ES2713755T3 - Método para operar un ciclo a pedales que tiene una disposición de propulsión electromecánica - Google Patents

Abstract

Un método para operar un ciclo a pedales, teniendo el ciclo a pedales una disposición de propulsión electromecánica que incluye un sistema de transmisión de relación continuamente variable que tiene una entrada (6), que está montada para girar alrededor del eje, y una salida conectada para girar con un miembro (100) de buje, comprendiendo el sistema de transmisión un conjunto de engranajes epicicloidales que incluye un engranaje solar (12) engranado con una pluralidad de engranajes planetarios (14), montados para girar alrededor de unos respectivos ejes planetarios portados por un portador común que está montado para girar con la entrada alrededor del eje, estando los engranajes planetarios engranados con un engranaje de corona (22) que está conectado para girar con el miembro de buje, estando solo el engranaje solar conectado para hacer girar un rotor (32) de una máquina eléctrica (120), estando las conexiones eléctricas del estator (34) de la máquina eléctrica conectadas a un controlador (200); incluyendo el método la etapa de: aplicar un algoritmo de control multiplexado por división de tiempo a la máquina eléctrica, cuyo algoritmo de control multiplexado por división de tiempo alterna entre un primer modo de control, en el que se monitorea la corriente generada por la máquina eléctrica para inferir el par motor aplicado a las bielas (50) del ciclo, y un segundo modo de control en el que se controla la corriente en la máquina eléctrica utilizando el par motor inferido.

Description

DESCRIPCION

Metodo para operar un ciclo a pedales que tiene una disposicion de propulsion electromecanica

Campo de la invencion

La presente divulgacion se refiere a un metodo para operar un ciclo a pedales que tiene una disposicion de propulsion electromecanica.

Antecedentes

Hay varias formas de ciclos a pedales. Una forma de ciclo a pedales, la convencional, es la que solo es propulsada por un ciclista que aplica fuerza a los pedales del ciclo, denominandose a veces estos ciclos "bicicletas de empuje". Otra forma, mas reciente, del ciclo a pedales es el ciclo a pedales con asistencia electrica (EAPC) en el que se utiliza energfa electrica para asistir o reemplazar los esfuerzos del ciclista. Tanto los ciclos a pedales convencionales como los EAPC pueden tener dos, tres o cuatro ruedas y, en algunos casos, incluso mas. En el presente documento, el termino "ciclo a pedales" se utiliza para incluir tanto ciclos a pedales convencionales como EAPC. Tal como se ha mencionado, en un EAPC se utiliza energfa electrica para asistir o, en algunos casos, para reemplazar los esfuerzos del usuario. Por consiguiente, los EAPC incluyen medios para almacenar energfa electrica, tales como batenas, y un motor electrico dispuesto para propulsar, ya sea en combinacion con la fuerza del pedal o para reemplazar la fuerza del pedal. Por lo general, las batenas se pueden recargar conectandolas a un suministro de energfa electrica, tal como una toma de corriente de una fuente de alimentacion; en algunos casos, tambien recuperando la energfa del movimiento del ciclo mediante frenado regenerativo, y en otros casos mediante la generacion de electricidad en una configuracion tnbrida en serie. El principio de frenado regenerativo sera familiar para los expertos en este campo de la tecnologfa.

Como resultado, el esfuerzo total generalmente requerido por un ciclista para pedalear un EAPC es menor que para un ciclo convencional.

Los EAPC generalmente pertenecen a uno de dos grupos. El primer grupo es aquel en el que el ciclo puede proporcionar asistencia electrica a demanda, en cualquier momento, independientemente de que el ciclista este pedaleando o no. Los ciclos de este grupo se denominan a veces "bicicletas electricas", y pueden considerarse como generalmente equivalentes a los ciclomotores electricos, aunque generalmente es mas facil el pedaleo. Los ciclos del segundo grupo solo proporcionan asistencia electrica cuando el ciclista esta pedaleando. Estos se denominan a veces "pedelecs".

Actualmente, en la mayona de los pafses europeos, incluido el Reino Unido, los pedelecs estan efectivamente clasificados legalmente al menos como bicicletas convencionales y, por lo tanto, pueden ser manejados sin permiso de conducir ni seguro, siempre que la asistencia electrica cese a una velocidad de 25 km/h. Por lo tanto, existen pocas barreras para poseer y operar un EAPC.

En los ultimos anos, se han realizado avances tecnicos en los dispositivos de propulsion electromecanicos y en los dispositivos asociados de almacenamiento y recuperacion de energfa utilizados en los EAPC. Estos avances han dado lugar a EAPC que pueden ser operados con mayor eficiencia y, por lo tanto, con mayor facilidad por parte del ciclista.

Por todas las razones dadas anteriormente, los EAPC estan siendo cada vez mas populares, particularmente en algunos pafses europeos.

Dado que los pedelecs solo brindan asistencia cuando el ciclista pedalea, es preciso evaluar si ese es el caso. Muchos pedelecs lo logran a traves de un sensor de par motor o un sensor de movimiento, tal como un sensor de cadencia. Un sensor de movimiento reconoce cuando giran los pedales del pedelec y enciende el motor en respuesta. Al incorporar un nivel de fuerza mmimo, la instalacion de un sensor de par motor puede evitar el arranque accidental del motor debido a un ligero movimiento involuntario de los pedales cuando la bicicleta esta parada. En aquellas instalaciones con solo un sensor de movimiento basico, tiene que haber un retraso entre el comienzo de la rotacion de los pedales y el inicio del motor. Es decir, el motor solo se inicia una vez que el movimiento ha tenido lugar durante un penodo de tiempo predeterminado. Como resultado, se produce una demora hasta que el conductor recibe la asistencia tras haberse puesto en movimiento. Esto no solo no asiste al conductor en ese momento, sino que tambien puede proporcionar una experiencia incomoda o contraria a la intuicion cuando el motor por fin arranca.

En algunos pedelecs, el motor esta ya sea apagado o completamente encendido (o quizas sometido al control manual del usuario para definir el nivel de asistencia deseado). Es decir, no existe relacion entre el pedaleo del ciclista y el nivel de asistencia proporcionado una vez que el motor ha arrancado. Sin embargo, en otros ejemplos se intenta introducir tal relacion. Por ejemplo, se puede proporcionar un control para hacer que el motor proporcione mayor asistencia cuando el ciclista pedalea a mayor velocidad. Sin embargo, este enlace puede ser en sf mismo contrario a la intuicion, ya que la velocidad o la cadencia de pedaleo del ciclista no esta directamente relacionada con la potencia de salida de las bicicletas con cambio. En una marcha mas baja, una cadencia dada representa una salida de potencia mas baja de lo que sena en una marcha mas alta. Asf, el control de la potencia de salida del motor basandose en la cadencia de los pedales no proporciona un vinculo intuitivo entre el esfuerzo ejercido por el ciclista y la asistencia proporcionada por el motor. Por ejemplo, un ciclista puede lograr una mayor asistencia al cambiar a una velocidad mas baja para aumentar la cadencia sin ejercer un mayor esfuerzo.

Los sensores de par motor pueden mejorar la relacion entre las acciones del ciclista y la asistencia proporcionada por el motor. Dichos sensores no evaluan la cadencia de los pedales, sino el par motor aplicado y, por lo tanto, reflejan mas claramente las intenciones y actividades del ciclista. Esto puede ser beneficioso tanto en el procedimiento de lanzamiento, en el que se puede evitar la iniciacion accidental al requerirse la aplicacion de un umbral de par motor, como durante la conduccion general, en la que se puede mejorar la retroalimentacion entre el esfuerzo ejercido por el ciclista y el aporte del motor. Sin embargo, los sensores de par motor pueden ser diffciles de implementar y son significativamente caros. Ademas, los sensores de par motor suelen limitar la flexibilidad en terminos de los tipos de cuadro disponibles para la bicicleta, ya que a menudo no proporcionan una evaluacion continua de los niveles de par motor y pueden aumentar el peso de la bicicleta.

