EP4363301A1 - Adaptation de l'assistance à la présence ou non d'un effort fourni par le cycliste sans utiliser un capteur de couple - Google Patents

Adaptation de l'assistance à la présence ou non d'un effort fourni par le cycliste sans utiliser un capteur de couple

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Publication number
EP4363301A1
EP4363301A1 EP22743849.6A EP22743849A EP4363301A1 EP 4363301 A1 EP4363301 A1 EP 4363301A1 EP 22743849 A EP22743849 A EP 22743849A EP 4363301 A1 EP4363301 A1 EP 4363301A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
assistance
threshold
gear ratio
crankset
movement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22743849.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Léonard JAILLET
Julien FLECHE
Raphaël Marguet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebikelabs
Original Assignee
Ebikelabs
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Filing date
Publication date
Application filed by Ebikelabs filed Critical Ebikelabs
Publication of EP4363301A1 publication Critical patent/EP4363301A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45Control or actuating devices therefor

Definitions

  • the invention relates to electrically assisted bicycles, and more particularly to a system for controlling the assistance according to the pedaling activity of the user.
  • a common category of e-bikes is designed to engage the assist only when the user is pedaling. To ensure optimal comfort of use, the assistance is engaged gradually, often in proportion to the effort provided. This characteristic is ensured in high-end bicycles using a pedaling torque sensor.
  • the motor is often controlled on an all-or-nothing basis based on pedaling activity detected by a rotation sensor mounted on the crankset.
  • the rotation sensor is a simple device comprising, for example, a disc fitted with magnets mounted on the crank axle and a magnetic sensor fixed to the frame. The disc has a multitude of regularly spaced magnets, the number generally varying between 8 and 32, often 12.
  • patent US6152250 in the context of a bicycle equipped with a gear change system, proposes measuring the ratio between the speed of the drive wheel and the speed of the crankset to detect gear changes and modulate the power of support. If the ratio decreases, the cyclist is engaging a low gear to attack a slope - the system then increases the assistance. If the ratio increases, the cyclist is engaging a high gear and needs less assistance - the system then decreases the assistance.
  • Patent application WO2010/094515 describes a complex system based on the analysis of accelerations over a revolution of the crankset to determine a causal relationship between pedaling and the speed of the bicycle. Summary
  • a method for adapting the assistance to pedaling on an electrically assisted bicycle comprising steps consisting in measuring an actual magnitude of movement of the bicycle; measure crank rotation; calculating a theoretical magnitude of movement of the bicycle from the measurement of rotation of the crankset; calculating a difference between the real and theoretical movement magnitudes; and modifying the assistance when the deviation crosses a threshold.
  • the method may further comprise steps consisting in triggering the assistance when the difference is less than the threshold; and stopping the assistance when the deviation is greater than the threshold.
  • the method can further comprise steps consisting in comparing an average of the difference with a first threshold and with a second threshold greater than the first threshold; triggering the assistance when the average of the difference is less than the first threshold; stopping the assistance when the mean of the difference is greater than the second threshold; and decreasing the assistance when the mean of the deviation increases from the first threshold towards the second threshold.
  • the deviation can be determined by a difference in the magnitudes of movement.
  • the deviation can be determined by a ratio of the magnitudes of movement.
  • the step of calculating the theoretical magnitude of movement may comprise steps consisting in calculating an apparent gear ratio proportional to the ratio of the actual magnitude of movement of the bicycle and of the measurement of rotation of the crankset; and calculating the theoretical magnitude of motion from the apparent gear ratio when the apparent gear ratio satisfies a stability criterion.
  • the method may further comprise steps consisting in calculating a moving average of the apparent gear ratio over consecutive measurement samples of rotation of the crankset; establish a band around the moving average; deciding that the apparent gear ratio satisfies the stability criterion when a number of consecutive samples of the apparent gear ratio is inside the band; and using an average of the apparent gear ratio to calculate the theoretical magnitude of movement.
  • the number of samples for the calculation of the moving average can correspond to a quarter turn of the crankset, and the number of samples for the stability criterion correspond to a half turn of the crankset.
  • an electrically assisted bicycle control system comprising a first sensor configured to measure the rotation of the motor or of a wheel of the bicycle; a second sensor configured to measure the rotation of a crankset at several regularly distributed points; and a control circuit programmed to implement the aforementioned method based on information from the first and second sensors.
  • FIG. 1 illustrates an example of evolution of the pedaling speed and of a corresponding control quantity used to identify effective pedaling.
