FR2994936A1 - Procede de regulation de l'assistance electrique d'un velo - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de régulation de l'assistance électrique d'un vélo ou similaire du type comprenant une batterie et des capteurs se caractérise en ce qu'il comprend trois types de capteurs, un capteur vitesse (1) monté sur la roue arrière du vélo ou roue avant, un capteur couple (2) monté sur le pédalier du vélo (3) et un capteur vitesse (4) monté sur le pédalier du vélo, une batterie (5), un moteur (6) disposé sur l'axe de roue avant, un sélecteur d'allure (7) disposé sur le guidon du vélo, un contrôleur de gestion (9) des données enregistrées par les capteurs et de commande et un sélecteur (10) des vitesses automatiques intégrées, et en ce que les capteurs (3) et (4) définissent la puissance nécessaire (G.1) pour suivre un parcours, et en ce le sélecteur d'allure définit la puissance (G.2) du cycliste à développer, et en ce que les données enregistrées par les différents capteurs sont transmises au contrôleur de gestion de commande (9) pour établir une comparaison entre les puissances (G.1) et (G.2) et déclencher ou non la mise en route à titre complémentaire du dispositif d'assistance électrique en générant une puissance (G.3) en différentiel des puissances (G.1) et (G.2) et en commandant la puissance complémentaire à développer au groupe moteur (6) batterie (5).
Description
PROCEDE DE REGULATION DE L'ASSISTANCE ELECTRIOUE D'UN VELO DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de régulation de l'assistance électrique d'un vélo électrique et plus particulièrement d'un programme d'ordinateur comportant un algorithme pour la régulation de l'assistance électrique d'un tel vélo. On entend par vélo électrique un vélo incorporant un ensemble de moyens constituant une assistance électrique au pédalage par l'utilisateur. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Il est bien connu des vélos dits électriques dans lesquels un moteur électrique est utilisé pour assister l'utilisateur qui pédale, en entrainant en rotation la roue à partir d'énergie fournie par une batterie. De tels vélos électriques comprennent usuellement un cadre, deux roues, un pédalier adapté pour entraîner en rotation la roue arrière lorsqu'il est soumis au pédalage d'un utilisateur, une source d'énergie, telle qu'une batterie rechargeable par exemple, et un moteur électrique adapté pour participer à l'entraînement en rotation d'au moins une roue en appliquant à ladite roue un couple moteur.
Un tel vélo électrique est notamment décrit dans le brevet américain US 5,491,390. Le vélo comporte un cadre, deux roues, un pédalier adapté pour entraîner en rotation la roue arrière lorsqu'il est soumis au pédalage d'un utilisateur, une batterie, et une paire de moteurs électriques adaptés pour entraîner en rotation la roue avant directrice du vélo. L'utilisateur connecte aucun, l'un, l'autre ou les deux moteurs à la batterie, au moyen d'un levier de commande pour obtenir différents niveaux d'assistance.
Toutefois, ce type de vélo électrique présente l'inconvénient de ne pas procurer un grand confort d'utilisation pour l'utilisateur. En effet, ce dernier doit changer lui-même le niveau d'assistance en fonction de la topographie de la route et/ou des conditions climatiques dont la force et la direction du vent notamment. Par ailleurs, les changements d'assistance électrique sont du type tout ou rien de sorte qu'ils génèrent des à coup. Une directive européenne menée par le CEN (Comité Européen de Normalisation) a mis en application la norme EN15194-EPAC (cycles assistés par une puissance électrique). Cette norme impose une assistance moteur uniquement pendant la phase de pédalage du cycliste avec une limitation de l'assistance à 25 kms par heure ce qui signifie que le moteur ne fonctionne qu'en accompagnement du pédalage du cycliste. L'assistance s'arrête lors du freinage.
Ainsi, afin de répondre à cette norme, plusieurs types de vélo électrique ont été mis sur le marché. Le premier type de vélo comporte une assistance électrique comportant une détection du mouvement du pédalier. Le second type de vélo comporte des capteurs de force et/ou de vitesse permettant de procurer une assistance électrique qui répond mieux aux exigences d'un pédalage dans des conditions de forte résistance à l'avancement et par exemple en démarrage en côte. Néanmoins, il a été constaté que l'assistance électrique de ces deux types de vélo électrique provoque des à-coups lorsque le moteur se met en marche et cela est accentué lorsque le cycliste se trouve dans une situation de montée en côte notamment. En effet, pour ces deux types de vélo, l'activité moteur fonctionne en tout ou rien, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de phase intermédiaire ou de transition dans l'hypothèse d'un besoin.
