalage du cycliste dans cette configuration. Le deuxième moteur est piloté selon une consigne de courant proche de son courant maximal. Si pendant le mode de fonctionnement en forte pente, la pente de la route diminue, le système le détectera et passera directement au mode de fonctionnement normal ou le système permet toute la plage de changement de vitesse. Afin de satisfaire les conditions d’arrêt dans ce mode de fonctionnement en forte pente, une deuxième roue libre 26 est insérée entre l’axe de pédalier et la couronne du train épicycloïdal. La roue libre 26 est bloquante quand le pédalier tourne dans le sens de la marche et l’axe du pédalier entraîne directement la couronne. Le cycliste peut arrêter de pédaler en toute tranquillité à n’importe quel moment même si le deuxième moteur continue à faire tourner la couronne du train épicycloïdal. Si le cycliste décide d’arrêter de pédaler, l’information sera transmise à l’unité de contrôle à l’aide d’un capteur additionnel dont la mesure permet d’estimer la vitesse de rotation du pédalier et l’unité de contrôle cessera d’alimenter le deuxième moteur.

Pour ces deux configurations mentionnées ci-haut, le groupe motopropulseur serait préférentiellement équipé d’un inclinomètre sortant un signal d’inclinaison de la route. Ce signal d’inclinaison, couplé à d’autres mesures physiques telles que la vitesse du vélo permet de réaliser un modèle estimant le couple donné par le cycliste lorsque le mode de fonctionnement en forte pente est enclenché. Cette donnée d’inclinaison permettra également de sortir du mode de fonctionnement en forte pente pour retourner au mode de fonctionnement normal quand la pente de la route diminue en dessous d’un certain seuil.

La figure 6 illustre une première autre forme de réalisation intéressante dégroupe motopropulseur suivant l’invention dans laquelle l’axe de pédalier comporte une démultiplication entre ce dernier et la couronne du train épicycloïdal. L’axe de pédalier 11 est solidaire d’une grande roue dentée 31, engrenée sur une petite roue dentée 30. La petite roue dentée 30 est solidaire de la couronne 112 du train épicycloïdal 3. Le porte-satellitel 14 est monté solidaire sur un axe de sortie 115. Un roulement roue libre 118 est inséré entre l’axe de sortie 115 (relié au porte-satellite) et la couronne 112. La roue libre 118 est placé de telle manière à empêcher l’axe de sortie 115 de tourner moins vite que la couronne 112. Des satellites simples 116 sont représentés sur la figure 6, mais il est également possible d’utiliser des satellites doubles comme à la figure 1. Ces satellites simples sont engrenés avec la denture intérieure 112’ de la couronne 112 et avec l’engrenage planétaire 13. La denture externe 112” de la couronne 112 est engrenée sur la double roue dentée 2. Cette forme de réalisation est intéressante car toutes les pièces du train épicycloïdal tournent à des vitesses supérieures et sont donc moins chargées. Cela permet aussi de réduire la réduction interne du train épicycloïdal et de passer de satellites à double denture à des satellites simples. Le porte-satellite tournant plus vite que dans la forme de réalisation préférentielle de la figure 1, cela permet aussi de réduire la taille du plateau de sortie.

La figure 7 illustre une première autre forme de réalisation du groupe motopropulseur suivant l’invention dans laquelle l’axe du pédalier 11 est relié au porte-satellite 214 du train épicycloïdal et la couronne 212 du train épicycloïdal 3 est reliée au plateau de sortie 23 du groupe motopropulseur, via un axe creux 215. La couronne 212 comprend uniquement une denture interne 212’. La couple provenant du deuxième moteur 4 est transmis via l’intermédiaire de la double roue dentée 2 à la denture externe 214” du porte-satellite 214. La roue libre 218 est placée entre l’axe du pédalier et l’axe creux de sortie 215, de telle manière à empêcher le plateau de sortie 23 de tourner moins vite que l’axe du pédalier 11. Le fonctionnement selon cette forme de réalisation est relativement similaire à la forme de réalisation de la figure 1 sauf que le planétaire doit tourner dans le sens inverse de celui de l’axe de pédalier afin de fonctionner correctement en fournissant du couple.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS

