FR3101771A1 - Procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique (1) pour un véhicule à propulsion humaine, le dispositif d’assistance électrique (1) comprenant au moins un moteur (2) permettant de compléter la propulsion humaine. Le procédé comprend au moins les étapes suivantes :(a) acquisition de la vitesse de rotation (ω) du, ou de chaque moteur (2) ;(b) détermination d’une ou plusieurs grandeurs physiques à partir de l’acquisition de l’étape (a) ;(c) pilotage du ou de chaque moteur (2) en fonction de la détermination de l’étape (b), entre au moins un état de fonctionnement de l’assistance électrique dans lequel l’assistance électrique complète la propulsion humaine et au moins un état d’extinction de l’assistance électrique dans lequel seule la propulsion humaine peut déplacer le dispositif. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique

La présente invention concerne le domaine de la mobilité pour les personnes handicapées, et concerne plus particulièrement un procédé de contrôle pour un dispositif d’assistance électrique pour un fauteuil roulant.

D’une manière générale, on connait deux types de fauteuils roulants. D’une part, les fauteuils entièrement manuels, qui présentent classiquement deux grandes roues arrière et deux petites roues avant. Les roues avant sont mobiles en rotation autour d’un axe transversal et les roues arrière sont bloquées en rotation autour de ce même axe transversal.

Le plus souvent, une poignée annulaire est disposée sur le flanc de chaque roue arrière. La propulsion et le guidage du fauteuil sont assurés soit par l’utilisateur en utilisant les poignées annulaires pour faire tourner les roues arrière, soit par une tierce personne poussant le fauteuil.

Un deuxième type de fauteuils roulants connus est les fauteuils motorisés.

Ces fauteuils sont souvent beaucoup plus massifs et lourds que les fauteuils manuels. D’une manière traditionnelle ces fauteuils comprennent quatre ou six roues, de diamètre réduit par rapport aux roues arrière d’un fauteuil manuel. En outre, le fauteuil intègre des moteurs électriques, d’imposantes batteries et un système de guidage. En effet, les fauteuils motorisés connus ne peuvent être pilotés qu’avec un système de guidage. Le plus souvent, il s’agit d’un manche de type « joystick ». Cette disposition rend le fauteuil particulièrement utile dans le cas d’un polyhandicap, mais interdit toute manœuvre manuelle.

En outre, le fauteuil ne pouvant se déplacer qu’à la force des moteurs, il est nécessaire d’avoir des batteries de grande capacité, ce qui alourdi énormément le fauteuil.

Un troisième type de fauteuils roulants, moins usuels, concerne les fauteuils manuels transformés en fauteuils électriques.

Ainsi, on connait par exemple des fauteuils manuels dans lesquels un moteur est intégré dans le moyeu de chaque roue arrière. Le moteur est un moteur d’assistance électrique. Ce qui signifie, que les moteurs ne permettent pas à eux seuls de déplacer le fauteuil, mais ils fournissent un surcroit de force demandant moins d’efforts à l’usager.

Le contrôle du fauteuil est toujours réalisé avec les poignées annulaires. Cette solution est particulièrement avantageuse car elle permet d’avoir une assistance lorsque l’utilisateur est en montée par exemple, ou pour éviter la fatigue sur de longues distances.

Néanmoins, cette solution n’est utilisable que sur un fauteuil roulant spécifiquement adapté pour. En d’autres termes, cette solution n’est pas adaptable à n’importe quel fauteuil manuel.

Une autre solution, pour motoriser un fauteuil manuel consiste à ajouter au fauteuil un dispositif avec une roue motorisée. Le plus souvent, ce dispositif prend la forme d’une roue avant, avec un guidon. Le dispositif est alors fixé à l’avant du fauteuil. Le guidon fonctionne comme un guidon de moto avec une poignée rotative pour commander la vitesse du moteur, et une autre poignée, pour freiner. Ce dispositif n’est pas un système d’assistance, mais bien un système de motorisation complète. Ainsi, l’utilisateur n’utilise plus ses bras pour déplacer et orienter le fauteuil. En cas de panne, de même que sur un fauteuil motorisé standard, il est impossible pour l’utilisateur de déplacer le fauteuil.

La demande de brevet FR 1901231 décrit un dispositif d’assistance électrique pour un fauteuil roulant qui comprend au moins un moteur présentant un rotor relié à un pignon denté adapté pour engrener une denture complémentaire d’un pneumatique d’une roue du fauteuil roulant, qui ne présente pas les désavantages de l’art antérieur.

La présente invention a pour objectif de proposer un procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique pour un véhicule à propulsion humaine. Le dispositif d’assistance électrique comprend au moins un moteur permettant de compléter la propulsion humaine. Le procédé comprend au moins les étapes suivantes :

(a) acquisition de la vitesse de rotation du, ou de chaque moteur ;

(b) détermination d’une ou plusieurs grandeurs physiques à partir de l’acquisition de l’étape (a) ;

(c) pilotage du ou de chaque moteur en fonction de la détermination de l’étape (b), entre au moins un état de fonctionnement de l’assistance électrique dans lequel l’assistance électrique complète la propulsion humaine et au moins un état d’extinction de l’assistance électrique dans lequel seule la propulsion humaine peut déplacer le dispositif.