Par ailleurs, une autre problématique sur les vélos à assistance électrique actuellement sur les marchés réside dans leur poids élevé de 20 à 35 kg, poids généré notamment par la batterie. Le surpoids lié au dispositif électrique consomme une grande partie de l'énergie moteur qui peut être chiffré à environ 50 % de celle-ci avec en conséquence des batteries volumineuses, lourdes et bien sûr coûteuses. Afin de remédier à ces inconvénients, on a déjà imaginé des vélos électriques comportant un dispositif de régulation de l'assistance électrique afin que cette assistance procure à l'utilisateur un meilleur confort d'utilisation tout en limitant la consommation électrique. C'est le cas de la demande de brevet international W02011/154657 déposée par la demanderesse qui décrit un dispositif de régulation de l'assistance électrique d'un vélo. Le vélo comprend une batterie et des capteurs, un capteur de vitesse monté sur la roue arrière du vélo, un capteur de couple monté sur le pédalier du vélo et un capteur de vitesse monté sur le pédalier du vélo, un moteur électrique disposé sur l'axe de roue avant, un sélecteur d'allure disposé sur le guidon du vélo, un contrôleur de gestion des données enregistrées par les capteurs et un sélecteur des vitesses automatiques intégrées. Les capteurs définissent la puissance nécessaire pour suivre un parcours et le sélecteur d'allure définit la puissance du cycliste à développer. Les données enregistrées par les différents capteurs sont transmises au contrôleur de gestion de commande pour établir une comparaison entre la puissance nécessaire pour suivre un parcours et la puissance du cycliste à développer et déclencher ou non la mise en route à titre complémentaire du dispositif d'assistance électrique en générant une puissance en différentiel des deux précédentes puissances, et en commandant la puissance complémentaire à développer au groupe moteur/batterie. Bien que permettant de supprimer les « à coups » lors du déclenchement de l'assistance électrique, ce type de dispositif de régulation de l'assistance électrique ne permet pas d'optimiser la consommation électrique notamment en fonction des conditions climatiques et/ou de la topographie du parcours emprunté. EXPOSE DE L'INVENTION L'un des buts de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de régulation de l'assistance électrique d'un vélo électrique de conception simple et peu onéreuse, procurant une assistance sans «à coups » lors de son déclenchement tout en limitant la consommation électrique quelques soient les conditions climatiques et/ou la topographie du parcours emprunté. A cet effet, et conformément à l'invention, il est proposé un procédé de régulation de l'assistance électrique d'un vélo du type comprenant au moins une batterie et au moins deux capteurs de position, un premier capteur de position monté sur la roue arrière ou la roue avant du vélo et un second capteur de position monté sur le pédalier du vélo, un moteur et un contrôleur comprenant un algorithme apte à déterminer la consigne de commande du moteur électrique ; ledit procédé est remarquable en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes de détermination de la vitesse de la roue arrière et de la vitesse du pédalier à un instant t à partir des données des capteurs de position de la roue anière et du pédalier, et de détermination d'une consigne de commande du moteur électrique en fonction des vitesses de la roue arrière et du pédalier à l'instant t et à l'instant t-1. Le procédé suivant l'invention procure ainsi au cycliste une conduite sans efforts grâce à une régulation automatique progressive et sans à-coups du régime moteur du moteur électrique. Il n'est plus nécessaire au cycliste d'opérer des changements de vitesses, c'est-à-dire d'opérer des changements de plateaux, en fonction de la pente de la route et/ou des conditions de vent notamment. Par ailleurs, l'utilisation de la batterie est optimisée de sorte qu'il est possible de diminuer ses dimensions permettant ainsi de réduire sensiblement le poids du vélo et d'accroître sa maniabilité.
De préférence, le procédé suivant l'invention comporte les étapes de : - assignation d'une valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo est nulle à l'instant t et d'une valeur Y lorsque la vitesse du vélo est non nulle et que la vitesse du pédalier est nulle à l'instant t, - assignation de la valeur Y à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et lorsque le cycliste n'augmente pas son effort pour accélérer, - assignation de la valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et lorsque le cycliste augmente son effort pour accélérer, - assignation de la valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, et la valeur assignée à t-1 est égale à X ou lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la vitesse du vélo déterminée à partir de la vitesse de la roue arrière est inférieure ou égale à un seuil déterminé, ledit seuil étant de préférence égal à 12 km/h. - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique nulle d'une part lorsque la vitesse du vélo est nulle à l'instant t et d'autre part lorsque la vitesse du vélo est non nulle et que la vitesse du pédalier est nulle à l'instant t, - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique à vitesse constante lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la valeur assignée à t-1 est égale à Y, - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique avec accélération lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et le cycliste augmente son effort pour accélérer ou lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la valeur assignée à t-1 est égale à X Par ailleurs, la consigne de commande du moteur électrique est nulle lorsque la vitesse du vélo déterminée à partir de la vitesse de la roue arrière est inférieure ou égale à un seuil déterminé.