En otro enfoque, descrito en la solicitud de patente internacional WO2010/092345, se proporciona un sistema con una maquina electrica de entrada y una maquina electrica de salida, estando la maquina electrica de entrada acoplada a la entrada del pedal y a la rueda propulsada del ciclo a traves de un conjunto de engranajes epicicloidales, y la maquina electrica de salida se utiliza para asistir a la propulsion del ciclo. La maquina electrica de entrada funciona como un generador para alimentar al menos parcialmente la maquina electrica de salida como un motor. La corriente en la maquina electrica de entrada se controla para garantizar que el par motor aplicado por los pedales sea apropiado para una potencia de entrada deseada establecida por el usuario, teniendo en cuenta las mediciones del angulo de las bielas de los pedales y la cadencia detectada. De esta manera, la retroalimentacion proporcionada por los pedales pretende ofrecer una experiencia consistente. En particular, el control de la corriente en la maquina electrica de entrada da como resultado una variacion efectiva de la relacion de transmision entre los pedales y la maquina electrica en caso de que el ciclista exceda o no alcance los niveles de par motor deseados. De este modo, existe un cambio de marchas automatico efectivo que permite al ciclista hacer frente a los cambios de las condiciones.

Si bien este enfoque proporciona algunos beneficios en la experiencia del usuario, durante el proceso de lanzamiento (es decir, cuando la bicicleta arranca desde la inmovilidad), no hay retroalimentacion inicial de ninguna de las maquinas electricas, ya que no pasa corriente cuando estan estacionarias. Por lo tanto, las dificultades para proporcionar un proceso de lanzamiento efectivo son compartidas por los pedelecs que adopten los sensores de movimiento o de cadencia explicados anteriormente. Si bien un sensor de par motor puede ayudar, tales sensores tienen los inconvenientes descritos anteriormente. Ademas, las implementaciones del sistema descrito en el documento WO2010/092345 han tenido dificultades con la retroalimentacion de los pedales; en particular, las variaciones de la retroalimentacion proporcionada durante el ciclo de los pedales pueden ser peculiares para los ciclistas que no esten acostumbrados a tal sistema.

El documento US 2015/122565 A1, considerado la tecnica anterior mas cercana, describe un metodo para operar una bicicleta electrica con un conjunto de engranajes epicicloidales que proporciona una transmision de relacion continuamente variable y con control multiplexado por division de tiempo.

Queda, por lo tanto, un deseo de proporcionar un sistema y un metodo mejorados para el control de los motores de pedelec, particularmente con referencia a la retroalimentacion de los pedales y al procedimiento de lanzamiento de tales dispositivos.

Sumario

En un aspecto, se proporciona un metodo para operar un ciclo a pedales, teniendo el ciclo a pedales una disposicion de propulsion electromecanica que incluye un sistema de transmision de relacion continuamente variable que tiene una entrada que esta montada para girar alrededor del eje y una salida conectada para girar con un miembro de buje, comprendiendo el sistema de transmision un conjunto de engranajes epicicloidales que incluye un engranaje solar engranado con una pluralidad de engranajes planetarios montados para girar alrededor de los respectivos ejes planetarios portados por un portador comun que esta montado para girar con la entrada alrededor del eje, estando los engranajes planetarios engranados con un engranaje de corona que esta conectado para girar con el miembro de buje, estando unicamente el engranaje solar conectado para hacer girar un rotor de una maquina electrica, estando las conexiones electricas del estator de la maquina electrica conectadas a un controlador; incluyendo el metodo la etapa de:

aplicar a la maquina electrica un algoritmo de control multiplexado por division de tiempo, cuyo algoritmo de control multiplexado por division de tiempo alterna entre un primer modo de control, en el que la corriente generada por la maquina electrica es monitoreada para inferir el par motor aplicado a las bielas del ciclo y un segundo modo de control en el que la corriente en la maquina electrica de entrada es controlada utilizando el par motor inferido.

De acuerdo con estos aspectos, el par motor aplicado por un ciclista a las bielas del ciclo a pedales puede inferirse de la corriente generada por la maquina electrica durante la conduccion. Por consiguiente, no es necesario que se proporcione un sensor de par motor independiente. Ademas, durante el segundo modo de control, se controla la corriente en la maquina electrica de entrada. Esto controla efectivamente el par motor en la maquina electrica de entrada durante el segundo modo de control (ya que es proporcional a la corriente). Cuando la maquina electrica de entrada se acopla a las bielas mediante el segundo conjunto de engranajes epicicloidales, el control del par motor en la maquina electrica de entrada tambien controla el par motor en las bielas (los dos son proporcionales), que es el par motor que aplica el ciclista. Asf, al controlar la corriente en la maquina electrica de entrada se determina el par motor que tiene que aplicar el ciclista para mantener una rotacion constante durante el segundo modo de control. Controlar la corriente de esta manera puede permitir que la disposicion "cambie de marcha" automaticamente durante el funcionamiento general. Por ejemplo, si el ciclista presiona los pedales con mas fuerza, aplicando un par motor que de como resultado una corriente en la maquina electrica de entrada que exceda la aplicada durante el segundo modo de control, la maquina electrica "cede" y por lo tanto acelera. Esto cambia la relacion de transmision del conjunto de engranajes epicicloidales de entrada para, en efecto, cambiar a una marcha inferior. Por lo tanto, cuando aumenta el par motor que aplica el ciclista, la disposicion cambia automaticamente a una marcha mas baja. Por lo tanto, la disposicion cambia automaticamente en condiciones en las que sea necesario, como cuando se sube una cuesta o se acelera rapidamente.

Similarmente, si el ciclista presiona los pedales con menos fuerza y, por lo tanto, aplica un par motor inferior al par motor que corresponde a la corriente de la maquina electrica de entrada durante el segundo modo de control, la maquina electrica desacelera y ofrece resistencia al movimiento de las bielas por parte del ciclista. Esta desaceleracion de la maquina electrica de entrada cambia de nuevo la relacion de transmision del segundo conjunto epicicloidal para, en efecto, cambiar a una marcha mas alta. Por lo tanto, cuando el par motor que aplica el ciclista cae, la disposicion cambia automaticamente a una marcha mas alta. Por lo tanto, la disposicion cambia automaticamente en condiciones en las que sea necesario, como cuando se va cuesta abajo o se afloja al acercarse a una velocidad constante desde un penodo de aceleracion.

De esta manera, se pueden usar las capacidades de deteccion de par motor de la segunda maquina electrica en ciclos a pedales convencionales y en EAPC para proporcionar una disposicion para cambiar automaticamente de marcha mientras el ciclista esta montado en el ciclo a pedales.

No se proporciona ninguna maquina electrica de salida. Es decir, no hay una maquina electrica acoplada a la corona en este aspecto. Como tal, el costo relativo y el peso del ciclo pueden reducirse comparativamente. El metodo de control del segundo aspecto garantiza que, aunque la corona no este limitada por un segundo motor, el engranaje solar y los engranajes planetarios permanecen equilibrados.

Ademas, la capacidad de detectar el par motor a traves de la maquina electrica de entrada puede ayudar a controlar un proceso de lanzamiento. Es decir, al detectar el par motor, la disposicion puede detectar si el ciclista tiene la intencion de moverse desde una posicion estacionaria. En realizaciones preferidas, el control de la corriente aplicada a la maquina electrica de entrada, en respuesta al par motor inferido durante el segundo modo de control, depende de si el ciclo a pedales se encuentra en una rutina de lanzamiento o en una rutina de marcha.

En algunas realizaciones, el metodo puede comprender adicionalmente la etapa de determinar si la bicicleta y/o las bielas estan sustancialmente estacionarias y, en respuesta a ello, cortocircuitar sustancialmente la maquina electrica de entrada. Esto puede incluir cortocircuitar dos o las tres fases de la maquina electrica de entrada. Adicionalmente, en algunas realizaciones, el metodo incluye la etapa de cortocircuitar sustancialmente la maquina electrica de entrada hasta que la corriente real en la maquina electrica de entrada alcance un valor de umbral predeterminado. Este umbral puede ser fijado por software.

Los expertos en la materia apreciaran que el control de corriente de una maquina electrica puede realizarse facilmente con componentes electricos existentes. Por lo tanto, las formas de realizacion del metodo pueden usarse para proporcionar un control automatico de la relacion de transmision en un ciclo a pedales convencional, solo manual, y/o en un EAPC de una manera sencilla y economica. Tambien se debe tener en cuenta que el uso de un conjunto de engranajes epicicloidales, de esta manera, proporciona una transmision continuamente variable, en lugar del cambio escalonado habitual de los ciclos que a menudo cambian las marchas de manera insatisfactoria bajo cargas pesadas.

El metodo puede incluir medios de control de operacion para operar la maquina electrica de entrada como un generador y/o controlar la corriente en la maquina electrica de entrada. Los medios de control pueden incluir uno o mas controladores de motor y/o uno o mas controladores de generador.