Le procédé peut comprendre une étape (a’) d’acquisition de données inertielles par des moyens d’acquisition inertielle du dispositif.

La, ou chaque, grandeur physique déterminée à l’étape (b) peut être choisie parmi : une vitesse du dispositif, une accélération du dispositif et/ou une inclinaison du dispositif, et/ou un écart de vitesse entre les roues gauche et droite.

L’étape (c) peut comprendre la comparaison d’une vitesse du dispositif déterminée à l’étape (b) avec une première valeur seuil de vitesse dite vitesse de déclenchement, si la vitesse du dispositif est supérieure ou égale à la vitesse de déclenchement, alors l’étape (c) comprend la mise sous tension électrique du, ou de chaque, moteur, pour positionner le dispositif dans l’état de fonctionnement de l’assistance électrique.

L’étape (c) peut comprendre la comparaison d’une vitesse du dispositif déterminée à l’étape (b) avec une deuxième valeur seuil de vitesse dite vitesse d’arrêt, si la vitesse du dispositif est supérieure ou égale à la vitesse d’arrêt, alors l’étape (c) comprend la diminution ou l’augmentation progressive d’une consigne du, ou des moteurs afin de stabiliser la vitesse du dispositif, ou la mise hors tension électrique du, ou de chaque, moteur, pour positionner le dispositif dans l’état d’extinction de l’assistance électrique.

L’étape (c) peut comprendre la comparaison d’une inclinaison du dispositif déterminée à l’étape (b) avec une première valeur seuil d’inclinaison dite inclinaison de déclenchement, si l’inclinaison du dispositif est supérieure ou égale à l’inclinaison de déclenchement, alors l’étape (c) peut comprendre la mise sous tension électrique du, ou de chaque, moteur pour positionner le dispositif dans l’état de fonctionnement de l’assistance électrique, ou l’étape (c) peut comprendre l’augmentation de la tension électrique délivrée au, ou à chaque, moteur pour positionner le dispositif dans un état de renforcement de l’assistance électrique.

L’étape (c) peut comprendre la comparaison d’une inclinaison du dispositif déterminée à l’étape (b) avec une deuxième valeur seuil d’inclinaison, dite inclinaison d’arrêt, si l’inclinaison du dispositif est supérieure ou égale à l’inclinaison d’arrêt, alors l’étape (c) comprend la mise hors tension électrique du, ou de chaque, moteur, pour positionner le dispositif dans l’état d’extinction de l’assistance électrique.

Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un dispositif d’assistance électrique pour un fauteuil roulant, adapté pour mettre en œuvre un procédé selon l’invention, comprenant au moins un moteur présentant un rotor relié à un pignon denté adapté pour engrener une denture complémentaire d’un pneumatique d’une roue d’un fauteuil roulant. Le dispositif comprend au moins un contrôleur adapté pour mesurer la vitesse de rotation dudit au moins un moteur et au moins un organe de commande adapté pour piloter ledit au moins un moteur.

Le contrôleur peut être adapté pour transmettre audit au moins un moteur une consigne de pilotage émise par ledit au moins un organe de commande.

Le dispositif d’assistance électrique peut comprendre une centrale inertielle.

L’organe de commande peut être un ordinateur adapté pour exécuter le procédé selon l’invention.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un fauteuil roulant comprenant deux roues arrière présentant chacune un pneumatique présentant une denture. Le fauteuil roulant comprend au moins un dispositif d’assistance électrique selon l’invention.

Le fauteuil roulant peut comprendre un siège, l’organe de commande et la centrale inertielle pouvant être fixés sous le siège.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon l’invention, lorsqu’il est exécuté par un ordinateur.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel un produit programme d’ordinateur comprend des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon l’invention.

D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 est une représentation partielle, en perspective, d’un fauteuil roulant muni d’un dispositif d’assistance électrique selon l’invention, en position de transport.

La figure 2 est une représentation partielle, en perspective, d’un fauteuil roulant muni d’un dispositif d’assistance électrique selon l’invention, en position de transport, selon un autre angle de vue.

La figure 3 est une représentation d’un boitier ouvert contenant des contrôleurs et un organe de pilotage selon l’invention.

La figure 4 est une représentation d’un boitier fermé contenant des contrôleurs et un organe de commande selon l’invention.

La figure 5 est une représentation d’un boitier de commande fixé sous l’assise d’un fauteuil roulant.

La figure 6 est un schéma d’un fauteuil roulant selon l’invention face à une pente.

La figure 7 est un schéma bloc d’un procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique selon l’invention.

Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.

Selon un aspect, l’invention concerne un procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique pour un véhicule à propulsion humaine. Par propulsion humaine, il est entendu une propulsion issue d’un effort du corps humain. Ainsi, le véhicule peut par exemple être, une trottinette, un vélo, ou un fauteuil roulant tel que cela sera décrit ci-après.