De préférence, ledit seuil est égal à 1 km/h. Selon une première variante d'exécution, l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est constante et prédéfmie. Selon une seconde variante d'exécution, l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est constante et paramétrable.
Selon une troisième variante d'exécution, l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est déterminée en fonction de la variation de la vitesse de la roue arrière entre les instants t-I et t.
Un autre objet de l'invention concerne un programme d'ordinateur pour la régulation de l'assistance électrique d'un vélo du type comprenant au moins une batterie et au moins deux capteurs de position, un premier capteur de position monté sur la roue arrière ou avant du vélo et un second capteur de position monté sur le pédalier du vélo, un moteur et un contrôleur comprenant un algorithme apte à déterminer la consigne de commande du moteur électrique ; ledit programme d'ordinateur est remarquable en ce que l'algorithme est adapté pour réaliser au moins les étapes suivantes de détermination de la vitesse de la roue arrière et de la vitesse du pédalier à un instant t à partir des données des capteurs de position de la roue arrière et du pédalier, et de détermination d'une consigne de commande du moteur électrique en fonction des vitesses de la roue arrière et du pédalier à l'instant t et à l'instant t-1. De préférence, l'algorithme est adapté pour réaliser au moins les étapes suivantes de : - assignation d'une valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo est nulle à l'instant t et d'une valeur Y lorsque la vitesse du vélo est non nulle et que la vitesse du pédalier est nulle à l'instant t, - assignation de la valeur Y à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et lorsque le cycliste n'augmente pas son effort pour accélérer, - assignation de la valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et lorsque le cycliste augmente son effort pour accélérer, - assignation de la valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, et la valeur assignée à t- I est égale à X ou lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la vitesse du vélo déterminée à partir de la vitesse de la roue arrière est inférieure ou égale à un seuil déterminé, ledit seuil étant de préférence égal à 12 km/h, - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique nulle d'une part lorsque la vitesse du vélo est nulle à l'instant t et d'autre part lorsque la vitesse du vélo est non nulle et que la vitesse du pédalier est nulle à l'instant t, - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique à vitesse constante lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la valeur assignée à t-1 est égale à Y, - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique avec accélération lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et le cycliste augmente son effort pour accélérer ou lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la valeur assignée à t-1 est égale à X Par ailleurs, la consigne de commande du moteur électrique est nulle lorsque la vitesse du vélo déterminée à partir de la vitesse de la roue arrière est inférieure ou égale à un seuil déterminé.
Ledit seuil est égal à 1 km/h. Selon une première variante d'exécution, l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est constante et prédéfmie.
Selon une seconde variante d'exécution, l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est constante et paramétrable. Selon une troisième variante d'exécution, le programme d'ordinateur comporte un algorithme apte à déterminer l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique en fonction de la variation de la vitesse de la roue arrière entre les instants t-1 et t. Un dernier objet de l'invention concerne un vélo à assistance électrique comprenant au moins une batterie et au moins deux capteurs de position, un premier capteur de position monté sur la roue arrière du vélo et un second capteur de position monté sur le pédalier du vélo, un moteur et un contrôleur comprenant au moins un algorithme suivant l'invention apte à déterminer la consigne de commande du moteur électrique.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, d'une unique variante d'exécution, donnée à titre d'exemple non limitatif, du procédé de régulation de l'assistance électrique d'un vélo électrique conforme à l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue de côté schématique d'un vélo à assistance électrique équipé comportant des moyens de mise en oeuvre du procédé de régulation suivant l'invention, La figure 2 est une vue de côté du pédalier du vélo à assistance électrique comportant des moyens de mise en oeuvre du procédé de régulation suivant l'invention, - La figure 3 est une vue en perspective éclatée du pédalier du vélo à assistance électrique comportant des moyens de mise en oeuvre du procédé de régulation suivant l'invention, - La figure 4 est une représentation schématique sous forme d'un diagramme du système de régulation du vélo à assistance électrique suivant La figure 5 est un ordinogramme des différentes étapes du procédé de régulation de l'assistance électrique suivant l'invention, La figure 6 est un ordinogramme des différentes étapes de démarrage du procédé de régulation de l'assistance électrique suivant l'invention, - La figure 7 est un ordinogramme des différentes étapes de détermination de la contribution des efforts résistants à l'accélération du vélo, - La figure 8 est un ordinogramme des différentes étapes de détermination de la contribution du cycliste à l'accélération du vélo, - La figure 9 est un ordinogramme des différentes étapes de détermination de la contribution du moteur à l'accélération du vélo, - La figure 10 est un ordinogramme de la détermination de la consigne de commande du moteur électrique. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Par souci de clarté, dans la suite de la description, les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. De plus, les diverses vues ne sont pas nécessairement tracées à l'échelle. On observera que le vélo à assistance électrique suivant l'invention pourra consister dans tout type de vélo tel qu'un vélo de ville, un vélo de course, Il un vélo tout terrain (VTT) pour homme, femme ou enfant sans pour autant sortir du cadre de l'invention. En référence à la figure 1, le vélo à assistance électrique est constitué d'un cadre (1) de forme sensiblement triangulaire, une roue arrière (2), une roue avant (3) portée par une fourche avant (4) montée sur une potence (5) portant un guidon (6), un pédalier (7) et une courroie de transmission (8) coopérant avec un pignon arrière (9) solidaire de la roue arrière (2).