Durante el segundo modo de control, y particularmente durante la rutina de marcha, la corriente en la maquina electrica de entrada puede ser controlada para mantenerla entre una corriente maxima y una corriente minima, calculandose las corrientes maxima y minima utilizando el par motor inferido. La corriente maxima y la corriente minima pueden tener valores diferentes; o pueden tener el mismo valor. Cuando tienen valores diferentes, esto crea una banda dentro de la cual puede variar el par motor aplicado por el ciclista sin que la disposicion "cambie de marcha", es decir, vane la relacion de transmision. De esta manera, la disposicion imita, al menos en cierto grado, el comportamiento de un ciclo con cambio de marchas convencional y, por lo tanto, puede ser del gusto de algunos ciclistas mas acostumbrados a dichos ciclos convencionales. Cuando la corriente maxima y la corriente minima son iguales, esto hace que la disposicion vane la relacion de transmision cuando el par motor aplicado por el ciclista difiere del correspondiente a la corriente extrafda de la maquina electrica de entrada durante el segundo modo de control. Esta disposicion puede usarse para hacer que el ciclista pedalee con un par motor que este cerca o coincida con la eficiencia optima de pedaleo.

El metodo puede incluir que toda la energfa electrica generada por la maquina electrica de entrada sea suministrada a la maquina electrica de salida para operar la maquina electrica de salida como un motor.

De esta manera, un ciclo a pedales convencional equipado con la disposicion electromecanica puede estar provisto de una disposicion para cambiar automaticamente las marchas.

El metodo puede incluir suministrar energfa electrica almacenada a la maquina electrica de salida, desde un almacen de energfa electrica, para operar la maquina electrica de salida como un motor. El metodo puede incluir suministrar energfa electrica almacenada de esta manera para complementar la energfa electrica generada por la maquina electrica de entrada y suministrada a la maquina electrica de salida. El metodo puede incluir recibir una entrada de asistencia que indica que debe suministrarse energfa electrica almacenada a la maquina electrica de salida para complementar la energfa electrica generada por la maquina electrica de entrada y suministrada a la misma; y puede incluir suministrar en consecuencia la energfa electrica almacenada y en respuesta a la recepcion de la entrada de asistencia. El metodo puede incluir operar los medios de control para suministrar energfa electrica almacenada de esta manera. De este modo, puede usarse energfa electrica almacenada para ayudar al ciclista a propulsar el ciclo.

La entrada de asistencia puede recibirse desde medios de entrada de asistencia operables por el ciclista.

La entrada de asistencia puede ser indicativa de uno de una pluralidad de niveles de asistencia seleccionables que pueden proporcionarse al ciclista. La entrada de asistencia puede ser indicativa de un factor por el cual la aportacion de energfa por el ciclista debe aumentarse con la energfa suministrada a la maquina electrica de salida por descarga de energfa electrica almacenada. El metodo puede incluir descargar la energfa electrica almacenada y operar con ella la maquina electrica de salida, al menos parcialmente, en respuesta a la recepcion de la entrada de asistencia.

El metodo puede incluir operar la maquina electrica de entrada y/o la maquina electrica de salida como un generador para frenar el ciclo a pedales. La energfa electrica generada de esta manera puede utilizarse para recargar el almacen de energfa electrica. El metodo puede incluir operar una o ambas maquinas electricas de manera ineficiente, por ejemplo, cambiando la fase de la corriente y/o el voltaje de la misma para disipar como calor la energfa electrica generada y, por lo tanto, frenar el ciclo a pedales. El metodo puede incluir operar de esta manera la maquina electrica de entrada y/o la maquina electrica de salida como un generador, en respuesta a una senal de un dispositivo de entrada de frenada operable por el ciclista. El dispositivo de entrada de frenada puede ser una palanca de freno. El metodo puede incluir operar de esta manera la maquina electrica de entrada y/o salida en respuesta a la deteccion de un movimiento de retroceso de las bielas; y, opcionalmente, el movimiento de retroceso de las bielas cuando las bielas esten entre 60 grados y 120 grados respecto a la vertical cuando el ciclo a pedales se encuentre sobre una superficie nivelada.

El ciclo a pedales puede ser, por ejemplo, un ciclo a pedales convencional en el que el ciclista solo proporciona un impulso para aplicar fuerza a los pedales del mismo, estos ciclos se denominan a veces "bicicletas de empuje". El ciclo a pedales puede ser, por ejemplo, un EAPC, tal como, por ejemplo, un pedelec o una bicicleta electrica. El ciclo a pedales puede tener una, dos, tres, cuatro o mas ruedas. El ciclo a pedales puede ser una bicicleta (incluidas las bicicletas monoplaza y tandem), un triciclo, o posiblemente cualquier forma de ciclo que pueda ser propulsado, al menos en parte, por el pedaleo de un ciclista.

En algunas realizaciones preferidas, la disposicion de propulsion electrica incluye ademas un embrague unidireccional, que incluye un miembro propulsor, que esta constituido por el soporte comun, y un miembro propulsado, que esta conectado para girar con los miembros de buje, estando el embrague unidireccional dispuesto para conectar el miembro de buje para que gire con el portador tan pronto como el portador gire mas rapido que el miembro de buje. En consecuencia, el buje puede incluir un embrague unidireccional dispuesto para conectar el miembro de buje para que gire con el portador si el portador intenta girar mas rapido que el miembro de buje, lo que en la practica se produce tan pronto como se aplica un par motor sustancial a la entrada. Esto significa que, si el buje esta montado en una bicicleta, tan pronto como el ciclista aplique una presion significativa sobre los pedales, aplicando un par motor a la entrada del sistema de transmision, el embrague unidireccional se acopla y, por lo tanto, conecta el portador al miembro de buje. Esto hace que la entrada se conecte inmediatamente para girar con el miembro de buje y, por lo tanto, la fuerza propulsora ejercida por el ciclista se transmita inmediatamente al miembro de buje y, por lo tanto, a la rueda de la bicicleta. Esto reduce la posibilidad de que la biela del pedal gire inicialmente con una resistencia muy reducida antes de enganchar por completo, fenomeno que resulta inconveniente y desconcertante para el ciclista, especialmente durante el lanzamiento.

En realizaciones preferidas, la disposicion de propulsion electrica incluye ademas un embrague activo, comprendiendo ademas el metodo controlar el embrague activo para operar selectivamente la maquina electrica como un generador. De esta manera, incluso cuando no exista la maquina electrica de salida, se puede aplicar un frenado regenerativo para recargar la batena. De acuerdo con un aspecto adicional de la divulgacion, se proporciona un ciclo a pedales dispuesto para llevar a cabo un metodo tal como el definido anteriormente en el presente documento.

Tambien se puede apreciar que los aspectos de la divulgacion pueden implementarse utilizando un codigo de programa informatico. De hecho, de acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgacion, se proporciona por lo tanto un producto de programa informatico que comprende instrucciones ejecutables por ordenador para llevar a cabo el metodo del primer aspecto. El producto de programa informatico puede ser un medio de almacenamiento ffsico/tangible. Por ejemplo, el medio de almacenamiento puede ser una memoria de solo lectura (ROM) u otro chip de memoria. Alternativamente, puede ser un disco, tal como un disco digital versatil (DVD-ROM) o un disco compacto (CD-ROM) u otro soporte de datos. Tambien podna ser una senal tal como una senal electronica a traves de cables, una senal optica o una senal de radio tal como a un satelite o similar. La divulgacion tambien se extiende a un procesador que ejecute el software o el codigo, por ejemplo, un ordenador configurado para llevar a cabo el metodo anteriormente descrito.

Breve descripcion de los dibujos

A continuacion, se describiran realizaciones espedficas unicamente a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 muestra un ciclo a pedales;

La Figura 2A muestra una vista en seccion axial de la mitad superior de un buje de bicicleta segun una primera realizacion;

La Figura 2B muestra una vista de un embrague unidireccional, visto desde la derecha de la Figura 2A, por encima de una vista en seccion axial del embrague unidireccional; y

La Figura 3 es una representacion esquematica de los medios de control para controlar el funcionamiento de la disposicion de propulsion;

La Figura 4 es un diagrama de flujo de las etapas de una realizacion de un metodo para operar el ciclo a pedales, cuyas etapas incluyen etapas de una rutina de "lanzamiento" y una rutina de "marcha";

La Figura 5 es un ejemplo de un grafico que ilustra la corriente aplicada a una maquina electrica de entrada y una maquina electrica de salida durante la rutina de lanzamiento y la rutina de marcha;

La Figura 6 muestra una vista en seccion axial de la mitad superior de un buje de bicicleta segun una segunda realizacion;

La Figura 7 es una representacion esquematica de los medios de control para controlar el funcionamiento de la disposicion de propulsion de la segunda realizacion; y

La Figura 8 es un diagrama de flujo de las etapas de la segunda realizacion de un metodo para operar el ciclo a pedales, cuyas etapas incluyen las etapas de una rutina de "lanzamiento" y una rutina de "marcha".