Dispositif d’assistance électrique

Le dispositif d’assistance électrique comprend au moins un moteur permettant de compléter la propulsion humaine,

Le dispositif d’assistance électrique 1 comprend notamment un moteur 2, un pignon 4 et un bras 6.

Plus particulièrement, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, le dispositif d’assistance électrique 1 comprend un moteur 2 préférentiellement électrique. Le moteur 2 présente un rotor 22 et un stator 21. Selon le mode de réalisation ici présenté, il s’agit d’un moteur 2 de type moteur 2 à rotor 22 extérieur. Il pourrait s’agir de manière alternative à un moteur 2 plus conventionnel à rotor 22 interne.

Le rotor 22 est relié au pignon 4. Le rotor 22 est monté sur le stator 21 à l’aide de roulements à billes. Le pignon 4 est entraîné directement par le rotor 22. Dans une variante, il peut être entraîné par le rotor 22 par l’intermédiaire d’une roue libre.

Le pignon 4 est destiné à coopérer avec un pneumatique 110 d’une roue 104, 105 du fauteuil roulant 100, i.e. à venir en contact avec une bande de roulement 110a ou, de façon préférée, un flanc 110b de ce pneumatique 110, de sorte à pouvoir lui transmettre une force permettant de mettre en rotation le pneumatique 110 et déplacer le fauteuil roulant 100.

Le pignon est 4 denté, c’est-à-dire qu’il n’est pas lisse et présente une denture, en d’autres termes une pluralité d’éléments saillants améliorant le contact et le frottement entre le pignon 4 et le pneumatique 110. Comme on le verra, le pneumatique 110 est astucieusement également denté de manière complémentaire, i.e. de sorte à pouvoir s’engrener avec la denture du pignon 4. On comprend alors que l’effort est transmis bien plus efficacement directement par appui des dentures, et non par simple friction. Ainsi, préférentiellement, dans le cas où le véhicule est un fauteuil roulant 100, au moins l’un des flancs 110b, 110c du pneumatique 110 (préférentiellement un flanc dit « interne » 110b car la roue 104, 105 est souvent munie d’une poignée annulaire 106 du côté de l’autre flanc dit externe 110c, voir plus loin) présente la denture (non représentée), ce qui permet de garder sur la bande de roulement 110a une sculpture pour une bonne adhérence au sol du pneumatique 110.

Alternativement, on pourra utiliser des dentures droites, hélicoïdales ou encore, à chevrons.

Il est précisé que dans le cas d’une denture hélicoïdale ou à chevrons, au moins l’un des flancs de chaque pneumatique 110, notamment le flanc interne 110b peut présenter une denture. Ainsi chaque pneumatique 110 présente une denture sur au moins un côté et peut indifféremment être utilisé pour une roue droite 104 ou une roue gauche 105 du fauteuil 100, sans être contraint par la géométrie particulière de la denture lorsque celle-ci présente un profil symétrique. Dans le premier mode de réalisation illustré aux figures 1 à 4, on utilise des pneumatiques 110 identiques comportant chacun une denture hélicoïdale à profil symétrique sur un flanc interne 110b, denture qui coopère avec des pignons 4 identiques (on comprend ayant des dentures identiques) agencés l’un du côté de la roue arrière droite 104 et l’autre de la roue arrière gauche 105 du fauteuil 100.

Quel que soit le mode de réalisation choisi (denture droite, hélicoïdale ou en chevron), on préférera utiliser une denture symétrique. Par denture symétrique, il est entendu, une denture permettant l’engrènement et la transmission d’un effort, quel que soit le sens de rotation du pignon 4 (par opposition à une denture asymétrique dans laquelle un seul sens de rotation du pignon 4 permettrait la transmission d’efforts).

Avantageusement, la denture présente un pas compris entre 1 et 4 millimètres. D’une manière particulièrement avantageuse, la denture présente un pas d’environ 3 millimètres, ce qui permet d’avoir un couple transmissible optimal pour un niveau de bruit réduit.

Le pignon 4 est de préférence réalisé en métal, par exemple en acier par superposition de tôles étampées d’épaisseur comprise entre 0,5 et 2 mm ou par fraisage.

La denture du flanc 110b, 110c du pneumatique est de préférence constituée de mélange de caoutchouc d’une dureté Shore A comprise de préférence entre 55 et 95 et encore plus préférentiellement entre 75 et 95 pour favoriser la valeur de la force motrice transmissible par le moteur. La denture est moulée en même temps que le pneumatique 110 ou alors, elle peut être rapportée sur un pneumatique 110 moulé précédemment.

Le moteur 2 est relié au fauteuil roulant par le bras 6 mobile.

Tel que cela sera détaillé, selon le mode de réalisation ici présenté, le bras 6 mobile permet de manœuvrer le moteur entre trois positions, une position embrayée dans laquelle la denture du pignon 4 est en contact (i.e. engrenée) avec la denture du pneumatique 110 (l’assistance électrique est alors possible), une position débrayée dans laquelle le pignon 4 n’est pas en contact avec le pneumatique 110 (i.e. non-engrené avec la denture du pneumatique 110, en d’autres termes – légèrement - éloigné du pneumatique 110) (le fauteuil 100 revient en mode manuel) et une position de transport dans laquelle le pignon 4 est éloigné du pneumatique 110 et rétracté sous le siège 103. En d’autres termes, le bras 6 permet d’approcher ou d’éloigner le pignon 4 du pneumatique 110.