En référence aux figures 2 et 3, le pédalier (7) consiste dans un pédalier tel que décrit dans la demande de brevet FR 12 01 695 par exemple. Le pédalier (7) comprend tout d'abord un plateau elliptique (10) qui présente une couronne périphérique extérieure crantée (11) pour la coopération avec la chaîne de transmission (8), non représentée sur les figures 2 et 3, également crantée qui est associée avec le pignon arrière (3). Le plateau elliptique (10) comporte un agencement intérieur et dans l'épaisseur et la largeur dudit plateau (10) avec la configuration constitué de plusieurs modules (12) de configuration triangulaire, 4 par exemple.
Chaque module (12) présente ainsi deux bras (12a,12b) reliés en extrémité intérieure par une partie de jonction (12c). Un premier bras (12a) présente dans son épaisseur une configuration évidée (12d) formant siège d'une pièce (13) ultérieurement rapportée réalisée en un matériau élastomère. L'autre bras (12b) du module (12) opposé présente, lui, une configuration avec une nervure (12e) qui est en saillie et qui est destiné à venir en regard de la partie évidée (12d) du module adjacent. Entre deux modules (12) adjacents est défini un espace (14) pour le positionnement d'un composant (15) ayant une configuration en étoile avec un nombre de bras (15a) égal aux espacements formés entre les modules (12) précités. Ce composant (15) présente une forme en moyeu (156) cylindrique qui est disposé au centre du plateau elliptique (10), et chacun des bras (15a) présente de manière similaire, d'une part sur un côté un évidement (15c) formant siège et à l'opposé une forme en saillie formant nervure (15d) destinée également à participer au blocage de blocs élastomères (13). Ces blocs élastomères (13) sont établis sous forme de pions qui sont disposés intérieurement entre, d'une part, une des faces des branches (15a) du composant (15) en étoile, et d'autre part, contre l'une des faces du module (12) configuré sur le plateau elliptique (10). En d'autres termes, les blocs élastomères (13) au nombre de quatre dans l'exemple représenté sont complètement positionnés et insérés dans l'espace volumétrique formé sur le plateau elliptique (10). En outre, des flasques extérieur (16) et intérieur (17) sont rapportés de part et d'autre du plateau elliptique (10) pour assurer la fetmeture de l'ensemble et ce par des moyens de liaison (18) du type pièces de fixation. Le composant (15) en forme d'étoile, ainsi que la couronne dentée (11), le flasque intérieur (17) et le fiasque extérieur (16) sont agencés avec des ouvertures (15e), (110 (17a) et respectivement (15a) intérieurement pour permettre le positionnement et l'insertion de la manivelle (19) par sa tête (19a) et de l'axe de pédalier (20) de liaison. On observera que la compression des quatre blocs élastomères (13) assouplit le point de résistance à l'effort. Après un quart de tour, le rapport de transmission et la force d'utilisation sont à leur maximum, maintenant un mouvement de rotation rond et harmonieux. Le volume créé par les quatre blocs élastomères (13) est largement supérieur au bloc central avec un impact sur quatre points d'appui sur la plateau elliptique (10) de la poulie entraîné par le composant intermédiaire (15) en forme d'étoile centrale solidaire de la manivelle (19). Le passage de l'ellipse vers le petit 3 développement s'accompagne d'une poussée supplémentaire par la décompression des quatre blocs élastomères (13) de façon à réduire de manière significative et retarder la résistance au démarrage et pendant le pédalage par la compression et la décompression des blocs synthétiques dont la dureté est adaptée aux différents utilisateurs. Cette disposition permet d'entraîner un plateau à circonvolution variable (plateau elliptique) en absorbant les à-coups liés au déport de l'ellipse lors du passage du petit au grand rayon en permettant ce mouvement de rotation rond et harmonieux, Cette solution apporte plus de confort pendant le pédalage puisqu'elle permet à la fois de passer le seuil du point mort plus rapidement pour un effet de couple et l'ellipse étant sur le petit rayon, d'absorber le point de résistance lors du passage du grand rayon de l'ellipse et ce à chaque rotation. Cette solution donne de la souplesse durant toute la période de pédalage, souplesse qui est perceptible et appréciée durant les phases de relance ou de démarrage. Il va de soi que le pédalier (7) pourra consister dans tout autre pédalier bien connu de l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre l'invention.