  • FIG. 2 illustrates by a graph a first assistance control mode as a function of the control variable.
  • FIG. 3 illustrates by a graph a second assistance control mode as a function of the control variable.
  • Figure 4 illustrates an example of the evolution of an apparent gear ratio calculated from the pedaling speed, in an idealized form.
  • Figure 5 illustrates the evolution of the apparent gear ratio in a real form corresponding to the example of figure 4.
  • Figure 6 illustrates the evolution of a moving average calculated on part of the apparent gear curve of Figure 5.
  • a system capable, on an electrically assisted bicycle without a torque sensor, of detecting real pedaling using particularly simple means, requiring no parameterization or sensors other than those already present on a bicycle. entry-level.
  • true pedaling we mean efficient pedaling, providing a non-zero torque, which alone is supposed to trigger the assistance electric - we want by this means to avoid triggering the assistance when the user pedals inefficiently, in a vacuum.
  • an absence of pedaling is easy to detect, by an absence of measurement on the pedal sensor over a given interval, it is less easy to detect pedaling in a vacuum whose speed is close to that of efficient pedaling .
  • the difference between the quantities can be established in different ways.
  • the embodiments described below use the difference denoted AV, but the ratio could also be used.
  • the quantities of movement considered can be linear speeds, speeds of rotation, or displacements (linear or in rotation), according to the information most readily available in the control circuit of the assistance of the bicycle. We focus below on the speeds of rotation, by way of example.
  • the actual speed Vr is generally measured by the control circuit on the basis of information produced by a rotation sensor of one of the wheels or of the motor.
  • the production of the linear speed assumes that the diameter of the wheel is memorized.
  • the theoretical speed Vth can be calculated on the basis of information produced by a pedal rotation sensor, knowing the gear ratio, namely the gear ratio used.
  • Vth Vp ⁇ B (pedaling speed x gear ratio).
  • the gear ratio On a single-speed bicycle, the gear ratio is fixed and could be memorized in the control circuit. On a multi-speed bicycle, the gear ratio is variable, which implies the implementation of additional means to identify the gear ratio in use. A solution is described later allowing the gear ratio to be measured during use, without prior knowledge of gear ratio values.
  • Figure 1 illustrates an example of evolution of the pedaling speed Vp and the difference AV noted.
  • the evolution corresponds to a start from a stop situation, beginning with an acceleration phase to reach a substantially constant speed phase.
  • the cyclist slows down his pedaling rate relative to the actual speed of the bicycle, without however stopping pedaling. However, pedaling becomes inefficient.
  • the AV difference has a phase of values greater than zero.
  • a threshold S can be set which is crossed by the AV difference in each of these illustrated cases to detect inefficient pedaling and adapt the assistance accordingly.
  • FIG. 2 illustrates by a graph a first possible mode of adaptation of the assistance, in all or nothing.
  • the abscissa axis indicates the value of the AV difference.
  • the y-axis CTRL indicates the motor control rate, the value 1 corresponding to the nominal power.
  • the assistance is nominal.
  • the assistance is removed as soon as the AV difference exceeds the threshold S.
  • the low threshold S can be set just above a maximum noise level observed during efficient pedaling.
  • the noise is due to the characteristics of the sensors and the transmission, such as backlash compensation and the elastic effects of the materials involved.
  • FIG. 3 illustrates by means of a graph a second more progressive mode of adaptation of the assistance.
  • This mode uses a low threshold SI and a high threshold S2, and a moving average of the difference AV, for example over 3 samples, denoted AL.
  • the assistance is at its nominal value.
  • the assistance is zero.
  • the assistance evolves from the threshold SI to the threshold S2, the assistance decreases from its nominal value towards 0.
  • the gear ratio used to calculate the theoretical speed Vth is fixed and could be stored in the control circuit.
  • the gear ratio is variable and it is not enough to memorize the possible gear ratios, because it is also necessary to determine the gear ratio in use.
  • Figure 4 shows an apparent gear change curve based on an example of pedaling activity, assuming that all bicycle drivetrain components and sensors are ideal.
  • the apparent gear ratio Ba is equal to the gear ratio in use, or current gear ratio Bc.
  • Changes in the current gear are characterized by stair steps, indicated by A.
  • phases indicated by C the pedaling slows down in relation to the speed of the drive wheel, without however stopping.
  • the apparent gear ratio deviates from the current gear ratio upwards, especially as the pedaling slows down.
