ITMI20110150A1 - Bicicletta a pedalata assistita elettricamente - Google Patents

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ITMI20110150A1
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power
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IT000150A
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Giovanni Alli
Giuseppe Biesuz
Sergio M Savaresi
Pierfrancesco Spagnol
Cristiano Spelta
Massimo Vanzulli
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Milano Politecnico
Sems S R L
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Description

Bicicletta a pedalata assistita elettricamente Campo tecnico dell’invenzione
La presente invenzione riguarda in generale il settore delle biciclette elettriche. Più in particolare, la presente invenzione riguarda una bicicletta a pedalata assistita elettricamente per mezzo di batterie ricaricabili.
Tecnica nota
Sono note delle biciclette a pedalata assistita elettricamente per mezzo di batterie: si vedano ad esempio i brevetti Europei EP 1612084, EP 1886913. Tali biciclette hanno lo svantaggio di avere una autonomia limitata, perchà ̈ nel caso di un utilizzo prolungato della bicicletta la batteria utilizzata si scarica e quindi à ̈ necessario ricaricare la batteria per mezzo della rete elettrica.
Breve sommario dell’invenzione
La presente invenzione riguarda un sistema elettronico per il pilotaggio di un dispositivo elettrico di una bicicletta assistita elettricamente come definito nella annessa rivendicazione 1 e da sue forme di realizzazione preferite descritte nelle rivendicazioni dipendenti da 2 a 5.
La Richiedente ha percepito che il sistema elettronico in accordo con la presente invenzione consente di ottenere una condizione di corsa per il ciclista particolarmente confortevole (cioà ̈ il ciclista fa meno fatica durante la corsa) ed in modo completamente automatico (cioà ̈ non richiede nessun controllo manuale da parte del ciclista e quindi non à ̈ necessario nessun pulsante di accensione/spegnimento del motore elettrico), aumentando l’autonomia della bicicletta (ed eventualmente senza la necessità di ricaricare la batteria per mezzo della rete elettrica) perché consente di mantenere un sufficiente stato di carica della batteria anche durante un utilizzo prolungato della bicicletta.
Forma oggetto della presente invenzione anche una bicicletta assistita elettricamente come definita nella annessa rivendicazione 6.
Forma oggetto della presente invenzione anche un metodo per pilotare un dispositivo elettrico di una bicicletta assistita elettricamente come definito nella annessa rivendicazione 7 e nelle forme di realizzazione preferite descritte nelle rivendicazioni dipendenti 8 e 9.
Forma oggetto della presente invenzione anche un programma per elaboratore elettronico come definito nella annessa rivendicazione 10.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione che segue di una forma di realizzazione preferita e di sue varianti fornita a titolo esemplificativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:
- la Figura 1 mostra schematicamente una bicicletta assistita elettricamente secondo una forma di realizzazione dell’invenzione;
- la Figura 2 mostra schematicamente un sistema elettronico per il pilotaggio di un dispositivo elettrico di una bicicletta assistita elettricamente secondo la forma di realizzazione dell’invenzione; - la Figura 3 mostra più in dettaglio un modulo di controllo utilizzato nel sistema elettronico di pilotaggio secondo la forma di realizzazione dell’invenzione;
- la Figura 4a mostra schematicamente un diagramma di flusso di un metodo per pilotare il dispositivo elettrico della bicicletta assistita elettricamente secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione;
- la Figura 4b mostra schematicamente un diagramma di flusso di un metodo per pilotare il dispositivo elettrico della bicicletta assistita elettricamente secondo una seconda forma di realizzazione dell’invenzione;
- la Figura 5 mostra schematicamente un possibile andamento della funzione β al variare dello stato di carica della batteria;
- la Figura 6 mostra schematicamente un possibile andamento della funzione corrente di carica;
- la Figura 7 mostra schematicamente un primo possibile andamento dei segnali di potenza del sistema di pilotaggio secondo l’invenzione;
- la Figura 8 mostra schematicamente un secondo possibile andamento dei segnali di potenza del sistema di pilotaggio secondo l’invenzione.
Descrizione dettagliata dell’invenzione
Con riferimento alla figura 1, viene mostrata schematicamente una bicicletta 1 assistita elettricamente secondo una forma di realizzazione dell’invenzione.
La bicicletta 1 comprende una batteria 6, un modulo di controllo 7, un modulo di misurazione 8 per misurare la velocità angolare dei pedali e per misurare la coppia dei pedali, un alloggiamento motore 5. Preferibilmente, la bicicletta 1 comprende un sensore di inclinazione (non mostrato in figura 1) per misurare l’inclinazione della strada in cui la bicicletta sta correndo; per esempio, il sensore di inclinazione à ̈ posizionato nel blocco pedali.
La batteria 6 ed il modulo di controllo 7 sono posizionati ad esempio sul telaio della bicicletta nel tratto che unisce la parte anteriore con la parte che sostiene il blocco pedali.
Il modulo di misurazione 8 Ã ̈ posizionato nel blocco pedali, come mostrato schematicamente in figura 1.