En référence à la figure 1, le vélo à assistance électrique comporte également une batterie (21) montée sur le porte-bagage arrière du vélo, un moteur électrique (22) disposé sur l'axe de roue avant (3) et alimenté par la batterie (21), un sélecteur d'allure (23) disposé sur le guidon (6), un premier capteur de position (24) monté sur la roue arrière (2) du vélo et un second capteur de position (25) monté sur le pédalier (7) du vélo, un contrôleur (26) permettant de gérer les informations transmises par les capteurs de position (24,25) et deux sélecteurs de vitesse automatiques (27,28) respectivement positionnés sur le pédalier et sur le pignon denté (9) de la roue arrière (2). 11 comporte également un potentiomètre (29) piloté par le contrôleur (26) et apte à faire varier la puissance développée par le moteur électrique (22). 11 est bien évident que la batterie (21) pourra être positionnée sur le tube de selle, le tube oblique ou un tube horizontal du cadre (1) du vélo. Par ailleurs, il va de soi que le vélo pourra comporter plusieurs moteurs électriques positionnés dans le moyeu de la roue arrière (2) et/ou dans le boitier de pédalier et que le vélo pourra ne comporter qu'un seul sélecteur de vitesse automatique (27) ou (28) sans pour autant sortir du cadre de Le sélecteur d'allure (23), les capteurs de position (24,25) et le contrôleur (26) sont connectés par tous moyens appropriés bien connus de l'homme du métier tels que des moyens de connexion filaires et/ou des moyens de connexion sans fils comme un réseau Bluetooth® ou similaire. Le sélecteur d'allure (23) commandé par le cycliste va agir directement sur le sélecteur de vitesses automatique (27,28) intégré pour définir la puissance nécessaire du cycliste à développer. Le sélecteur de vitesse automatique (27,28) permet par exemple le choix de trois vitesses avec un agencement particulier en relation avec le groupe pédalier. On observera que le système de changement de vitesses, connu en soi, assure plusieurs fonctions suivant les phases d'accélération ou de maintien de la vitesse de l'ensemble vélo-cycliste. Pendant la phase d'acquisition de la vitesse, le système de changement de vitesses permet de minimiser l'effort fourni au pédalier tout en permettant de maintenir pendant cette phase une vitesse de pédalage proche de la vitesse de pédalage de confort. Pendant la phase de maintien de vitesse durant laquelle la puissance à fournir au pédalier est constante, ledit système de changement de vitesse automatique permet d'adapter l'effort fourni par le cycliste et la vitesse de pédalage afin d'obtenir un ensemble effort vitesse le plus confortable possible.