Descripcion detallada

[DISPOSICION ESTRUCTURAL]

La Figura Imuestra un ciclo a pedales asistido electricamente en forma de una bicicleta 10. La bicicleta 10 es similar a una bicicleta convencional al tener una rueda directriz 20 en la parte delantera y una rueda propulsora 30 en la parte trasera. La bicicleta 10 tambien tiene la disposicion convencional de unos pedales 40 en unas bielas 50 que propulsan un plato dentado delantero 60 conectado por una cadena 70 a un pinon trasero 80, estando el pinon trasero montado coaxialmente con la rueda trasera 30. Sin embargo, la bicicleta 10 se diferencia de una bicicleta convencional en que el pinon trasero 80 no esta montado de manera fija en el buje 100 de la rueda trasera 30 para propulsar esa rueda directamente. Por el contrario, el pinon trasero 80 propulsa ciertos componentes de una disposicion de propulsion electromecanica que se aloja dentro del buje 100.

La Figura 2a muestra el buje 100 de un primer ejemplo comparativo y su contenido en detalle. El buje esta montado sobre un eje central 2 que, en uso, esta asegurado de manera fija a un cuadro de bicicleta por medio de dos tuercas 4. El buje incluye un miembro anular 6 de entrada, que esta conectado a un pinon 80 de rueda de bicicleta convencional a traves de un mecanismo 9 de pinon libre, que no se muestra en detalle. El miembro 6 de entrada esta montado sobre una serie de cojinetes 101 para girar alrededor del eje 2. El miembro 6 de entrada tambien esta conectado a un solo conjunto de engranajes epicicloidales de tres ramas, cuyas tres ramas o ejes giran. El sistema de transmision incluye un engranaje solar 12, que se monta para girar alrededor del eje 2 y cuyos dientes estan engranados con los dientes de un numero, normalmente 3, de engranajes planetarios 14. Los engranajes planetarios 14 estan soportados rotativamente a traves de unos cojinetes 16 por unos respectivos ejes planetarios 18 que estan conectados a un portador comun 201. Los dientes de los engranajes planetarios 14 tambien estan engranados con los dientes de un engranaje de corona 22, que esta conectado de manera fija a la parte derecha 24 de un alojamiento de buje. La parte derecha 24 de alojamiento del buje esta conectada a la parte izquierda 26 por medio de una parte central 28, que esta conectada a las partes derecha e izquierda 24, 26 por medio de unos pernos 301.

Dentro del alojamiento del buje hay dos motores/generadores electricos (maquinas electricas), que estan dispuestos coaxialmente, con un motor/generador situado dentro del otro. El motor/generador interno, o maquina electrica 120 de entrada, incluye un rotor 32, que esta conectado para girar con el engranaje solar 12, y un estator 34. El motor/generador externo, o maquina electrica 110 de salida, incluye un rotor 36, que esta conectado de manera fija a la porcion central 28 del alojamiento del buje, y un estator 38. Las conexiones electricas de los dos estatores estan conectadas a un controlador 200, que se muestra solo de forma esquematica y tambien esta conectado a una batena electrica recargable 208. El controlador 200 esta programado para controlar la corriente de energfa electrica entre los dos motores/generadores y entre la batena electrica 208 y cada uno de los motores/generadores segun se requiera.

El portador comun 201 es integral con el miembro 6 de entrada, y constituye el miembro de entrada o miembro propulsor de un embrague unidireccional. Tiene una periferia exterior circular, que esta estrechamente rodeada por la periferia interior circular de un miembro anular propulsado 44 del embrague unidireccional, cuya periferia exterior tiene unos dientes 46, que tambien estan engranados con los dientes internos del engranaje de corona 22, que esta conectado de manera fija a la porcion 24 del alojamiento del buje. Formados en la periferia exterior del miembro interior o propulsor 20 del embrague unidireccional hay una pluralidad de rebajes 47, en este caso tres, que se extienden en direccion periferica. En cada uno de estos rebajes se aloja una bola 48 de bloqueo y un resorte 50 de solicitacion. La dimension o anchura de cada rebaje 47 en direccion radial es maxima en el extremo mas alejado del resorte 50 y en su extremo tiene un valor mayor que el diametro de la correspondiente bola 48 de bloqueo. Sin embargo, su anchura disminuye en direccion hacia el resorte 50 de solicitacion hasta un valor menor que el diametro de la bola de bloqueo 48. Los resortes de solicitacion empujan las bolas 48 hasta los extremos de los rebajes 47 mas alejados de los resortes 50 en los que la anchura del rebaje es mayor que el diametro de las bolas y, cuando las bolas estan en esa posicion, los elementos propulsor y propulsado 20 y 44 del embrague unidireccional pueden girar libremente uno con respecto al otro y, por lo tanto, el embrague esta desembragado. Sin embargo, si el miembro interior o propulsor del embrague se mueve en el sentido de las agujas del reloj tal como se aprecia en la Figura 2b, es decir, si el usuario de la bicicleta ejerce una fuerza sobre los pedales, que se transmite por la cadena de la bicicleta hasta el pinon 8 y luego hasta el miembro propulsor 201, en forma de un par motor que tiende a hacer girar el miembro propulsor 201, las bolas 48 se mueven en sentido contrario a las agujas del reloj, segun se mira la Figura 2b, y por lo tanto hacia la region en la que la anchura de los rebajes es menor que el diametro de las bolas. A medida que las bolas se aproximan a esta region, quedan bloqueadas entre las bases de los rebajes 47 y la periferia interior del miembro externo o propulsado 44 del embrague y, por lo tanto, actuan para conectar en rotacion los dos miembros 20 y 44 del embrague. Por lo tanto, la rotacion continuada del miembro 6 de entrada, asf como del miembro 20 del embrague es transmitida directamente al elemento propulsado 44 del embrague y, por lo tanto, tambien al engranaje de corona 22 y al alojamiento 24, 26, 28 del buje, dando como resultado la rotacion de la rueda de la bicicleta. Si despues el usuario deja de ejercer presion sobre los pedales, la fuerza ejercida por los resortes 50 de solicitacion sera capaz de devolver las bolas 48 a las regiones de los rebajes 47 en las que su anchura es mayor que el diametro de las bolas, y asf se libera la conexion rotatoria de los dos miembros del embrague.

En uso, uno de los motores/generadores generalmente actua como un generador y transmite energfa electrica al otro motor/generador, que actua como un motor. La cantidad de energfa electrica asf transmitida puede variarse selectivamente por medio del controlador 40, alterando asf la relacion de transmision del sistema de transmision. La potencia se transmite a traves del sistema de transmision, tanto mecanica como electricamente, en proporciones que vanan con la relacion de transmision variable. La velocidad de salida del sistema de transmision y, por lo tanto, la velocidad del miembro de buje puede variarse de manera independiente de la velocidad de entrada, lo que significa que la velocidad de la rueda conectada al miembro de buje de acuerdo con la invencion puede variarse independientemente de la velocidad a la que giren los pedales y/o la velocidad de uno de los motores/generadores que funciona como un motor y proporciona un par motor para propulsar la bicicleta, o para ayudar al usuario a propulsar la bicicleta. Esto significa que la transmision puede ser operada precisamente a la velocidad mas adecuada para las condiciones de conduccion y que coincida con los deseos del usuario, segun lo indicado por uno o mas controles operables por el usuario.

Los motores/generadores electricos son, por lo tanto, no solo los medios por los cuales se puede variar continuamente la relacion de transmision del sistema de transmision, sino tambien los medios por los cuales la energfa electrica de la batena puede convertirse en potencia mecanica y transmitirse a la rueda de la bicicleta. Los motores/generadores tambien tienen una funcion doble, ya que, si la bicicleta se desplaza a una velocidad superior a la deseada por el usuario, por ejemplo, porque la bicicleta va cuesta abajo a pinon libre, como lo indica, por ejemplo, que el usuario aplique los frenos, el controlador puede estar programado para hacer que uno o ambos motores/generadores funcionen como un generador y para dirigir la energfa electrica producida a la batena electrica para recargarla.