  • phases A, B and C correspond to a variation in pedaling imposed by a change in the current gear or to a voluntary variation by the cyclist in the margin left by the freewheel.
  • a technique envisaged here for detecting changes in the current gear ratio, or even measuring the current gear ratio, is based, not on variations in the apparent gear ratio, but on the detection of stable phases in the apparent gear ratio. This technique is described below in the context of actual measurements.
  • FIG. 5 represents a curve illustrating the evolution of the apparent gear ratio Ba as measured in real conditions having substantially the same phases A, B and C as the example of FIG. 4.
  • the scale of the ordinates of the apparent gear ratio corresponds to a unit which turns out to be used in a classic control circuit, namely a development expressed in sixtieths of a meter per revolution of the crankset. This unit produces relatively large integers, which can be processed by a microcontroller without using floating point numbers while ensuring good precision.
  • crankset speed sensor here comprises 12 magnets distributed over a disc fixed to the crankset axle, and thus produces twelve pulses per revolution of the crankset. The speed is determined from the time difference between two pulses, which results in twelve speed samples being obtained per crank revolution.
  • the speed of the driving wheel varies slowly in practice, so the wheel speed sensor is generally designed to produce few samples per revolution, for example only one.
  • the motor is on the hub, it is the motor speed sensor which can provide the rotational speed of the wheel - in this case the speed measurement generally has better time resolution.
  • Curve B a includes a calculated point for each sample of the pedal speed sensor.
  • plateaus of the curve Ba which correspond to the current gear sought, contain low amplitude noise due to the characteristics of the sensors and of transmission, such as backlash compensation and the elasticity effects of the materials involved.
  • Pedaling stop phases B are characterized by pulses with different amplitudes.
  • crank speed sensor does not provide a continuous measurement, it is not able to measure a speed tending towards zero.
  • An exception is then applied in the mode of calculation, which produces the slots represented instead of peaks tending towards infinity, which would in fact be unnecessarily disturbing for the subsequent calculations.
  • a pedaling stoppage occurs when no new sample is produced within a waiting interval, for example 500 ms.
  • the waiting interval can vary inversely proportional to the last recorded pedaling speed.
  • Phases C of slowed pedaling oscillate at the whim of the cyclist in addition to presenting noise due to the transmission.
  • FIG. 6 is an enlargement of part of the apparent gear curve Ba of FIG. 5, illustrating a technique for detecting stable zones.
  • a moving average MM is calculated on a number of samples covering a fraction of a crank turn, for example a quarter turn, or 3 samples for a 12-magnet sensor.
  • Figure 6 illustrates in dotted lines a band defined around the moving average MM.
  • the half-width of the band is equal to MM/40+5, where MM is the current value of the moving average, expressed in sixtieths of a meter per crank revolution.
  • MM is the current value of the moving average, expressed in sixtieths of a meter per crank revolution.
  • a stability criterion when a given number of consecutive samples of the apparent gear ratio is inside the band, for example 6 consecutive samples corresponding to a half-turn of the crankset.
  • a moving average of the apparent gear ratio is used as the current gear ratio Bc to determine the theoretical speed Vth used to calculate the AV deviation.
  • the moving average can be the one used for the stability criterion (eg calculated on 3 samples), or a longer moving average, for example calculated on 6 samples.
  • gear ratio values of the bicycle will have been found (each with a tolerance corresponding to the variation band of the stability criterion).
  • These gear ratio values can be stored and updated to follow the average of the measured values.
  • These stored values can be used to accelerate the stability detection phases.
  • each sample of the gear Ba is compared with the set of possible gears on the basis of the stored values.
  • the corresponding memorized gear ratio is selected as the candidate of the current gear ratio Bc.
  • the cases of equality being able to be fortuitous in the event of inefficient pedaling, it will be preferred to confirm the candidate by a succession of two or three consecutive equalities.
  • the current gear ratio for calculating the theoretical speed Vth is thus found in two or three samples instead of the six samples of the stability criterion.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

L'invention est relative à un procédé d'adaptation de l'assistance au pédalage sur un vélo à assistance électrique, comprenant les étapes consistant à mesurer une grandeur de mouvement réelle du vélo; mesurer la rotation (Vp) du pédalier; calculer une grandeur de mouvement théorique du vélo à partir de la mesure de rotation du pédalier; calculer un écart (∆V) entre les grandeurs de mouvement réelle et théorique; et modifier l'assistance lorsque l'écart franchit un seuil (S, S1, S2).