Il est remarquable qu’en position débrayée, le moteur 2 reste à proximité de la roue 104 ou 105, et a fortiori en position débrayée le pignon 4 n’est pas retracté sous le siège 103. En outre, comme on peut le remarquer sur les figures 3 et 4, une portion proximale 63 du bras 6 fixée au moteur 2 est orientée selon un axe sensiblement parallèle à un plan de la roue arrière 104 ou 105. Cette disposition permet à un utilisateur de pouvoir aisément positionner le dispositif d’assistance électrique 1 en position embrayée, s’il le souhaite. A contrario, en position de transport, le moteur est rétracté sous le siège 103, à distance de la roue 104 ou 105 (i.e. en position de transport, le moteur 2 est plus loin de la roue 104 ou 105 qu’en position débrayée). En outre, comme on peut le remarquer sur les figures 5 et 6, en position de transport la partie proximale 61 du bras 6 est orientée selon un axe sensiblement perpendiculaire avec le plan de la roue arrière 104 ou 105.

La présence distincte d’une position débrayée et d’une position de transport est particulièrement avantageuse. En effet, la position débrayée est particulièrement pratique lors du roulage, la proximité du moteur 2 avec la roue 104 ou 105 permet d’embrayer rapidement le dispositif d’assistance électrique 1. En revanche la position débrayée ne permet pas de replier le fauteuil roulant 100. La position de transport, quant à elle, permet de replier le fauteuil roulant 100. Ainsi, ces deux positions (position débrayée et position de transport) sont complémentaires et ont des effets différents.

Le bras 6 comprend une pince 61 adaptée pour enserrer un tube 102 du fauteuil roulant 100.

La pince 61 présente deux demie-mâchoires. Les deux demie-mâchoires sont vissées l’une à l’autre. Cet assemblage permet à la fois de pouvoir fixer, à volonté, le dispositif 1 sur un fauteuil roulant 100, tout en garantissant une sécurité maximale. En effet, lorsque les deux demie-mâchoires sont vissées elles garantissent une tenue fiable du dispositif 1.

Organe de commande

De plus, le dispositif d’assistance électrique 1 comprend un organe de commande 303 et un ou plusieurs contrôleurs.

Chaque contrôleur 302 est adapté pour mesurer la vitesse de rotation ω d’un moteur 2 correspondant. Ainsi, le dispositif d’assistance électrique 1 comprend autant de contrôleurs 302 que de moteurs 2.

L’organe de commande 303 est adapté pour piloter le ou chaque moteur 2. En d’autres termes, tel que cela sera détaillé ci-après, l’organe de commande 303 est adapté pour recevoir des données acquises par les contrôleurs 302, pour traiter ces données et émettre une consigne de commande en conséquence.

Typiquement, l’organe de commande 303 peut être un ordinateur.

Tel que cela sera décrit ci-après, chaque contrôleur 302 est adapté pour transmettre à un moteur 2 correspondant une consigne de pilotage émise par l’organe de commande 303. En d’autres termes, les contrôleurs 302 permettent à la fois d’effectuer des mesures et de transmettre des consignes de commande.

Typiquement, les contrôleurs 302 peuvent être des composants de mesure et de contrôle de la tension et du courant électrique aux bornes de chaque moteur 2. Ainsi, en mesurant la tension et le courant, il est possible d’en déduire une vitesse de rotation ω du moteur 2, et en agissant sur les grandeurs électriques, il est possible de modifier la vitesse de rotation ou le couple du moteur 2. Dans le cadre d’une réalisation particulière du dispositif d’assistance 1, la consigne de couple du moteur 2 est contrôlée par une méthode de commande vectorielle ou FOC (field-oriented control). Ces méthodes sont bien connues par l’homme du métier et ne sont pas détaillées ici.

Selon une disposition particulièrement avantageuse, le dispositif d’assistance électrique 1 comprend aussi des moyens d’acquisition inertielle qui comprennent au moins un accéléromètre et préférentiellement au moins un gyromètre. D’une manière particulièrement préférentielle, les moyens d’acquisition inertielle peuvent être une centrale inertielle 301. De façon avantageuse, cette centrale inertielle peut être placée au plus près de l’axe de rotation des roues arrière du dispositif 1, et à égale distance des deux roues. Cette disposition minimise la contribution des accélérations provenant de la rotation du dispositif (basculement avant/arrière correspondant à une rotation par rapport à l’axe des roues arrières, ou changement de direction induisant une rotation selon l’axe verticale). Dans ce mode de réalisation particulier, l’utilisation d’un gyromètre n’est donc pas indispensable.

Préférentiellement, la centrale inertielle 301 comporte un accéléromètre utilisant trois degrés de liberté et un gyroscope utilisant trois autres degrés de liberté. La centrale inertielle 301 permet de déterminer l’accélération et l’inclinaison A du dispositif 1.