En référence à la figure 4, Les capteurs de position (27) et (28) vont mesurer la position 8(t) du pédalier (7) et respectivement de la roue arrière (2) et transmettre ces informations au contrôleur (26) qui va déterminer à partir des positions 0(0 la vitesse angulaire du pédalier (7) 0,(i) et respectivement de la roue arrière (2) cor(t). A partir des vitesses angulaires du pédalier (7) o(t)et de la roue arrière (2) cor(i) ainsi calculées, le contrôleur (26) peut définir la puissance nécessaire (G.1) pour suivre un parcours en fonction des contraintes environnementales extérieures dues à la route, au vent, ou autres éléments extérieurs. Le cycliste va programmer par le sélecteur d'allure la puissance (G.2) qu'il aura à développer. On observera que, dans la suite de la description, les termes co, (t)et citx (I) désignent une vitesse angulaire et respectivement une accélération angulaire à un instant t, l'accélération do, (t) étant une dérivée par rapport au temps de la vitesse angulaire d cox(t) . d t Ce contrôleur de gestion va analyser en temps réel et de manière continue les différentes données enregistrées pour en fonction de l'existence ou non d'un différentiel de puissance entre la puissance (G.1) réelle nécessaire au déplacement du vélo par rapport à la puissance (G.2) du cycliste préprogratnmée, déclencher ou non la mise en route à titre complémentaire du dispositif d'assistance électrique en générant une puissance (G.3) en différentiel générée par le groupe moteur-batterie. Le potentiomètre (12) piloté par le contrôleur (26) à partir d'une consigne de commande déterminé par ledit contrôleur (26) va ainsi agir sur le groupe moteur pour compléter la puissance d'entraînement à travers la roue avant (3) du vélo.
La détermination des puissances 0.1, G.2 et G.3 est obtenue par le contrôleur (26) tel que décrit aux figures 7 à 9 dans lesquelles Ffy est la force de résistance à la pénétration, Fay es la force de résistance au roulement, P. est l'effort induit par une pente, Mm est le couple sur la roue arrière, Me est le couple au pédalier, top est la vitesse du pédalier, cor est la vitesse de la roue, ci), est l'accélération de la roue, cire est l'accélération du pédalier, m est la masse de l'ensemble vélo plus cycliste, et R est le rapport de réduction entre le pédalier et la roue arrière.
Le contrôleur (26) comporte ainsi un générateur de consigne (30) consistant dans un programme d'ordinateur comprenant un algorithme apte à déterminer en temps réel la vitesse de la roue arrière (2) o),, (t) et la vitesse du pédalier (7) co,,, (t) à un instant t à partir des données des capteurs de position de la roue arrière et du pédalier, puis à déterminer en temps réel une consigne de commande du moteur électrique en fonction des vitesses de la roue arrière (2) et du pédalier (7) à l'instant t et à l'instant t-1. En référence à la figure 5, l'algorithme suivant l'invention fixe une variable K et comporte les étapes suivantes de : - assignation d'une valeur X pour la variable K à l'instant t lorsque la vitesse du vélo est nulle à l'instant t et d'une valeur Y pour la variable K lorsque la vitesse du vélo est non nulle et que la vitesse du pédalier est nulle à l'instant t, - assignation de la valeur Y pour la variable K à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, la valeur assignée à t- I est égale à Y pour la variable K et lorsque le cycliste n'augmente pas son effort pour accélérer, - assignation de la valeur X pour la variable K à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, la valeur assignée à t-1 est égale à Y pour la variable K et lorsque le cycliste augmente son effort pour accélérer, - assignation de la valeur X pour la variable K à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, et la valeur assignée à t-1 est égale à X pour la variable K ou lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la vitesse du vélo déterminée à partir de la vitesse de la roue arrière est inférieure ou égale à un seuil déterminé, ledit seuil étant de préférence égal à 12 km/h. - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique nulle d'une part lorsque la vitesse du vélo est nulle à l'instant t et d'autre part lorsque la vitesse du vélo est non nulle et que la vitesse du pédalier est nulle à l'instant t, - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique à vitesse constante lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la valeur assignée à t-1 est égale à Y pour la variable K, - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique avec accélération lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t, la valeur assignée à t-1 est égale à Y pour la variable K et le cycliste augmente son effort pour accélérer ou lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la valeur assignée à t-1 est égale à X pour la variable K.
Au démarrage du contrôleur (26), la variable K est égale par défaut à la valeur X. Dans cet exemple particulier de réalisation la valeur X est égale à 0 et la valeur Y est égale à 1; toutefois, il est bien évident que toute autre valeur quelconque peut être assignée à X et Y sans pour autant sortir du cadre de l'invention. En référence à la figure 6, le contrôleur (26) est démarré que lorsque la vitesse de la roue arrière est supérieure ou égale à un seuil déterminé, de préférence supérieure ou égale à 1 km/h. Ainsi, le capteur (28) de la roue arrière (2) mesure en temps réel les positions en les transmet au contrôleur (26) qui calcul la vitesse de la roue arrière (2) cor (t) et in fine la vitesse du vélo et lorsque la vitesse du vélo est supérieure ou égale à 1 km/h, le processus de régulation décrit précédemment est démarré. Ainsi, la consigne de commande du moteur électrique est nulle lorsque la vitesse de la roue arrière cor (t) est inférieure ou égale à un seuil déterminé. Par ailleurs, en référence à la figure 5, lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier wp(t)sont non nulles à l'instant t, la valeur assignée à t-1 est égale à Y pour la variable K et le cycliste augmente son effort pour accélérer ou lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier (op (t) sont non nulles à l'instant t et la valeur assignée à t-1 est égale à X pour la variable K, l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est constante et prédéfinie.