Description

DESCRIPTION
Titre de l’invention : Adaptation de l'assistance à la présence ou non d'un effort fourni par le cycliste sans utiliser un capteur de couple
Domaine technique
L’invention est relative aux vélos à assistance électrique, et plus particulièrement à un système de commande de l’assistance en fonction de l’activité de pédalage de l’utilisateur.
Arrière-plan
Une catégorie courante de vélos à assistance électrique est conçue pour enclencher l’assistance seulement lorsque l’utilisateur est en train de pédaler. Pour assurer un confort d’utilisation optimal, l’assistance est enclenchée progressivement, souvent proportionnellement à l’effort fourni. Cette caractéristique est assurée dans des vélos haut de gamme à l’aide d’un capteur du couple de pédalage. Dans des vélos plus économiques, dépourvus de capteur de couple, le moteur est souvent commandé en tout-ou-rien en fonction de l’activité de pédalage détectée par un capteur de rotation monté sur le pédalier. Le capteur de rotation est un dispositif simple comprenant, par exemple, un disque muni d’aimants monté sur l’axe du pédalier et un capteur magnétique fixé au cadre. Le disque comporte une multitude d’aimants régulièrement espacés, au nombre variant généralement entre 8 et 32, souvent 12.
Pour économiser sur le capteur de couple tout en offrant une assistance adaptée, on a proposé un certain nombre de méthodes différentes. Par exemple, le brevet US6152250, dans le contexte d'un vélo équipé d'un système de changement de vitesses, propose de mesurer le rapport entre la vitesse de la roue motrice et la vitesse du pédalier pour détecter des changements de vitesses et moduler la puissance de l'assistance. Si le rapport diminue, c'est que le cycliste engage une vitesse basse pour attaquer une pente - le système augmente alors l'assistance. Si le rapport augmente, c'est que le cycliste engage une vitesse haute et a moins besoin d'assistance - le système diminue alors l'assistance.
La demande de brevet WO2010/094515 décrit un système complexe basé sur l'analyse d'accélérations sur un tour de pédalier pour déterminer une relation de causalité entre le pédalage et la vitesse du vélo. Résumé
On prévoit de façon générale un procédé d’adaptation de l'assistance au pédalage sur un vélo à assistance électrique, comprenant des étapes consistant à mesurer une grandeur de mouvement réelle du vélo ; mesurer la rotation du pédalier ; calculer une grandeur de mouvement théorique du vélo à partir de la mesure de rotation du pédalier ; calculer un écart entre les grandeurs de mouvement réelle et théorique ; et modifier l'assistance lorsque l'écart franchit un seuil.
Le procédé peut en outre comprendre des étapes consistant à enclencher l'assistance lorsque l'écart est inférieur au seuil ; et arrêter l'assistance lorsque l'écart est supérieur au seuil.
Selon une alternative, le procédé peut en outre comprendre des étapes consistant à comparer une moyenne de l'écart à un premier seuil et à un deuxième seuil supérieur au premier seuil ; enclencher l'assistance lorsque la moyenne de l'écart est inférieure au premier seuil ; arrêter l'assistance lorsque la moyenne de l'écart est supérieure au deuxième seuil ; et diminuer l'assistance lorsque la moyenne de l'écart augmente du premier seuil vers le deuxième seuil.
L'écart peut être déterminé par une différence des grandeurs de mouvement.
Selon une alternative, l'écart peut être déterminé par un rapport des grandeurs de mouvement.
L'étape de calcul de la grandeur de mouvement théorique peut comprendre des étapes consistant à calculer un braquet apparent proportionnel au rapport de la grandeur de mouvement réelle du vélo et de la mesure de rotation du pédalier ; et calculer la grandeur de mouvement théorique à partir du braquet apparent lorsque le braquet apparent satisfait un critère de stabilité.
Le procédé peut en outre comprendre des étapes consistant à calculer une moyenne mobile du braquet apparent sur des échantillons de mesure consécutifs de rotation du pédalier ; établir une bande autour de la moyenne mobile ; décider que le braquet apparent satisfait le critère de stabilité lorsqu'un nombre d'échantillons consécutifs du braquet apparent est à l'intérieur de la bande ; et utiliser une moyenne du braquet apparent pour calculer la grandeur de mouvement théorique. Le nombre d'échantillons pour le calcul de la moyenne mobile peut correspondre à un quart de tour de pédalier, et le nombre d'échantillons pour le critère de stabilité correspondre à un demi-tour de pédalier.