Tel que représenté sur les figures 3, 4 et 5, l’organe de commande 303 et les contrôleurs 302 peuvent avantageusement être regroupés dans un boitier 300. Cette disposition permet avantageusement de regrouper dans un seul boitier 300 de protection les différents éléments électroniques pouvant être fragiles. Le boitier 300 pourra présenter une structure résistante au choc, isolante d’éventuelles décharges d’électricité statique et étanche aux projections d’eau (ou d’autres liquides). Le boitier 300 peut par exemple être réalisé en matériau plastique ou composite.

Fauteuil roulant

Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un fauteuil roulant 100 équipé d’un ou plusieurs dispositifs d’assistance électrique 1.

D’une manière classique, le fauteuil roulant 100, est un fauteuil roulant manuel connu, comprenant un châssis constitué d’une pluralité de tubes 102, un siège 103, deux roues arrière 104, 105 et deux roues avant 107. D’une manière traditionnelle, les deux roues arrière 104, 105 présentent un diamètre nettement supérieur au diamètre des deux roues avant 107. Les deux roues arrière 104,105 sont munies chacune d’une poignée annulaire 106. Les poignées annulaires 106 permettent à un utilisateur de propulser et diriger le fauteuil roulant 100.

D’une manière particulièrement avantageuse, chaque roue arrière 104,105 est munie d’un pneumatique 110. Chaque pneumatique 110 présente une bande de roulement 110a destinée à entrer en contact avec le sol, deux flancs 110b et 110c, dont un flanc interne 110b (orienté vers le milieu du fauteuil 100 et un flanc externe 110c (orienté vers l’extérieur du fauteuil 100 et du côté duquel on trouve la poignée annulaire 106).

Le fauteuil 100 est équipé d’au moins un dispositif d’assistance électrique 1 adapté pour coopérer avec au moins une roue 104, 105, en particulier la roue arrière 104 droite ou gauche 105 (puisqu’il s’agit des roues de plus grande taille supportant la majorité du poids de son utilisateur, et donc capables de transmettre un effort de traction important au sol sans perte d’adhérence entre le pneumatique et le sol). Par abus de langage, on pourra dire qu’au moins une roue 104, 105 du fauteuil est munie du dispositif 1.

De façon préférée, le fauteuil 100 est équipé d’au moins deux dispositifs d’assistance électrique 1, i.e. au moins un pour chaque roue arrière 104 et 105, en particulier l’un avec la roue arrière gauche 105 et l’un la roue arrière droite 104. Un tel mode de réalisation permet une propulsion symétrique plus efficace, et permet même le cas échéant de faire tourner le fauteuil 100 en appliquant des vitesses ou des couples de rotation différentes à gauche et à droite. On comprend qu’il reste possible de monter plusieurs dispositifs 1 sur une seule roue, de sorte à démultiplier la puissance.

Comme expliqué, ledit pneumatique 110 d’une roue 104, 105 munie du dispositif 1 présente une denture complémentaire d’une denture du pignon 4 relié au rotor 22 dudit moteur 2 du dispositif d’assistance électrique 1

Avantageusement, au moins l’un des flancs 110b, 110c, et en particulier le flanc interne 110b, et préférentiellement chacun des flancs 110b, 110c, présente une denture hélicoïdale symétrique, complémentaire de la denture hélicoïdale symétrique du pignon 4. L’utilisation d’une denture symétrique, qu’elle soit droite ou hélicoïdale, permet d’utiliser indistinctement, le même type de pneumatique 110 pour les roues arrière droite 104 ou arrière gauche 105, i.e. on peut prévoir une configuration dans laquelle chacune des roues arrière 104 est munie d’un dispositif 1, tout en ayant le même pneumatique 110 (présentant la denture symétrique sur chacun de ses flancs 110b, 110c).

Dans un autre mode de réalisation, on utilise une denture non symétrique (par exemple du type tel que décrit dans la demande de brevet WO2014086727 de la demanderesse) permettant d’augmenter encore le couple transmissible. Cependant, l’utilisation d’une telle denture asymétrique nécessite d’avoir un pneu spécifique gauche et un pneu spécifique droite, ou alors des pneus identiques à gauche et à droite, mais avec une denture sur les deux flancs, augmentant ainsi légèrement le coût de fabrication.

D’une manière préférentielle, chaque moteur 2 est fixé par un bras 6 à proximité de chaque roue arrière 104, 105. De sorte que le pignon 4 relié à chaque moteur 2 puisse être engrené à la denture du pneumatique 110 de la roue arrière 104, 105 correspondante.

Lors du roulage, les bras 6 permettent de manœuvrer les pignons 4 entre une position embrayée dans laquelle les pignons 4 sont engrenés chacun à une denture du pneumatique 110 correspondant, et une position débrayée dans laquelle les pignons 4 sont écartés des pneumatiques 110.

En d’autres termes, en position embrayée, les pignons 4 sont engrenés aux pneumatiques et les moteurs 2 peuvent appliquer un couple sur les roues arrière 104, 105. En position débrayée, les pignons sont à distance des pneumatiques et les moteurs 2 ne peuvent appliquer aucun couple aux roues arrière 104, 105.