Selon une variante d'exécution, l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est constante et paramétrable par le cycliste au moyen d'un boitier électronique, non représenté sur les figures, positionné sur le guidon du vélo.
Selon une autre variante d'exécution, le programme d'ordinateur du contrôleur (26) comporte un algorithme apte à déterminer l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique en fonction de la variation de la vitesse de la roue arrière entre les instants t-1 et t.
Par ailleurs, de manière avantageuse, le programme d'ordinateur du contrôleur (26) comporte, en référence à la figure 10, un algorithme apte à: déterminer une vitesse théorique du pédalier com, (t) à partir de la vitesse du vélo à l'instant t co(t), la vitesse du vélo co(i)étant mesurée en temps réel, - comparer la vitesse du pédalier co, (t) avec ladite vitesse théorique du pédalier com, (t) - à déterminer une consigne d'accélération du vélo suivant trois conditions : 1) si la vitesse du pédalier coi, (t) est différente de la vitesse théorique du pédalier co,'' (I), la régulation est arrêtée. En effet, cela correspond notamment à la situation où le cycliste ne pédale plus soit parce qu'il souhaite ralentir soit parce que le vélo est en descente notamment, ii) si la vitesse du pédalier roi, West égale à la vitesse théorique du pédalier cor' , et si le vélo accélère, c'est-à-dire que > 0, alors la consigne d'accélération sera telle que da(t)= K, dans laquelle K est sensiblement compris entre 0,5 et 2 par exemple, iii) si la vitesse du pédalier op (t)est égale à la vitesse théorique du pédalier cop', (0, et si le vélo n'accélère pas, c'est-à-dire que ci.,(t), 0, alors la consigne d'accélération sera telle que = K si le couple du pédalier est supérieur à un seuil prédéterminé (Mc > X), procurant ainsi une aide au démarrage notamment en côte, et la consigne d'accélération sera nulle ci,(t) = 0 si le couple du pédalier est inférieur ou égal audit seuil prédéterminé (M, X). Ainsi, on remarquera que l'algorithme permet de s'adapter à la volonté du cycliste d'accélérer lors d'une phase de maintien de vitesse définie par une consigne de commande à vitesse constante, en permettant de passer à une consigne de commande avec accélération si le cycliste produit un couple supérieur à un seuil prédéterminé. Le couple du pédalier est déterminé par calcul ou par mesure avec un capteur de couple intégré au pédalier ou par toute autre méthode combinant calcul et mesure bien connu de l'homme du métier. Enfin, il est bien évident que le procédé et le programme d'ordinateur suivant l'invention pourront être appliqué à tout type de véhicule à assistance électrique tel qu'un monocycle ou un tricycle par exemple et que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières, en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de I 'invention.25
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Procédé de régulation de l'assistance électrique d'un vélo ou similaire du type comprenant au moins une batterie et au moins deux capteurs de position, un premier capteur de position monté sur la roue arrière du vélo ou sur la roue avant et un second capteur de position monté sur le pédalier du vélo, un moteur et un contrôleur comprenant un algorithme apte à déterminer la consigne de commande du moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins étapes suivantes de : - détermination de la vitesse de la roue arrière ou de la roue avant et de la vitesse du pédalier à un instant t à partir des données des capteurs de position de la roue arrière et du pédalier, - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique en fonction des vitesses de la roue arrière et du pédalier à l'instant t et à l'instant t-1.
- 2. Procédé suivant la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : - assignation d'une valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo est nulle à l'instant t et d'une valeur Y lorsque la vitesse du vélo est non nulle et que la vitesse du pédalier est nulle à l'instant t, - assignation de la valeur Y à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et lorsque le cycliste n'augmente pas son effort pour accélérer, - assignation de la valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et lorsque le cycliste augmente son effort pour accélérer,- assignation de la valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, et la valeur assignée à t-1 est égale à X ou lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la vitesse du vélo déterminée à partir de la vitesse de la roue arrière est inférieure ou égale à un seuil déterminé, - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique nulle d'une part lorsque la vitesse du vélo est nulle à l'instant t et d'autre part lorsque la vitesse du vélo est non nulle et que la vitesse du pédalier est nulle à l'instant t, - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique à vitesse constante lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la valeur assignée à t-1 est égale à Y, - détermination d'une consigne de commande du moteur électrique avec accélération lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et le cycliste augmente son effort pour accélérer ou lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la valeur assignée à t-1 est égale à X.