On prévoit aussi de façon générale un système de commande de vélo à assistance électrique, comprenant un premier capteur configuré pour mesurer la rotation du moteur ou d'une roue du vélo ; un deuxième capteur configuré pour mesurer la rotation d'un pédalier en plusieurs points régulièrement répartis ; et un circuit de commande programmé pour mettre en œuvre le procédé susmentionné à partir des informations des premier et deuxième capteurs.
Description sommaire des dessins
Des modes de réalisation seront exposés dans la description suivante, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 illustre un exemple d'évolution de la vitesse de pédalage et d'une grandeur témoin correspondante servant à identifier un pédalage efficace.
La figure 2 illustre par un graphe un premier mode de commande d'assistance en fonction de la grandeur témoin.
La figure 3 illustre par un graphe un deuxième mode de commande d'assistance en fonction de la grandeur témoin.
La figure 4 illustre un exemple d’évolution d’un braquet apparent calculé à partir de la vitesse de pédalage, sous une forme idéalisée.
La figure 5 illustre l'évolution du braquet apparent dans une forme réelle correspondant à l'exemple de la figure 4.
La figure 6 illustre l'évolution d'une moyenne mobile calculée sur une partie de la courbe de braquet apparent de la figure 5.
Description détaillée
Dans la présente demande on propose un système capable, sur un vélo à assistance électrique dépourvu de capteur de couple, de détecter un vrai pédalage à l’aide de moyens particulièrement simples, ne nécessitant aucun paramétrage ni capteurs autres que ceux déjà présents sur un vélo d’entrée de gamme. Par "vrai pédalage", on entend un pédalage efficace, fournissant un couple non-nul, qui lui-seul est censé déclencher l’assistance électrique - on souhaite par ce moyen éviter de déclencher l’assistance lorsque l’utilisateur pédale de façon inefficace, dans le vide. Bien qu'une absence de pédalage soit facile à détecter, par une absence de mesure sur le capteur du pédalier sur un intervalle donné, il est moins facile de détecter un pédalage dans le vide dont la vitesse est proche de celle d'un pédalage efficace.
La demande de brevet W 02010/094515 susmentionnée traite d'un objectif similaire, mais décrit une solution complexe basée notamment sur une analyse d'accélérations au cours de la rotation du pédalier. De plus, l'analyse étant faite sur un certain historique d'évolution, la solution ne permet pas de réagir rapidement aux transitions entre pédalage efficace et inefficace.
Dans la présente demande, on prévoit de comparer une grandeur de mouvement réelle Vr du vélo à une grandeur de mouvement théorique Vth correspondante basée sur l'activité actuelle de pédalage. On détermine alors qu'il y a un pédalage inefficace lorsque l'écart entre les grandeurs réelle et théorique devient trop grand.
L'écart entre les grandeurs peut être établi de différentes façons. Les modes de réalisation décrits ci-après utilisent la différence notée AV, mais on pourrait aussi utiliser le rapport.
Les grandeurs de mouvement considérées peuvent être des vitesses linéaires, des vitesses de rotation, ou des déplacements (linéaires ou en rotation), selon les informations les plus facilement disponibles dans le circuit de commande de l'assistance du vélo. On se focalise ci-après sur les vitesses de rotation, à titre d'exemple.
La vitesse réelle Vr est généralement mesurée par le circuit de commande sur la base d'informations produites par un capteur de rotation de l'une des roues ou du moteur. La production de la vitesse linéaire suppose que le diamètre de la roue soit mémorisé. La vitesse théorique Vth peut être calculée sur la base d'informations produites par un capteur de rotation du pédalier, en connaissant le braquet, à savoir le rapport de vitesses utilisé.
Ainsi, en considérant les vitesses de rotation :
AV = Vr - Vth, où
Vth = Vp · B (vitesse de pédalage x braquet).
Sur un vélo à une seule vitesse, le braquet est fixe et pourrait être mémorisé dans le circuit de commande. Sur un vélo à plusieurs vitesses, le braquet est variable, ce qui implique la mise en œuvre de moyens supplémentaires pour identifier le braquet en cours d'utilisation. Une solution est décrite plus loin permettant de mesurer le braquet en cours d'utilisation, sans connaissance préalable de valeurs de braquet.