L’alloggiamento motore 5 à ̈ montato ad esempio nella ruota anteriore, come mostrato in figura 1; alternativamente, l’alloggiamento motore 5 à ̈ montato nella ruota posteriore. L’alloggiamento motore 5 comprende:
- un dispositivo elettrico meccanicamente collegato con la ruota anteriore;
- un sensore motore per misurare la velocità angolare ωmotdel motore elettrico (ad esempio, il numero di giri al minuto).
Per esempio, nel caso in cui l’alloggiamento motore 5 sia montato nella ruota anteriore, il dispositivo elettrico à ̈ montato nel mozzo della ruota anteriore. Alternativamente, il dispositivo elettrico à ̈ montato su altri tipi di sostegni e sulla bicicletta sono presenti organi di trasmissione per trasferire la potenza meccanica dal motore elettrico alla ruota (anteriore o posteriore).
Per dispositivo elettrico montato nell’alloggiamento motore 5 si intende nella presente descrizione un dispositivo elettrico che à ̈ tale da avere una prima ed una seconda modalità di funzionamento. Nella prima modalità di funzionamento il dispositivo elettrico à ̈ tale da funzionare come un motore elettrico alimentato dalla batteria 6, cioà ̈ à ̈ tale da convertire la potenza elettrica fornita dalla batteria 6 in potenza meccanica utilizzata per mettere in rotazione il motore elettrico e quindi contribuire al movimento della bicicletta 1; nella seconda modalità di funzionamento il dispositivo elettrico à ̈ tale da funzionare come un generatore elettrico per caricare la batteria 6.
Il sensore motore include ad esempio dei sensori ad effetto Hall integrati che forniscono l’informazione della posizione relativa del motore elettrico, da cui si ricava la velocità del motore elettrico per mezzo di una operazione di derivazione della posizione relativa del motore elettrico.
Il modulo di controllo 7 ha la funzione di controllare il dispositivo elettrico e la batteria 6, in modo che il dispositivo elettrico sia funzionante nella prima modalità come motore elettrico o nella seconda modalità come generatore elettrico.
Con riferimento alla figura 2, viene mostrato un sistema elettronico 50 per il pilotaggio di un dispositivo elettrico della bicicletta 1.
Il sistema elettronico 50 comprende:
- un modulo di misurazione 8 avente la funzione di misurare la velocità angolare ωpeddei pedali della bicicletta 1 e la coppia τpedgenerata dal ciclista sui pedali della bicicletta 1;
- il sensore motore per misurare la velocità angolare ωmotdel motore elettrico (il sensore motore per semplicità non à ̈ stato mostrato in figura 2 ed à ̈ incluso nell’alloggiamento motore 5);
- il modulo di controllo 7.
In particolare, il modulo di misurazione 8 à ̈ tale da misurare la velocità angolare ωpeddei pedali della bicicletta 1 ed à ̈ tale da generare un segnale velocità pedali Sω_pedindicativo della misura effettuata della velocità angolare ωpeddei pedali della bicicletta 1; inoltre modulo di misurazione 8 à ̈ tale da misurare la coppia Ï„pedgenerata dal ciclista sui pedali della bicicletta 1 ed à ̈ tale da generare un segnale di coppia pedali SÏ„_pedindicativo della misura effettuata della coppia Ï„pedgenerata dal ciclista sui pedali della bicicletta 1.
Vantaggiosamente, il modulo di misurazione 8 à ̈ realizzato con un unico componente tale da generare sia il segnale velocità pedali Sω_ped, sia il segnale coppia pedali SÏ„_ped; per esempio, à ̈ possibile utilizzare il “Sensory BB-Cartridges X-CELL RT†prodotto da Alfred Thun Gmbh (www.thun.de), con le caratteristiche tecniche descritte nel documento scaricabile dal seguente link: www.thun.de/thun_eng/Datenblatt%20X-CELL_GB.pdf
Il sensore motore à ̈ tale da misurare la velocità angolare ωmotdel motore elettrico ed à ̈ tale da generare un segnale di velocità motore Sω_motindicativo della misura effettuata della velocità angolare ωmotdel motore elettrico.
Quando il dispositivo elettrico à ̈ tale da funzionare come un motore elettrico, il modulo di controllo 7 à ̈ tale da ricevere in ingresso il segnale di velocità pedali Sω_peded il segnale di coppia pedali SÏ„_ped, à ̈ tale da ricevere in ingresso il segnale di velocità motore Sω_mot, à ̈ tale da ricevere in ingresso dalla batteria 6 un segnale di batteria Sbatindicativo di uno o più valori elettrici associati alla batteria 6, à ̈ tale da ricevere in ingresso dalla batteria 6 un segnale di corrente di carica/scarica Icsche trasporta una corrente generata dalla batteria 6 ed à ̈ tale da generare un segnale di corrente motore Imotche trasporta detta corrente di carica/scarica Icsin modo da alimentare il dispositivo elettrico che funziona come motore elettrico, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito nella parte relativa al funzionamento.