Aunque durante la mayor parte del tiempo uno o ambos motores/generadores electricos puedan usarse en modo motor para propulsar la bicicleta, se preve que el buje de acuerdo con la invencion se usara principalmente en una bicicleta asistida por motor y no en una motocicleta y, por lo tanto, que el usuario contribuira a la fuerza motriz necesaria para impulsar la bicicleta en una proporcion importante del tiempo de funcionamiento. Tal como se explico anteriormente, cuando el usuario aplique una fuerza de propulsion a los pedales, el embrague unidireccional se activara de inmediato y la fuerza aplicada por el usuario se dirigira inmediatamente a la rueda de la bicicleta accionada sin precesion de los pedales.

Pueden entenderse mas detalles del controlador 200 con referencia a la Figura 3. En particular, los medios de control estan conectados y dispuestos para controlar los motores-generadores 110, 120 de entrada y salida en respuesta a las entradas recibidas desde los medios de entrada. El controlador 200 tiene la forma de una unidad electronica de control (ECU) 205, una unidad 207 de gestion de batena y dos controladores de motor-generador, uno de los cuales se denominara "controlador 210 de entrada" y sirve para controlar el motor-generador 120 de entrada, y el otro de los cuales se denominara "controlador 220 de salida" y sirve para controlar el motor-generador 110 de salida. La ECU 205 incluye un microprocesador que es programable y operable para llevar a cabo las etapas de un metodo que incorpora la presente invencion. Ese metodo sera descrito a continuacion con referencia a la Figura 3 y la Figura 5. La ECU 205 esta conectada al controlador 210 de entrada, el controlador 220 de salida y la unidad 207 de gestion de batena para controlar el funcionamiento de esas tres unidades. Los medios de entrada que proporcionan entradas al controlador 40 incluyen unos medios 250 de entrada de usuario y un sensor 260 de posicion y velocidad de biela, que puede ser un sensor hall. Los medios 250 de entrada de usuario incluyen, en este ejemplo, un dispositivo de entrada de energfa operable por el usuario y un dispositivo de entrada de freno operable por el usuario (ninguno de los cuales se muestra). El dispositivo de entrada de energfa esta dispuesto para ser operado por un usuario para indicar generalmente la potencia, que es la tasa de trabajo, con la que desea pedalear. El dispositivo de entrada de freno esta dispuesto para ser operado por el usuario para indicar la tasa a la que debe frenar la bicicleta 10.

En este ejemplo, se preve que el dispositivo de entrada de energfa sea un selector, que puede ser utilizado por el usuario, que indexa entre cada una de una pluralidad de posiciones diferentes. Ejemplos de estos conmutadores selectores son los cambios giratorios y los cambios de palanca que se usan comunmente en los mecanismos de cambio de marchas de las bicicletas convencionales. Se preve que el dispositivo de entrada de freno pueda ser similar a una palanca de freno convencional. Sin embargo, en el presente ejemplo, se preve que las versiones electricas de dichos conmutadores selectores y de la palanca del freno se utilicen de manera que cada uno pueda producir una senal electrica indicativa de su posicion seleccionada por el usuario. El sensor 260 de posicion y velocidad del conjunto bielar es un dispositivo convencional que esta dispuesto para detectar la velocidad y la posicion angular de las bielas 50 y para emitir una senal electrica indicativa de ello.

Una salida adicional de los medios 200 de control esta conectada a un panel de instrumentos 270.

La unidad 207 de gestion de batena esta conectada a un medio de almacenamiento de energfa electrica en forma de una batena recargable 208.

Con referencia nuevamente a la Figura 1, la ECU 205, el controlador 210 de entrada, el controlador 220 de salida y la unidad de gestion de la batena estan alojados dentro de un alojamiento 90 de control instalado en el cuadro de la bicicleta 10. La batena 208 esta alojada dentro de un alojamiento 92 de batena que tambien esta montado en el cuadro.

[FUNCIONAMIENTO]

A continuacion se describira el funcionamiento de la bicicleta 10. Esta descripcion adoptara la forma de una descripcion de las etapas de un metodo llevado a cabo por la ECU 205 para ejecutar las instrucciones contenidas en un programa informatico con el que esta programada.

Con referencia a la Figura 4, el metodo comienza desde un inicio estacionario en la etapa 300 en la que se utiliza el sensor 260 de velocidad y posicion del conjunto bielar para detectar el movimiento de los pedales 40. Si no se identifica ningun movimiento de los pedales, entonces el metodo continua supervisando otros eventos.

Si se identifica el movimiento de los pedales, el metodo pasa a la etapa 310, en la que se detecta el par motor aplicado a los pedales 40 utilizando la maquina electrica 120 de entrada. La maquina electrica de entrada se opera a traves del metodo de acuerdo con un algoritmo de control multiplexado por division de tiempo para la maquina electrica de entrada. El algoritmo de control multiplexado por division de tiempo alterna entre un primer modo de control, en el que se monitorea la corriente generada por la maquina electrica 120 de entrada para inferir el par motor aplicado a las bielas del ciclo, y un segundo modo de control en el que se controla la corriente en la maquina electrica 120 de entrada en funcion del par motor inferido. En la etapa 310, se detecta el par motor durante el primer modo de control.

En la etapa 320, el controlador 200 determina si el par motor detectado en la etapa 310 excede un umbral de iniciacion. Si el par motor detectado en la etapa 310 excede el umbral de iniciacion, se inicia una rutina 330 de lanzamiento.

Durante la rutina 330 de lanzamiento, en la etapa 331 se suministra energfa electrica a la maquina electrica de salida para ayudar a que la bicicleta coja velocidad. La maquina electrica 340 de entrada tambien es iniciada en la etapa 331, en respuesta a la deteccion de un par motor que excede el umbral de inicio, de manera que se transmita una corriente fija a la maquina electrica 120 de entrada durante la rutina 330 de lanzamiento. Las demandas de potencia de la maquina electrica de salida se priorizan durante la rutina 330 de lanzamiento.

Al utilizar el par motor detectado durante el primer modo de control para controlar la entrada en la rutina de lanzamiento 330, se puede evitar la iniciacion accidental de la maquina electrica de salida.

Durante la rutina de lanzamiento, la corriente en la maquina de entrada se mantiene a un nivel mmimo. Este cortocircuito efectivo acumula rapidamente un par motor de reaccion en el motor-generador 120 de entrada en contra de la rotacion del mismo (esta acumulacion ocurre dentro de un angulo del conjunto bielar de aproximadamente 5 a 10 grados). Esta reaccion se transmite a traves del conjunto 140 de engranajes epicicloidales a las bielas 50 y a los pedales 40, con lo que le da al ciclista algo contra lo que empujar para arrancar el ciclo. Ademas, el embrague unidireccional garantiza que el ciclista reciba retroalimentacion al esfuerzo proporcionado en esta etapa.

En la etapa 332 de la rutina 330 de lanzamiento, el sensor 260 vuelve a detectar el movimiento de los pedales. La cadencia (es decir, la tasa de revoluciones) de las bielas 50 se determina a partir de la senal detectada y, si permanece por debajo de un umbral de marcha, la rutina de lanzamiento continua. El umbral de marcha puede ser, por ejemplo, una revolucion por segundo. Una vez que la cadencia alcanza o supera el umbral, el metodo pasa a la rutina 340 de marcha. En un ejemplo preferido, el umbral de marcha puede ser una revolucion por segundo.

Durante la rutina 340 de marcha, en la etapa 341 se detecta el par motor utilizando la maquina electrica 120 de entrada. Tal como se menciono anteriormente, esto ocurre durante el primer modo de control del algoritmo de control multiplexado por division de tiempo. El par motor detectado se usa luego en la etapa 342 para establecer la corriente en la maquina electrica 120 de entrada durante el segundo modo de control. En particular, se establece la corriente dentro de la segunda maquina electrica durante el segundo modo de control para proporcionar una salida de par motor de maquina electrica 120 de entrada que corresponda al par motor detectado durante el primer modo de control.