La figure 1 illustre un exemple d'évolution de la vitesse de pédalage Vp et de la différence AV relevée. L'évolution correspond à un démarrage depuis une situation d'arrêt, commençant par une phase d'accélération pour atteindre une phase de vitesse sensiblement constante.
A un instant tO, où le vélo atteint sa vitesse de croisière, le cycliste arrête de pédaler, mais le vélo continue sur sa lancée, à savoir que la vitesse réelle Vr ne varie pratiquement pas. La différence AV jusque-là quasi nulle, présente un pic. Peu de temps après, le cycliste reprend le pédalage et la différence AV s'annule.
A un instant tl, le cycliste ralentit son rythme de pédalage par rapport à la vitesse réelle du vélo, sans toutefois arrêter de pédaler. Le pédalage devient cependant inefficace. La différence AV présente une phase de valeurs supérieures à zéro.
Comme cela est illustré, on peut fixer un seuil S qui est franchi par la différence AV dans chacun de ces cas illustrés pour détecter un pédalage inefficace et adapter l'assistance en conséquence.
La figure 2 illustre par un graphe un premier mode possible d'adaptation de l'assistance, en tout ou rien. L'axe des abscisses indique la valeur de la différence AV. L'axe des ordonnées CTRL indique le taux de commande du moteur, la valeur 1 correspondant à la puissance nominale.
Ainsi, tant que la différence AV est inférieure au seuil S, l'assistance est nominale. L'assistance est supprimée dès que la différence AV dépasse le seuil S.
Le seuil bas S peut être réglé juste au-dessus d'un niveau de bruit maximal constaté lors d'un pédalage efficace. Le bruit est dû aux caractéristiques des capteurs et de la transmission, comme le rattrapage de jeux et des effets d’élasticité des matériaux impliqués.
La figure 3 illustre par un graphe un deuxième mode plus progressif d'adaptation de l'assistance. Ce mode utilise un seuil bas SI et un seuil haut S2, et une moyenne mobile de la différence AV, par exemple sur 3 échantillons, notée AL. Tant que la moyenne DR est inférieure au seuil SI, l'assistance est à sa valeur nominale. Quand la moyenne DR est supérieure au seuil S2, l'assistance est nulle. Lorsque la moyenne DR évolue du seuil SI vers le seuil S2, l'assistance diminue de sa valeur nominale vers 0.
On a représenté la progression de l'assistance entre les seuils SI et S2 comme linéaire - elle pourrait avoir une autre forme décroissante (exponentielle, parabolique...).
Comme on l'a précédemment indiqué, sur un vélo à une seule vitesse, le braquet utilisé pour calculer la vitesse théorique Vth est fixe et pourrait être mémorisé dans le circuit de commande. Sur un vélo à plusieurs vitesses, le braquet est variable et il ne suffit pas de mémoriser les braquets possibles, car il faut aussi déterminer le braquet en cours d'utilisation.
On décrit ci-après une technique pour mesurer le braquet en cours d'utilisation, sans connaissance préalable de valeurs de braquet possibles.
Cette technique est basée sur une analyse du rapport de la vitesse réelle sur la vitesse actuelle de pédalage Vr/Vp, qui est une valeur correspondant à un braquet que l'on dénommera "braquet apparent" Ba. Contrairement à la définition usuelle du braquet, selon laquelle le braquet est constant pour un rapport de vitesses donné, le braquet apparent Ba varie lorsque le pédalage devient inefficace.
La figure 4 représente une courbe d’évolution du braquet apparent selon un exemple d’activité de pédalage, en supposant que tous les composants de la transmission du vélo et les capteurs sont idéaux.
Partout où le pédalier est en prise avec la roue motrice, à savoir quand le cycliste exerce un effort non-nul sur les pédales, le braquet apparent Ba est égal au braquet en cours d'utilisation, ou braquet courant Bc. Les changements du braquet courant sont caractérisés par des marches d'escalier, indiquées par A.
Dans des phases indiquées par B, le cycliste cesse de pédaler. Le braquet apparent devient infini.
Dans des phases indiquées par C, le pédalage ralentit par rapport à la vitesse de la roue motrice, sans toutefois s’arrêter. Le braquet apparent s’écarte du braquet courant vers le haut, d’autant plus que le pédalage ralentit. Sans connaissance préalable du braquet courant, il est difficile de savoir si les phases A, B et C correspondent à une variation de pédalage imposé par un changement du braquet courant ou à une variation volontaire du cycliste dans la marge laissée par la roue libre. Même si les braquets possibles sont connus à l'avance et mémorisés, il reste difficile d'identifier un changement de braquet courant, car on ne peut distinguer un changement du braquet courant d'un démarrage ou arrêt d'un pédalage inefficace, tous se manifestant par des variations brutales du braquet apparent.