En sus, les bras permettent aussi de manœuvrer les dispositifs d’assistances électrique 1 en position de transport. Dans cette position, les pignons 4 sont éloignés des pneumatiques 110 et sont rétractés sous le siège 103. Cette disposition est particulièrement utile lorsque le fauteuil roulant est placé par exemple dans le coffre d’un véhicule. En étant rétractés sous le siège 103, les dispositifs d’assistance électrique 1 sont moins exposés à d’éventuels accrochages, ou chocs, qui pourraient les endommager. De plus, cette disposition est particulièrement avantageuse, dans le cas d’un fauteuil roulant 100 pliable.

En outre, tel que représenté sur la figure 5, le boitier 300 et la centrale inertielle 301 sont fixés sous le siège 103. Cette disposition permet avantageusement de protéger l’électronique embarquée des intempéries, et de ne pas trop modifier l’équilibre du fauteuil 100.

A l’usage, un utilisateur, peut actionner l’assistance électrique en plaçant les bras 6 en position embrayée. Les moteurs 2 pourront alors être déclencher selon le procédé détaillé ci-après, et exercer un couple sur les roues arrière 104, 105. La force transmise par les moteurs 2 soulagera l’utilisateur qui aura moins d’effort à fournir pour déplacer le fauteuil roulant 100 à la force de ses bras. Il est précisé que l’assistance électrique ne permet pas à elle seule de déplacer le fauteuil roulant 100. Le potentiomètre permet d’ajuster la puissance de l’assistance électrique fournie. L’utilisateur peut à tout moment placer les bras 6 en position débrayée ou de transport, déconnectant ainsi l’assistance électrique. En position débrayée, ou de transport, l’utilisateur déplace le fauteuil roulant 100 uniquement à la force de ses bras.

Procédé de contrôle

Comme énoncé précédemment, l’invention propose un procédé de contrôle d’un, ou plusieurs, dispositif d’assistance électrique 1.

Le procédé comprend principalement les étapes suivantes :
(a) acquisition de la vitesse de rotation du, ou de chaque moteur ;
(b) détermination d’une ou plusieurs grandeurs physiques à partir de l’acquisition de l’étape (a) ;
(c) pilotage du ou de chaque moteur en fonction de la détermination de l’étape (b), entre au moins un état de fonctionnement de l’assistance électrique dans lequel l’assistance électrique complète la propulsion humaine et au moins un état d’extinction de l’assistance électrique dans lequel seule la propulsion humaine peut déplacer le dispositif.

Si le dispositif d’assistance 1 comprend une centrale inertielle 301, le procédé peut comprendre une étape (a’) d’acquisition de données accélérométriques de la centrale inertielle 301.

D’une manière préférentielle, les grandeurs physiques déterminées à l’étape (b) sont choisies parmi : une vitesse V du dispositif, une accélération du dispositif et/ou une inclinaison A du dispositif, et/ou une différence de vitesse ΔV entre les roues gauche et droite si le système est muni de deux moteurs. D’une manière particulièrement préférentielle, la vitesse V du dispositif, la différence de vitesse ΔV, son inclinaison A et son accélération sont toutes les quatre déterminées.

Il est précisé que par inclinaison A il est entendu orientation du dispositif 1 dans un repère terrestre (X’, Y’, Z’). En d’autres termes, l’inclinaison A correspond à l’orientation du repère propre (X, Y, Z) du dispositif 1 par rapport au repère terrestre (X’, Y’, Z’).

L’utilisation conjointe des meures d’accélération issues de la centrale à inertie, et des mesures de vitesse V, ΔV, permettent de façon avantageuse, d’estimer les composantes du champ de pesanteurs intervenant dans le calcul de l’inclinaison A, en retranchant les accélérations liées à la propulsion ou freinage du fauteuil.

D’une manière particulièrement avantageuse, l’étape (c) comprend la comparaison d’une vitesse du dispositif V déterminée à l’étape (b) avec une première valeur seuil de vitesse V1, dite vitesse de déclenchement V1, si la vitesse du dispositif V est supérieure ou égale à la vitesse de déclenchement V1, alors l’étape (c) comprend la mise sous tension électrique du, ou de chaque, moteur 2, pour positionner le dispositif 1 dans l’état de fonctionnement de l’assistance électrique.

En d’autres termes, cette disposition permet de ne déclencher l’assistance électrique que lorsque le dispositif 1 a atteint ou dépassé une certaine vitesse. Cela permet d’éviter un déclenchement de l’assistance à l’arrêt ou lors de manœuvre à vitesse réduite.

En outre, l’étape (c) comprend la comparaison d’une vitesse du dispositif V déterminée à l’étape (b) avec une deuxième valeur seuil V2 de vitesse dite vitesse d’arrêt V2, si la vitesse du dispositif est supérieure ou égale à la vitesse d’arrêt V2, alors l’étape (c) comprend la mise hors tension électrique du, ou de chaque, moteur 2, pour positionner le dispositif 1 dans l’état d’extinction de l’assistance électrique.