Debe entenderse que, al controlar la corriente en el motor-generador 120 de entrada de esta manera, tambien se controla el par motor en esa maquina, que es proporcional a la corriente. Cuando el motor-generador 120 de entrada es acoplado a las bielas 50 por el conjunto de engranajes epicicloidales, al controlar el par motor en el motorgenerador 120 de entrada tambien se controla el par motor en las bielas 50 (los dos pares son proporcionales), que es el par motor que el ciclista aplica a las bielas 50 a traves de los pedales 40 cuando el sistema se encuentra en un estado estable. Por lo tanto, el control de la corriente en el motor-generador 120 de entrada determina la fuerza que el ciclista debe aplicar a los pedales 40 para mantener un estado estable. En consecuencia, el ciclista pedalea con la potencia que el ciclista ha indicado que desea pedalear segun la posicion del dispositivo de entrada de potencia. Controlar la corriente de esta manera hace que la bicicleta 10 cambie automaticamente la relacion de transmision entre las bielas 50 y la rueda trasera. Por ejemplo, si el ciclista presiona los pedales 40 con mas fuerza, de modo que aplique un par motor superior al par motor correspondiente a la corriente extrafda del motor-generador 120 de entrada para la posicion determinada del conjunto de bielas, el motor-generador "cede" y por lo tanto acelera. Esto cambia la relacion de transmision del conjunto 140 de engranajes epicicloidales para cambiar a una relacion mas baja. Por lo tanto, cuando el par motor que aplica el ciclista excede un cierto lfmite, la disposicion cambia automaticamente a una relacion mas baja. Por lo tanto, la disposicion baja de marcha automaticamente en condiciones en las que sea necesario, como cuando se sube una cuesta o se acelera rapidamente.

Similarmente, si el ciclista presiona los pedales 40 con menos fuerza y, por lo tanto, aplica un par motor inferior al par motor que corresponde a la corriente determinada que se debe extraer del motor-generador 120 de entrada, el motor-generador 120 desacelera y ofrece resistencia al movimiento de las bielas 50 por parte del ciclista. Esta desaceleracion del motor-generador 120 de entrada cambia de nuevo la relacion de transmision del conjunto epicicloidal a una relacion mayor. Por lo tanto, cuando el par motor que aplica el ciclista cae por debajo de un cierto Ifmite, la disposicion cambia automaticamente a una relacion mas alta. Por lo tanto, la disposicion cambia automaticamente en condiciones en las sea necesario, como cuando se va cuesta abajo o al aflojar y acercarse a una velocidad constante desde un penodo de aceleracion.

Al proporcionarle al ciclista varias configuraciones, seleccionables por el usuario del dispositivo, de entrada de potencia, el ciclista puede seleccionar generalmente la potencia con la que desea circular. Ademas, puede cambiar esa potencia mientras pedalea para poder circular en general con mas fuerza o mas facilmente.

La rutina de marcha continua mientras la bicicleta este en movimiento. Esto se evalua en la etapa 343, en la que se determina si la bicicleta se esta moviendo. Esto lo hace la ECU 205, que detecta la velocidad del motorgenerador 110 de salida, al ser la velocidad del motor-generador 110 de salida proporcional a la velocidad de la bicicleta 10. La ECU 205 detecta la velocidad del motor-generador 110 de salida al recibir una senal indicativa de ello por parte de los sensores de conmutacion del motor (aunque, en otros ejemplos, puede medirse en su lugar la tension o la frecuencia de los picos de tension)

Si la bicicleta se esta moviendo, la rutina de lanzamiento continua y el algoritmo de control alterna entre los modos de control primero y segundo. Es decir, de una manera dividida en el tiempo, se evalua el par motor (etapa s341; primer modo de control) procedente de la maquina electrica de entrada y luego se controla en consecuencia la corriente en la maquina electrica de entrada (etapa s342; segundo modo de control). Una vez que se detecta que la bicicleta esta estacionaria, la maquina electrica de salida se desactiva y el metodo vuelve al comienzo, listo para el inicio de la rutina 330 de lanzamiento en un momento posterior.

Durante la rutina de marcha, la corriente de la batena es priorizada a la maquina electrica 120 de entrada en lugar de la maquina electrica de salida. Esto garantiza que el par motor aplicado por el usuario y medido durante el primer modo de control se equilibre efectivamente durante el segundo modo de control, de modo que se gestione adecuadamente el cambio del sistema y el usuario no experimente variaciones no deseadas en la retroalimentacion de los pedales 40. Esto proceso puede entenderse con referencia a la Figura 5.

En la Figura 5, el eje horizontal representa el tiempo. El eje vertical muestra la corriente, que se divide entre la corriente aplicada a la maquina electrica de salida (IE1) y a la maquina electrica de entrada (IE2). A este ultimo respecto, la Figura 5 ilustra el nivel de corriente en la maquina electrica de entrada durante el segundo modo de control.

En el ejemplo de la Figura 5, existe una corriente maxima, Imax, de 29A que puede ser suministrada por la batena. La maquina electrica de salida tiene una corriente maxima, IE1max, de 22A y la maquina electrica de entrada tiene una corriente maxima, IE2max, de 17A. Por lo tanto, no es posible que las maquinas electricas de entrada y salida sean propulsadas con la corriente maxima simultaneamente, puesto que IE1max IE2max > Imax. Por el contrario, en todo momento IE1 IE2 <= Imax (es decir, 29A). Por lo tanto, puede surgir la necesidad de establecer prioridades en la corriente suministrada a cada maquina electrica.

Durante la rutina de marcha, la maquina electrica 120 de entrada tiene prioridad para recibir la corriente de la batena. La rutina de marcha se ilustra en la Figura 5 entre los tiempos Vl1 y Vl2. Como puede verse en este ejemplo, la corriente total aplicada a la maquina electrica 120 de entrada y a la maquina electrica 110 de salida durante la rutina de marcha es constante (en particular, esta fijada en Imax). De ese total, la maquina electrica de entrada recibe la corriente determinada basandose en el par motor detectado, mientras que la maquina electrica de salida recibe la corriente disponible restante. De esta manera, se prioriza la corriente para la maquina electrica 120 de entrada.

La rutina de lanzamiento se ilustra en el penodo de tiempo anterior a Vl1. En este caso, la corriente para la maquina electrica 110 de salida tiene prioridad, y la maquina electrica 120 de entrada solo recibe una corriente fija relativamente pequena.

[REALIZACION]

A continuacion se describe una realizacion con referencia a la Figuras 6 y siguientes. Los numeros de referencia similares se refieren a caractensticas similares en comparacion con el ejemplo descrito con referencia a las Figuras 1 a 5.

En esta realizacion, no se proporciona ninguna maquina electrica de salida. Por el contrario, la maquina electrica 120 de entrada proporciona todo el control electrico al sistema. La Figura 6 ilustra con detalle el buje 100 de esta realizacion.

Las caractensticas ilustradas en la Figura 1 son compartidas por el ejemplo y la realizacion. En cuanto al ejemplo de la Figura 2A, en la realizacion el buje 100 esta montado sobre un eje central 2 que, en uso, esta sujeto de manera fija a un cuadro de bicicleta por medio de dos tuercas 4. El buje incluye un miembro anular 6 de entrada que esta conectado a un pinon 80 de bicicleta convencional a traves de un mecanismo 9 de pinon libre que no se muestra en detalle. El miembro 6 de entrada esta montado para girar alrededor del eje 2 mediante una serie de cojinetes 101. El miembro 6 de entrada tambien esta conectado a un unico conjunto de engranajes epicicloidales de tres ramas, cuyas tres ramas o ejes giran. El sistema de transmision incluye un engranaje solar 12, que se monta para girar alrededor del eje 2 y tiene sus dientes engranados con los dientes de un numero, tipicamente 3, de engranajes planetarios 14. Los engranajes planetarios 14 son portados rotativamente, a traves de unos cojinetes 16, por los respectivos ejes planetarios 18, que estan conectados a un portador comun 201, que puede estar formado integralmente con el miembro 6 de entrada. Los dientes de los engranajes planetarios 14 tambien estan engranados con los dientes del engranaje de corona 22, que esta conectado de manera fija a la parte derecha 24 de un alojamiento del buje. La parte derecha 24 del alojamiento del buje esta conectada a una parte izquierda 26 por medio de una parte central 28. La parte central 28 puede estar formada integralmente ya sea con la parte derecha 24 o la parte izquierda 26 y acoplada a la otra respectiva parte derecha 24 y parte izquierda 26 con pernos o similares. Alternativamente, la parte central 28 puede estar formada individualmente y conectada a las partes derecha e izquierda 24, 26 por medio de unos tornillos 301 o caractensticas similares.

Dentro del alojamiento del buje de la realizacion esta acomodado un solo motor/generador (maquina electrica). El motor/generador, o maquina electrica 120 de entrada, incluye un rotor 32, que esta conectado para girar con el engranaje solar 12, y un estator 34. Las conexiones electricas de los estatores 34 estan conectadas a un controlador 200, que se muestra solo esquematicamente y que tambien esta conectado a una batena electrica recargable 208. El controlador 200 esta programado para controlar el flujo de energfa electrica entre la batena electrica 208 y el motor/generador de acuerdo con los requisitos.