Une technique envisagée ici pour détecter les changements du braquet courant, voire mesurer le braquet courant, est basée, non sur les variations du braquet apparent, mais sur la détection des phases stables dans le braquet apparent. Cette technique est décrite ci- après dans le contexte de mesures réelles.
La figure 5 représente une courbe illustrant l'évolution du braquet apparent Ba tel que mesuré dans des conditions réelles ayant sensiblement les mêmes phases A, B et C que l’exemple de la figure 4. L’échelle des ordonnées du braquet apparent correspond à une unité qui s'avère être utilisée dans un circuit de commande classique, à savoir un développement exprimé en soixantièmes de mètre par tour de pédalier. Cette unité produit des entiers relativement grands, qui peuvent être traités par un microcontrôleur sans utiliser de nombres à virgule flottante tout en assurant une bonne précision.
Le capteur de vitesse du pédalier comporte ici 12 aimants répartis sur un disque fixé à l’axe du pédalier, et produit ainsi douze impulsions par tour de pédalier. La vitesse est déterminée à partir de l’écart temporel entre deux impulsions, d’où il résulte qu’on obtient douze échantillons de vitesse par tour de pédalier.
La vitesse de la roue motrice varie lentement en pratique, de sorte que le capteur de vitesse de la roue est généralement conçu pour produire peu d’échantillons par tour, par exemple un seul. Lorsque le moteur est sur le moyeu, c’est le capteur de vitesse du moteur qui peut fournir la vitesse de rotation de la roue - dans ce cas la mesure de vitesse a généralement une meilleure résolution temporelle.
La courbe B a comporte un point calculé pour chaque échantillon du capteur de vitesse du pédalier. L’axe horizontal représentant ici le temps, le pas entre les points de la courbe Ba varie inversement proportionnellement à la vitesse du pédalier.
On constate que les plateaux de la courbe Ba, qui correspondent au braquet courant cherché, comportent du bruit de faible amplitude dû aux caractéristiques des capteurs et de la transmission, comme le rattrapage de jeux et des effets d’élasticité des matériaux impliqués.
Les phases B d’arrêt de pédalage sont caractérisées par des créneaux ayant des amplitudes différentes. En fait, comme le capteur de vitesse du pédalier ne fournit pas une mesure continue, il n’est pas capable de mesurer une vitesse tendant vers zéro. On applique alors une exception dans le mode de calcul, qui produit les créneaux représentés au lieu de pics tendant vers l'infini, qui seraient en fait inutilement perturbateurs pour les calculs subséquents.
Ainsi, on considère qu'un arrêt de pédalage survient lorsqu'aucun nouvel échantillon n'est produit dans un intervalle d'attente, par exemple 500 ms. L'intervalle d'attente peut varier inversement proportionnellement à la dernière vitesse de pédalage relevée. Au redémarrage du pédalage, on attend le deuxième échantillon pour démarrer les nouvelles valeurs de vitesse de pédalage, ce qui produit des valeurs de braquet limitées au lieu de tendant vers l'infini.
Les phases C de pédalage ralenti oscillent au bon vouloir du cycliste en plus de présenter le bruit dû à la transmission.
On constate également des valeurs de la courbe en-dessous du braquet courant, représentatives normalement d’un pédalage plus rapide que celui imposé par le rapport de vitesses. Ces valeurs peuvent être expliquées par la course à vide à effectuer pour enclencher les cliquets de la roue libre lors d’une reprise de pédalage après un arrêt ou un changement de rapport. Il peut aussi s'agir de rétropédalage lorsque les capteurs ne différencient pas le sens de rotation.
La figure 6 est un agrandissement d'une partie de la courbe de braquet apparent Ba de la figure 5, illustrant une technique de détection de zones stables.
Une moyenne mobile MM est calculée sur un nombre d'échantillons couvrant une fraction de tour du pédalier, par exemple un quart de tour, ou 3 échantillons pour un capteur à 12 aimants.