- 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la consigne de commande du moteur électrique est nulle lorsque la vitesse du vélo déterminée à partir de la vitesse de la roue arrière est inférieure ou égale à un seuil déterminé.
- 4. Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que le seuil est égal à 1 km/h.
- 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est constante et prédéfinie.
- 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est constante et paramétrable.
- 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est déterminée en fonction de la variation de la vitesse de la roue arrière entre les instants t-1 et t.
- 8. Produit programme d'ordinateur pour la régulation de l'assistance électrique d'un vélo ou similaire du type comprenant au moins une batterie et au moins deux capteurs de position, un premier capteur de position monté sur la roue arrière du vélo ou sur la roue avant et un second capteur de position monté sur le pédalier du vélo, un moteur et un contrôleur comprenant un algorithme apte à déterminer la consigne de commande du moteur électrique, ledit algorithme étant enregistré sur un support utilisable dans un ordinateur, caractérisé en ce que l'algorithme comprend au moins : - un algorithme de détermination de la vitesse de la roue arrière et de la vitesse du pédalier à un instant t à partir des données des capteurs de position de la roue arrière et du pédalier, - un algorithme de détermination d'une consigne de commande du moteur électrique en fonction des vitesses de la roue arrière et du pédalier à l'instant t et à l'instant t-1.
- 9. Produit programme d'ordinateur suivant la revendication 8 caractérisé en ce que l'algorithme comprend au moins : - un algorithme d'assignation d'une valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo est nulle à l'instant t et d'une valeur Y lorsque la vitesse du vélo est non nulle et que la vitesse du pédalier est nulle à l'instant t, - un algorithme d'assignation de la valeur Y à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et lorsque le cycliste n'augmente pas son effort pour accélérer, - un algorithme d'assignation de la valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et lorsque le cycliste augmente son effort pour accélérer, - un algorithme d'assignation de la valeur X à l'instant t lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles, et la valeur assignée à t-1 est égale à X ou lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la vitesse du vélo déterminée à partir de la vitesse de la roue arrière est inférieure ou égale à un seuil déterminé, - un algorithme de détermination d'une consigne de commande du moteur électrique nulle d'une part lorsque la vitesse du vélo est nulle à l'instant t et d'autre part lorsque la vitesse du vélo est non nulle et que la vitesse du pédalier est nulle à l'instant t, - un algorithme de détermination d'une consigne de commande du moteur électrique à vitesse constante lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la valeur assignée à t-1 est égale à Y, - un algorithme de détermination d'une consigne de commande du moteur électrique avec accélération lorsque la vitesse du vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t, la valeur assignée à t-1 est égale à Y et le cycliste augmente son effort pour accélérer ou lorsque la vitesse du 2 9 9 4 9 3 6 25 vélo et la vitesse du pédalier sont non nulles à l'instant t et la valeur assignée à t-1 est égale à X.
- 10. Produit programme d'ordinateur suivant l'une quelconque des 5 revendications 8 ou 9 caractérisé en ce que la consigne de commande du moteur électrique est nulle lorsque la vitesse du vélo déterminée à partir de la vitesse de la roue arrière est inférieure ou égale à un seuil déterminé.
- 11. Produit programme d'ordinateur suivant la revendication 10 10 caractérisé en ce que le seuil est égal à 1 km/h.
- 12. Produit programme d'ordinateur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11 caractérisé en ce que l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est constante et prédéfinie. 15
- 13. Produit programme d'ordinateur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11 caractérisé en ce que l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique est constante et paramétrable. 20
- 14. Produit programme d'ordinateur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11 caractérisé en ce qu'il comporte un algorithme apte à déterminer l'accélération de la consigne de commande du moteur électrique en fonction de la variation de la vitesse de la roue arrière entre les instants t1 et t. 25
- 15. Vélo à assistance électrique comprenant au moins une batterie (21) et au moins deux capteurs de position (27,28), un premier capteur de position (28) monté sur la roue arrière du vélo et un second capteur de position (27) monté sur le pédalier du vélo, un moteur (22) et un contrôleur (26) comprenant au moins un algorithme suivant l'une quelconque desrevendications 8 à .14 apte . à déterminer la consigne de commande du moteur électrique (22).
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