El controlador 200 de la realizacion se ilustra en Figura 7 y puede estar dispuesto de manera similar a la ilustrada en la Figura 3. En particular, el controlador 200 puede estar conectado y dispuesto para controlar los motoresgeneradores 120 de entrada en respuesta a las entradas recibidas desde los medios de entrada. El controlador 200 tiene la forma de una unidad de control electronico (ECU) 205, un controlador 220 de motor-generador para controlar la entrada del motor-generador 120. Tambien se puede proporcionar una unidad 207 de gestion de batena con la batena 208. La ECU 205 incluye un microprocesador que es programable y operable para llevar a cabo las etapas de un metodo que incorpora esta invencion. La ECU 205 esta conectada al controlador 220 de entrada y la unidad 207 de gestion de la batena para controlar el funcionamiento de estas unidades. El controlador del motorgenerador puede ser un grupo de MOS y condensadores controlados por la ECU 205 para establecer un puente programado en tiempo de ejecucion.

Con referencia nuevamente a la Figura 1, la ECU 205 y el controlador 220 de entrada estan alojados dentro de un alojamiento 90 de control montado en el cuadro de la bicicleta 10. La unidad 207 de gestion de batena y la batena 208 estan alojadas dentro de un alojamiento 92 de batena que tambien esta instalado en el cuadro.

Los medios de entrada que proporcionan entradas al controlador 200 pueden incluir unos medios 250 de entrada de usuario y un sensor 260 de posicion y velocidad del conjunto bielar, que puede ser un numero de sensores hall. Los medios 250 de entrada de usuario incluyen, en esta realizacion, un dispositivo de entrada de energfa operable por el usuario y pueden incluir adicionalmente un dispositivo de entrada de freno operable por el usuario (ninguno de los cuales esta representado). El dispositivo de entrada de energfa esta dispuesto para ser operado por un usuario para indicar generalmente la potencia, es decir, la tasa de trabajo, con la que desea pedalear. El dispositivo de entrada de freno esta dispuesto para ser operado por el usuario para indicar la tasa a la que debe frenarse la bicicleta 10.

Se puede proporcionar un sensor 265 de velocidad de salida, que puede ser un sensor hall, para medir la velocidad a la que se mueve la bicicleta. El sensor 265 de velocidad de salida puede controlar la rueda delantera o trasera, por ejemplo. El sensor 265 de velocidad de salida proporciona esta informacion al controlador 200. Tal como se ilustra en la Figura 6, el sensor 265 puede estar incrustado en el mismo buje. Actua como un sistema de deteccion de alta precision para medir la velocidad de la rueda trasera en esta realizacion.

Otras caractensticas del controlador descritas anteriormente con respecto a la Figura 3 tambien pueden ser aplicadas al controlador de la realizacion.

Aunque puede proporcionarse un embrague unidireccional, tal como se ha descrito anteriormente con referencia a la Figura 2^b , para el funcionamiento con la realizacion, en ejemplos preferidos se proporciona adicional o alternativamente un embrague activo. El embrague activo funcionara para colocar la maquina electrica en modo generador en los momentos apropiados, tales como cuando el usuario desea frenar. El embrague activo puede ser operado por el controlador 200, que puede responder a una informacion que incluye la velocidad de las ruedas detectada por el sensor 265.

Por ejemplo, suponiendo que el sensor 265 identifico que la bicicleta se esta moviendo, cuando el usuario no aplique presion a los pedales se puede usar el embrague unidireccional descrito anteriormente o un componente del embrague activo para desembragar los pedales del portador comun 201 Ademas, en estas circunstancias, el embrague activo puede actuar para bloquear el movimiento del miembro 6 de entrada alrededor del eje principal 2. Como resultado, el par motor se transfiere desde el engranaje de corona 22 al engranaje solar 12 y, por lo tanto, se aplica a la maquina electrica 110 que, en consecuencia, actua como un generador. Este enfoque tambien puede aplicarse cuando se detecta que el usuario aplica los frenos.

[FUNCIONAMIENTO DE LA REALIZACION]

A continuacion se describira el funcionamiento de la bicicleta 10 con referencia a la Figura 8. Esta descripcion adoptara la forma de una descripcion de las etapas de un metodo llevado a cabo por la ECU 205 para ejecutar las instrucciones contenidas en un programa informatico con el que esta programada.

Con referencia a la Figura 8, el metodo comienza desde un arranque estacionario en la etapa 800 en la que se usa el sensor 260 de velocidad y posicion del conjunto bielar para detectar el movimiento de los pedales 40. Si no se identifica ningun movimiento de los pedales, entonces el metodo continua monitoreando otros eventos.

Si se identifica el movimiento de los pedales, el metodo pasa a la etapa 810, en la que se detecta el par motor aplicado a los pedales 40 utilizando la maquina electrica 120 de entrada. La maquina electrica de entrada es operada a traves del metodo de acuerdo con un algoritmo de control multiplexado por division de tiempo para la maquina electrica de entrada. El algoritmo de control multiplexado por division de tiempo alterna entre un primer modo de control, en el que se monitorea la corriente generada por la maquina electrica 120 de entrada para inferir el par motor aplicado a las bielas del ciclo, y un segundo modo de control en el que se controla la corriente en la maquina electrica 120 de entrada en funcion del par motor inferido. En la etapa 810 se detecta el par motor durante el primer modo de control.

En la etapa 820, el controlador 200 determina si el par motor detectado en la etapa 810 excede un umbral de iniciacion. Si el par motor detectado en la etapa 810 excede el umbral de iniciacion, se inicia una rutina 830 de lanzamiento.

Durante la rutina 830 de lanzamiento, la maquina electrica 120 de entrada es iniciada en la etapa 831 en respuesta a la deteccion de un par motor que excede el umbral de iniciacion, de manera que se transmita una corriente fija a la maquina electrica 120 de entrada durante la rutina 830 de lanzamiento. Usando el par motor detectado durante el primer modo de control para controlar la entrada en la rutina 830 de lanzamiento, se puede evitar una iniciacion accidental.

Durante la rutina de lanzamiento, la corriente en la maquina de entrada se mantiene a un nivel mmimo. Este cortocircuito efectivo acumula rapidamente un par motor de reaccion en el motor-generador 120 de entrada en contra de la rotacion del mismo (esta acumulacion ocurre dentro de un angulo de aproximadamente 5 a 10 grados del conjunto bielar). Esta reaccion se transmite a traves del conjunto 140 de engranajes epicicloidales a las bielas 50 y los pedales 40, con lo que le da al ciclista algo contra lo que empujar para iniciar el ciclo. Ademas, el embrague unidireccional garantiza que el ciclista reciba una retroalimentacion del esfuerzo realizado en esta situacion.

En la etapa 832 de la rutina 830 de lanzamiento, el sensor 260 vuelve a detectar el movimiento de los pedales. La cadencia (es decir, la tasa de revoluciones) de las bielas 50 se determina a partir de la senal detectada y, si permanece por debajo de un umbral de marcha, la rutina de lanzamiento continua. El umbral de marcha puede ser, por ejemplo, una revolucion por segundo. Una vez que la cadencia alcanza o supera el umbral, el metodo pasa a la rutina 840 de marcha. En una realizacion preferida, el umbral de marcha puede ser una revolucion por segundo. Durante la rutina 840 de marcha, en la etapa 841 se detecta el par motor utilizando la maquina electrica 120 de entrada. Tal como se menciono anteriormente, esto ocurre durante el primer modo de control del algoritmo de control multiplexado por division de tiempo. El par motor detectado se usa luego en la etapa 842 para establecer la corriente en la maquina electrica 120 de entrada durante el segundo modo de control. En particular, se establece la corriente dentro de la maquina electrica 120 de entrada durante el segundo modo de control para proporcionar una salida de par motor de la maquina electrica 120 de entrada que corresponda al par motor detectado durante el primer modo de control.

Debe entenderse que, al controlar la corriente en el motor-generador 120 de entrada de esta manera, tambien se controla el par motor en esa maquina, que es proporcional a la corriente. Cuando el motor-generador 120 de entrada se acopla a las bielas 50 mediante el conjunto de engranajes epicicloidales, al controlar el par motor en el motorgenerador 120 de entrada tambien se controla el par motor en las bielas 50 (los dos pares son proporcionales), que es el par motor que el ciclista aplica a las bielas 50 a traves de los pedales 40. Por lo tanto, el control de la corriente en el motor-generador 120 de entrada determina la fuerza que el ciclista debe aplicar a los pedales 40 para mantener un estado estable.