La figure 6 illustre en pointillés une bande définie autour de la moyenne mobile MM. Dans l’exemple considéré, la demi-largeur de la bande est égale à MM/40 + 5, où MM est la valeur courante de la moyenne mobile, exprimée en soixantièmes de mètre par tour de pédalier. Avec cette configuration, on décide que le braquet apparent satisfait un critère de stabilité lorsqu'un nombre donné d'échantillons consécutifs du braquet apparent est à l'intérieur de la bande, par exemple 6 échantillons consécutifs correspondant à un demi-tour de pédalier. Lorsque le critère de stabilité est satisfait, une moyenne mobile du braquet apparent est utilisée comme braquet courant Bc pour déterminer la vitesse théorique Vth servant à calculer l'écart AV. La moyenne mobile peut être celle utilisée pour le critère de stabilité (ex. calculée sur 3 échantillons), ou une moyenne mobile plus longue, par exemple calculée sur 6 échantillons.
Par ailleurs, après un certain nombre de détections de phases stables selon cette technique, on aura trouvé l'ensemble des valeurs de braquet possibles du vélo (chacune avec une tolérance correspondant à la bande de variation du critère de stabilité). Ces valeurs de braquet peuvent être mémorisées et mises à jour pour suivre la moyenne des valeurs mesurées. Ces valeurs mémorisées peuvent servir à accélérer les phases de détection de stabilité. Pour cela, par exemple, chaque échantillon du braquet Ba est comparé à l'ensemble des braquets possibles sur la base des valeurs mémorisées. En cas d'égalité dans une marge de tolérance, le braquet mémorisé correspondant est sélectionné comme candidat du braquet courant Bc. Les cas d'égalité pouvant être fortuits en cas de pédalage inefficace, on préférera confirmer le candidat par une succession de deux ou trois égalités consécutives. Le braquet courant pour calculer la vitesse théorique Vth est ainsi trouvé en deux ou trois échantillons au lieu des six échantillons du critère de stabilité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d’adaptation de l'assistance au pédalage sur un vélo à assistance électrique, comprenant les étapes suivantes : mesurer une grandeur de mouvement réelle du vélo ; mesurer la rotation (Vp) du pédalier ; calculer une grandeur de mouvement théorique du vélo à partir de la mesure de rotation du pédalier ; calculer un écart (AV) entre les grandeurs de mouvement réelle et théorique ; et modifier l'assistance lorsque l'écart franchit un seuil (S, SI, S2).
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes suivantes : enclencher l'assistance lorsque l'écart (AV) est inférieur au seuil ; et arrêter l'assistance lorsque l'écart est supérieur au seuil.
3. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes suivantes : comparer une moyenne de l'écart à un premier seuil (SI) et à un deuxième seuil (S2) supérieur au premier seuil ; enclencher l'assistance lorsque la moyenne de l'écart est inférieure au premier seuil (SI) ; arrêter l'assistance lorsque la moyenne de l'écart est supérieure au deuxième seuil (S2) ; et diminuer l'assistance lorsque la moyenne de l'écart augmente du premier seuil vers le deuxième seuil.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'écart est déterminé par une différence des grandeurs de mouvement.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'écart est déterminé par un rapport des grandeurs de mouvement.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de calcul de la grandeur de mouvement théorique comprend les étapes suivantes : calculer un braquet apparent (B a) proportionnel au rapport de la grandeur de mouvement réelle du vélo et de la mesure de rotation (Vp) du pédalier ; et calculer la grandeur de mouvement théorique à partir du braquet apparent lorsque le braquet apparent satisfait un critère de stabilité.
7. Procédé selon la revendication 6, comprenant les étapes suivantes : calculer une moyenne mobile (MM) du braquet apparent sur des échantillons de mesure consécutifs de rotation du pédalier ; établir une bande autour de la moyenne mobile ; décider que le braquet apparent satisfait le critère de stabilité lorsqu'un nombre d'échantillons consécutifs du braquet apparent est à l'intérieur de la bande ; et utiliser une moyenne du braquet apparent pour calculer la grandeur de mouvement théorique.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le nombre d'échantillons pour le calcul de la moyenne mobile correspond à un quart de tour de pédalier, et le nombre d'échantillons pour le critère de stabilité correspond à un demi-tour de pédalier.
9. Système de commande de vélo à assistance électrique, comprenant : un premier capteur configuré pour mesurer la rotation du moteur ou d'une roue du vélo ; un deuxième capteur configuré pour mesurer la rotation d'un pédalier en plusieurs points régulièrement répartis ; et un circuit de commande programmé pour mettre en œuvre le procédé de la revendication 1 à partir des informations des premier et deuxième capteurs.
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