Cette disposition permet d’éteindre l’assistance électrique dès qu’une vitesse déterminée est atteinte ou dépassée. La consigne moteur peut être ajustée de façon progressive (réduction de la consigne à l’approche de V2), ou de façon binaire au travers d’une commande tout ou rien. En d’autres termes, cette disposition permet de brider en vitesse le dispositif 1, pour protéger l’utilisateur d’un effet d’emballement et pour respecter d’éventuelles réglementations liées à la vitesse maximale autorisée pour un véhicule à assistance électrique.

En sus, l’étape (c) peut comprendre la comparaison d’une inclinaison A du dispositif déterminées à l’étape (b) avec une première valeur seuil d’inclinaison A1 dite inclinaison de déclenchement A1, si l’inclinaison A du dispositif est supérieure ou égale à l’inclinaison de déclenchement A1, alors l’étape (c) comprend la mise sous tension électrique du, ou de chaque, moteur 2, ou l’étape (c) comprend l’augmentation ou la diminution de la tension électrique délivrée au, ou à chaque, moteur pour positionner le dispositif dans un état de renforcement de l’assistance électrique.

En d’autres termes, cette disposition concerne le cas où le fauteuil roulant 100 est entrain de gravir une pente. Dans ce cas, deux options se présentent. Soit le fauteuil roulant 100 n’a pas atteint la vitesse de déclenchement V1, mais la déclivité de la pente est telle qu’il est nécessaire de déclencher l’assistance électrique. Soit, le fauteuil roulant 100 bénéficiait déjà d’une assistance électrique, mais la déclivité est telle qu’il est nécessaire de renforcer l’assistance électrique (i.e. augmenter la vitesse de rotation du moteur 2) pour soulager l’utilisateur.

En outre, l’étape (c) peut comprendre la comparaison d’une inclinaison A du dispositif déterminée à l’étape (b) avec une deuxième valeur seuil d’inclinaison A2 dite inclinaison d’arrêt A2, si l’inclinaison du dispositif A est supérieure ou égale à l’inclinaison d’arrêt A2, alors l’étape (c) comprend la mise hors tension électrique du, ou de chaque, moteur, pour positionner le dispositif dans l’état d’extinction de l’assistance électrique.

En d’autres termes, cette disposition permet d’éteindre l’assistance électrique lorsque le fauteuil roulant 100 descend une pente. Cette disposition permet de protéger l’utilisateur d’une vitesse trop importante en descente.

Plus précisément, l’inclinaison A est déterminée comme suit : les accélérations communiquées au fauteuil par l’utilisateur ou par l’assistance, et correspondant aux accélérations obtenues par le biais des contrôleurs 302 ou des moteurs 2, sont soustraites aux mesures d’accélération provenant de la plateforme inertielle. La donnée des composantes de la pesanteur dans le référentiel (X, Y, Z) du fauteuil 100, est utilisée pour déterminer l’angle α de la route sur laquelle le fauteuil roule et son inclinaison par rapport à la verticale, à l’aide d’une matrice de direction du cosinus (DCM).

Dans la pratique, les informations provenant de la centrale inertielle 301 s’écartent des mesures idéales à cause des bruits et des erreurs qui affectent les mesures (biais, bruits, dérives au cours du temps des mesures angulaires). Pour limiter ces erreurs, des méthodes de filtrage bien connues en traitement du signal peuvent être mises en œuvre. A cet effet, une technique de filtrage basée sur l’intégration d’une équation différentielle a été mise en œuvre dans le cadre d’une réalisation particulière. Les composantes de la force de pesanteur mesurées dans le référentiel du fauteuil, sont introduites comme données d’entrée de l’équation différentielle [Math. 1]. Au niveau mécanique, cette équation différentielle peut être vue comme un système masse-ressort amorti. Elle se comporte comme un filtre résonnant dont les fréquences de coupure et le facteur de qualité dépendent des valeurs des coefficients B et C associés à la force de rappel et à l’amortissement. L’intégration de cette équation permet d’accéder à la grandeur y0 qui correspond à la valeur filtrée de la pente sur laquelle se trouve le fauteuil. Pour des valeurs adéquates des paramètres B et C, l’intégration de l’équation fournit une estimation de l’inclinaison A filtrée. Cette intégration est faite en temps réel par l’unité centrale, en traitant la force de rappel au moyen d’un schéma de Verlet explicite, et en implicitant la contribution de l’amortissement de manière à ne pas réduire le domaine de stabilité du schéma numérique [Maths. 3]. Cette solution pourrait également être utilisée pour déterminer l’angle de roulis entre le fauteuil et la route, mais cette information n’a pas été utilisée dans le présent mode de réalisation.