Controlar la corriente de esta manera hace que la bicicleta 10 cambie automaticamente la relacion de transmision entre las bielas 50 y la rueda trasera. Por ejemplo, si el ciclista presiona los pedales 40 con mas fuerza, de modo que aplique un par motor superior al par motor correspondiente a la corriente extrafda del motor-generador 120 de entrada para la posicion determinada del conjunto de bielas, el motor-generador "cede" y por tanto se acelera. Este efecto se puede usar en algunas realizaciones para cambiar la relacion de transmision del conjunto 140 de engranajes epicicloidales para cambiar a una relacion mas baja. Por lo tanto, cuando el par motor que aplica el ciclista excede un cierto lfmite, la disposicion cambia automaticamente a una relacion mas baja. Por lo tanto, la disposicion cambia automaticamente en condiciones en las que sea necesario, como cuando se sube una cuesta o se acelera rapidamente.

Similarmente, si el ciclista presiona los pedales 40 con menos fuerza y, por lo tanto, aplica un par motor inferior al par motor que corresponde a la corriente determinada que se debe extraer del motor-generador 120 de entrada, el motor-generador 120 desacelera y presenta una resistencia al movimiento de las bielas 50 por parte del ciclista. Esta desaceleracion del motor-generador 120 de entrada se puede usar nuevamente para cambiar la relacion de transmision del conjunto epicicloidal a una relacion mayor. Por lo tanto, cuando el par motor que aplica el ciclista cae por debajo de un cierto lfmite, la disposicion cambia automaticamente a una relacion mas alta. Por lo tanto, la disposicion cambia automaticamente en condiciones en las que sea necesario, como cuando se va cuesta abajo o al aflojar y acercarse a una velocidad constante tras un penodo de aceleracion.

Al proporcionarle al ciclista varias configuraciones, seleccionables por el usuario, del dispositivo de entrada de potencia, el ciclista puede seleccionar generalmente la potencia con la que desea circular. Ademas, puede cambiar esa potencia mientras circula, para poder circular en general con mas fuerza o con mayor facilidad.

La rutina de marcha continua mientras la bicicleta esta en movimiento. Esto se evalua en la etapa 843, en la que se determina si la bicicleta se esta moviendo. Esto se hace cuando la ECU 205 detecta la velocidad medida por el sensor 265 de velocidad de salida.

Si la bicicleta se esta moviendo, la rutina de marcha continua y el algoritmo de control alterna entre los modos de control primero y segundo. Es decir, de una manera dividida en el tiempo, se evalua el par motor (etapa s841; primer modo de control) procedente de la maquina electrica de entrada y luego se controla la corriente en la maquina electrica de entrada (etapa s842; segundo modo de control). Una vez que se detecta que la bicicleta esta estacionaria, la maquina electrica se desactiva y el metodo vuelve al comienzo, listo para el inicio de la rutina 830 de lanzamiento en un momento posterior.

En algunos aspectos esta divulgacion proporciona un metodo para operar un ciclo a pedales, teniendo el ciclo a pedales una disposicion de propulsion electro-mecanica que incluye un sistema de transmision de relacion continuamente variable que tiene una entrada, que esta montada para girar alrededor del eje, y una salida conectada para girar con un miembro de buje, comprendiendo el sistema de transmision un conjunto de engranajes epicicloidales que incluye un engranaje solar engranado con una pluralidad de engranajes planetarios montados para girar alrededor de unos respectivos ejes planetarios portados por un portador comun que esta montado para girar con la entrada alrededor del eje, estando los engranajes planetarios engranados con un engranaje de corona que esta conectado para girar con el miembro de buje, estando el engranaje de corona conectado para girar con un rotor de una maquina electrica de salida o no estando conectado para girar con el rotor de la maquina electrica de salida y estando el engranaje solar conectado para hacer girar un rotor de una maquina electrica de entrada, estando las conexiones electricas de los estatores de una o las dos maquinas electricas conectadas por un controlador que puede estar dispuesto para controlar la transmision de energfa de una maquina electrica a la otra; incluyendo el metodo los etapas de:

a) operar la maquina electrica de entrada como un generador para alimentar al menos parcialmente la maquina electrica de salida como un motor, en los casos en que se proporcione una maquina electrica de salida;

b) aplicar un algoritmo de control multiplexado por division de tiempo a la maquina electrica de entrada, cuyo algoritmo de control multiplexado por division de tiempo alterna entre un primer modo de control, en el cual se monitorea la corriente generada por la maquina electrica de entrada para inferir el par motor aplicado a las bielas del ciclo, y un segundo modo de control en el que la corriente en la maquina electrica de entrada se controla utilizando el par motor inferido.

Los expertos apreciaran variaciones y modificaciones. Dichas variaciones y modificaciones pueden implicar caractensticas equivalentes y otras que ya son conocidas y que se pueden usar en lugar de, o ademas de, las caractensticas descritas en el presente documento. Las caractensticas que se describen en el contexto de realizaciones separadas pueden proporcionarse en combinacion en una unica realizacion. A la inversa, las caractensticas que se describen en el contexto de una unica realizacion tambien se pueden proporcionar por separado o en cualquier sub-combinacion adecuada.

Cabe senalar que el termino "que comprende" no excluye otros elementos o etapas, el termino "un" o "una" no excluye una pluralidad, una sola caractenstica puede cumplir las funciones de varias caractensticas citadas en las reivindicaciones, y los signos de referencia en las reivindicaciones no se interpretaran como limitaciones del alcance de las reivindicaciones. Tambien debe tenerse en cuenta que las Figuras no estan necesariamente a escala; ya que, por el contrario, generalmente se pone el enfasis en ilustrar los principios de la presente invencion. El alcance de proteccion de la invencion esta definido por las reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para operar un ciclo a pedales, teniendo el ciclo a pedales una disposicion de propulsion electromecanica que incluye un sistema de transmision de relacion continuamente variable que tiene una entrada (6), que esta montada para girar alrededor del eje, y una salida conectada para girar con un miembro (100) de buje, comprendiendo el sistema de transmision un conjunto de engranajes epicicloidales que incluye un engranaje solar (12) engranado con una pluralidad de engranajes planetarios (14), montados para girar alrededor de unos respectivos ejes planetarios portados por un portador comun que esta montado para girar con la entrada alrededor del eje, estando los engranajes planetarios engranados con un engranaje de corona (22) que esta conectado para girar con el miembro de buje, estando solo el engranaje solar conectado para hacer girar un rotor (32) de una maquina electrica (120), estando las conexiones electricas del estator (34) de la maquina electrica conectadas a un controlador (200); incluyendo el metodo la etapa de:

aplicar un algoritmo de control multiplexado por division de tiempo a la maquina electrica, cuyo algoritmo de control multiplexado por division de tiempo alterna entre un primer modo de control, en el que se monitorea la corriente generada por la maquina electrica para inferir el par motor aplicado a las bielas (50) del ciclo, y un segundo modo de control en el que se controla la corriente en la maquina electrica utilizando el par motor inferido.

2. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el control de la corriente aplicada a la maquina electrica en respuesta al par motor inferido durante el segundo modo de control depende de si el ciclo a pedales se encuentra en una rutina de lanzamiento o en una rutina de marcha.

3. Un metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente en la maquina electrica durante el segundo modo de control se calcula para que coincida con el par motor inferido identificado durante el primer modo de control.

4. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que la corriente en la maquina electrica durante el segundo modo de control se controla para que se encuentre comprendida entre una corriente maxima y una corriente minima, calculandose las corrientes maxima y minima usando el par motor inferido.

5. Un metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el metodo comprende ademas la etapa de determinar que la bicicleta y/o las bielas estan sustancialmente estacionarias y, en respuesta a ello, cortocircuitar sustancialmente la maquina electrica de entrada.

6. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que el metodo incluye la etapa de mantener el cortocircuito sustancial de la maquina electrica de entrada hasta que la corriente real en la maquina electrica de entrada alcance un umbral de corriente predeterminado.

7. Un metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye ademas un embrague unidireccional, que incluye un miembro propulsor, que esta constituido por el portador comun, y un miembro propulsado, que esta conectado para girar con los miembros de buje, estando el embrague unidireccional dispuesto para conectar el miembro de buje para que gire con el portador tan pronto como el portador gire mas rapido que el miembro de buje.

8. Un metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la disposicion de propulsion electrica comprende adicionalmente un embrague activo, comprendiendo ademas el metodo controlar el embrague activo para operar selectivamente la maquina electrica como un generador.

9. Un ciclo a pedales dispuesto para llevar a cabo un metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente.

10. Un producto de programa informatico que comprende instrucciones ejecutables por ordenador para llevar a cabo el metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.