   1. Groupe motopropulseur pour un véhicule à pédales, en particulier un vélo, lequel groupe motopropulseur comprend un premier et un deuxième moteur ainsi qu’un train épicycloïdal ayant un porte-satellite, une couronne et un planétaire, lequel premier moteur est relié au train épicycloïdal, lequel groupe motopropulseur comprend également un axe de pédalier auquel la couronne est reliée pour former une première entrée du train épicycloïdal, caractérisé en ce que le deuxième moteur est engrené sur l’axe de pédalier et le premier moteur est relié au planétaire, le porte-satellite étant relié à un plateau de sortie du groupe motopropulseur, ledit premier respectivement deuxième moteur étant pourvu d’un ou plusieurs premier(s) respectivement d’un ou plusieurs deuxième(s) capteur(s) agencé(s) pour mesurer la position angulaire du rotor du moteur auquel il est associé, lesdits premier et deuxième capteurs étant reliés à une unité de contrôle, ledit groupe motopropulseur comprenant des éléments de mesure agencés pour produire des signaux de mesure de courant indiquant le couple fourni par le premier moteur et le couple fourni par le deuxième moteur, ladite unité de contrôle étant agencée pour réguler le premier moteur selon une consigne de position angulaire et le deuxième moteur selon une consigne de courant ou de couple.
2. 2. Groupe motopropulseur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la consigne de position angulaire imposée au régulateur du premier moteur soit fonction (au minimum) de la mesure de position angulaire du dudit deuxième moteur et d’un coefficient fonction du rapport de changement de vitesse de consigne
3. 3. Groupe motopropulseur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la consigne de courant imposée au régulateur dudit deuxième moteur soit fonction au minimum du courant mesuré dans ledit premier moteur et du niveau d’assistance de consigne.
4. 4. Groupe motopropulseur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la consigne de courant dudit deuxième moteur est limité de telle sorte qu’il ne puisse pas faire tourner le pédalier par sa seule force au cas où le cycliste donne aucun couple sur le pédalier.
5. 5. Groupe motopropulseur suivant la revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu’il soit équipé d’un inclinomètre, donnant la mesure de la pente d’une route parcourue par le cycliste.
6. 6. Groupe motopropulseur suivant la revendication 1 à 4, caractérisé en ce que la consigne de courant dudit deuxième moteur soit appliqué avec un délai afin que les pics d’assistance dudit deuxième moteur soient en phase avec les creux de couple dudit premier moteur.
7. 7. Groupe motopropulseur suivant la revendication 1 à 5, caractérisé en ce que la consigne de courant imposée au deuxième moteur est baissée jusqu’à des valeurs de courant négatif, lorsque ledit premier moteur n’arrive plus à suivre sa consigne de position angulaire.
8. 8. Groupe motopropulseur suivant la revendication 1 à 6, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur intègre une roue libre placée entre une partie solidaire de la couronne du train épicycloïdal et le porte-satellite du train épicycloïdal, empêchant le porte-satellite de tourner moins vite que la couronne.
9. 9. Groupe motopropulseur suivant la revendication 1 à 6, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur intègre une roue libre placée entre le rotor dudit premier moteur et le carter du groupe motopropulseur, empêchant le planétaire du train épicycloïdal de tourner dans le sens inverse à son sens normal de marche.
10. 10. Groupe motopropulseur suivant la revendication 1 à 8, caractérisé en ce qu’une démultiplication soit faite entre l’axe de pédalier et la couronne du train épicycloïdal.
11. 11. Groupe motopropulseur suivant la revendication 1 à 8, caractérisé en ce que l’axe du pédalier soit relié au porte-satellite du train épicycloïdal et en ce que le plateau de sortie soit relié à la couronne du train épicycloïdal.
12. 12. Groupe motopropulseur suivant la revendication 1 à 8, caractérisé en ce que les engrenages du train épicycloïdal soient remplacés par des galets dont la force tangentielle se transmet par frottement.
13. 13. Groupe motopropulseur suivant l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le premier et le deuxième moteur soient de moteurs électrique du type sans balai.
14. 14. Groupe motopropulseur suivant l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l’unité de contrôle, le premier moteur et le train épicycloïdal soient montés dans un même boîtier.
15. 15. Vélo équipé d’un groupe motopropulseur suivant l’une des revendications 1 à 13.