Avec :

  : Composantes des accélérations mesurées par la plateforme inertielle

: Moyenne des vitesses de rotation sur les 2 roues du fauteuil

: Rayon des roues

  : Pas de temps pour l’intégration (identique au pas de temps de la boucle de régulation)

: Coefficients définissant le comportement du filtre

: Angle et vitesse angulaire filtrés à l’instant

Claims (15)

1. Procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique (1) pour un véhicule à propulsion humaine, le dispositif d’assistance électrique (1) comprenant au moins un moteur (2) permettant de compléter la propulsion humaine, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes suivantes :
   (a) acquisition de la vitesse de rotation (ω) du, ou de chaque moteur (2) ;
   (b) détermination d’une ou plusieurs grandeurs physiques à partir de l’acquisition de l’étape (a) ;
   (c) pilotage du ou de chaque moteur (2) en fonction de la détermination de l’étape (b), entre au moins un état de fonctionnement de l’assistance électrique dans lequel l’assistance électrique complète la propulsion humaine et au moins un état d’extinction de l’assistance électrique dans lequel seule la propulsion humaine peut déplacer le dispositif.
2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, comprenant une étape (a’) d’acquisition de données inertielles par des moyens d’acquisition inertielle du dispositif (1).
3. Procédé de contrôle selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la, ou chaque, grandeur physique déterminée à l’étape (b) peut être choisie parmi : une vitesse (V) du dispositif (1), une accélération du dispositif (1) et/ou une inclinaison (A) du dispositif (1), et/ou un écart de vitesse (ΔV) entre les roues gauche et droite.
4. Procédé de contrôle selon la revendication 3, dans lequel, l’étape (c) comprend la comparaison d’une vitesse (V) du dispositif déterminée à l’étape (b) avec une première valeur seuil de vitesse (V1) dite vitesse de déclenchement (V1), si la vitesse du dispositif (1) est supérieure ou égale à la vitesse de déclenchement (V1), alors l’étape (c) comprend la mise sous tension électrique du, ou de chaque, moteur (2), pour positionner le dispositif (1) dans l’état de fonctionnement de l’assistance électrique.
5. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel, l’étape (c) comprend la comparaison d’une vitesse du dispositif déterminée à l’étape (b) avec une deuxième valeur seuil de vitesse dite vitesse d’arrêt, si la vitesse du dispositif est supérieure ou égale à la vitesse d’arrêt, alors l’étape (c) comprend la diminution ou l’augmentation progressive d’une consigne du, ou des moteurs (2) afin de stabiliser la vitesse du dispositif (1), ou la mise hors tension électrique du, ou de chaque, moteur (2), pour positionner le dispositif (1) dans l’état d’extinction de l’assistance électrique.
6. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel, l’étape (c) comprend la comparaison d’une inclinaison (A) du dispositif (1) déterminée à l’étape (b) avec une première valeur seuil d’inclinaison (A1) dite inclinaison de déclenchement (A1), si l’inclinaison (A) du dispositif (1) est supérieure ou égale à l’inclinaison de déclenchement (A1), alors l’étape (c) comprend la mise sous tension électrique du, ou de chaque, moteur (2) pour positionner le dispositif (1) dans l’état de fonctionnement de l’assistance électrique, ou l’étape (c) comprend l’augmentation de la tension électrique délivrée au, ou à chaque, moteur (2) pour positionner le dispositif (1) dans un état de renforcement de l’assistance électrique.
7. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel, l’étape (c) comprend la comparaison d’une inclinaison (A) du dispositif déterminée à l’étape (b) avec une deuxième valeur seuil d’inclinaison (A2), dite inclinaison d’arrêt (A2), si l’inclinaison du dispositif (A) est supérieure ou égale à l’inclinaison d’arrêt (A2), alors l’étape (c) comprend la mise hors tension électrique du, ou de chaque, moteur (2), pour positionner le dispositif (1) dans l’état d’extinction de l’assistance électrique.
8. Dispositif d’assistance électrique (1) pour un fauteuil roulant (100), adapté pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant au moins un moteur (2) présentant un rotor (22) relié à un pignon (4) denté adapté pour engrener une denture (111) complémentaire d’un pneumatique (110) d’une roue (104, 105) d’un fauteuil roulant (100), le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un contrôleur (302) adapté pour mesurer la vitesse de rotation dudit au moins un moteur (2) et au moins un organe de commande (303) adapté pour piloter ledit au moins un moteur (2).
9. Dispositif d’assistance électrique (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le contrôleur (302) est adapté pour transmettre audit au moins un moteur (2) une consigne de pilotage émise par ledit au moins un organe de commande (303).
10. Dispositif d’assistance électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, comprenant une centrale inertielle (301).
11. Dispositif d’assistance électrique (1) selon l’une quelconque des revendication 8 à 10, dans lequel l’organe de commande (303) est un ordinateur adapté pour exécuter le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
12. Fauteuil roulant (100) comprenant deux roues arrière (104, 105) présentant chacune un pneumatique (110) présentant une denture (111), caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif d’assistance électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 8 à 11.
13. Fauteuil roulant (100) selon les revendications 12 et 10 en combinaison, comprenant un siège (103), l’organe de commande (303) et la centrale inertielle (301) étant fixés sous le siège (103).
14. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, lorsqu’il est exécuté par un ordinateur.
15. Moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel un produit programme d’ordinateur comprend des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 7.