Inoltre quando il dispositivo elettrico à ̈ tale da funzionare come un generatore elettrico, il modulo di controllo 7 à ̈ tale da ricevere in ingresso il segnale di misura velocità pedali Sω_peded il segnale di misura coppia pedali SÏ„_ped, à ̈ tale da ricevere in ingresso il segnale di misura velocità motore Sω_mot, à ̈ tale da ricevere in ingresso dalla batteria 6 il segnale di batteria Sbat, à ̈ tale da ricevere in ingresso dall’alloggiamento motore 5 il segnale di corrente motore Imotche trasporta una corrente generata dal generatore elettrico ed à ̈ tale da generare il segnale di corrente di carica/scarica Icsche trasporta detta corrente motore Imotin modo da ricaricare la batteria 6, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito nella parte relativa al funzionamento.
Preferibilmente, il sistema elettronico 50 comprende ulteriormente un sensore di inclinazione 9 per misurare la pendenza Î ̧strdella strada in cui la bicicletta sta correndo. Il sensore di inclinazione 9 à ̈ tale da misurare l’inclinazione Î ̧strdella strada in cui la bicicletta sta correndo ed à ̈ tale da generare un segnale pendenza SÎ ̧_strindicativo della misura effettuata della pendenza Î ̧strdella strada in cui la bicicletta sta correndo. In questo caso, quando il dispositivo elettrico à ̈ tale da funzionare come un motore elettrico, il modulo di controllo 7 à ̈ tale da generare il segnale di corrente motore Imotper alimentare il motore elettrico tenendo ulteriormente in considerazione il valore del segnale pendenza SÎ ̧_str, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito nella parte relativa al funzionamento.
Con riferimento alla figura 3, viene mostrato più in dettaglio il modulo di controllo 7. Il modulo di controllo 7 comprende:
- un processore 20;
- un modulo di gestione corrente 22;
- un circuito di rilevazione stato carica 23 per rilevare lo stato di carica della batteria 6.
Il processore 20 à ̈ tale da eseguire il metodo 100 mostrato in figura 4a ed il metodo 150 mostrato in figura 4b per pilotare il dispositivo elettrico nell’alloggiamento motore 5 della bicicletta 1, in cui il metodo à ̈ realizzato per mezzo di un algoritmo implementato con porzioni di codice software. Ad esempio, il processore 20 à ̈ un micro-controllore ed il codice software à ̈ realizzato con codice “ANSI C†.
Il circuito di rilevazione stato carica 23 à ̈ tale da ricevere il segnale di batteria Sbate, in funzione di esso, à ̈ tale da calcolare un segnale di stato carica Ssdcindicativo dello stato della carica della batteria 6. Ad esempio, la batteria 6 à ̈ composta da due o più celle, il segnale di batteria Sbatà ̈ il valore delle tensioni delle celle ed il segnale di stato carica Ssdcà ̈ un valore espresso in percentuale indicativo dello stato di carica della batteria 6 (per esempio, 100%= batteria 6 completamente carica, 50%= batteria 6 carica a metà).
Il processore 20 à ̈ tale da ricevere in ingresso il segnale di velocità pedali Sω_ped, il segnale di coppia pedali SÏ„_ped, il segnale di velocità motore Sω_mot, il segnale di stato carica Ssdce, in funzione dei valori dei segnali ricevuti in ingresso, à ̈ tale da generare un segnale di selezione Sselavente un primo valore logico (ad esempio, un valore logico basso) per indicare la prima modalità di funzionamento come motore elettrico ed avente un secondo valore logico (ad esempio, un valore logico alto) per indicare la seconda modalità di funzionamento come generatore elettrico. Inoltre il processore 20 à ̈ tale da generare un segnale elaborato Selabche trasporta il valore del segnale di corrente di carica/scarica Icsper caricare la batteria 6 o il valore del segnale di corrente motore Imotper il pilotaggio del motore elettrico.
Il modulo di gestione corrente 22 ha la funzione di controllare la direzione della corrente fra la batteria 6 ed il dispositivo elettrico. In particolare, il modulo di gestione corrente 22 à ̈ tale da ricevere dal processore 20 il segnale elaborato Selabed il segnale di selezione Ssel. Quando il segnale di selezione Sselha il primo valore logico indicativo della prima modalità di funzionamento come motore elettrico, il modulo di gestione corrente 22 à ̈ tale da ricevere dalla batteria 6 il segnale di corrente di carica/scarica Icsed à ̈ tale da trasmettere il segnale di corrente motore Imotuguale al segnale di corrente di carica/scarica Icsed avente un valore dipendente dal valore del segnale elaborato Selab. Quando il segnale di selezione Sselha il secondo valore logico indicativo della seconda modalità di funzionamento come generatore elettrico, il modulo di gestione corrente 22 à ̈ tale da ricevere dal generatore elettrico il segnale di corrente motore Imoted à ̈ tale da trasmettere il segnale di corrente di carica/scarica Icsuguale al segnale di corrente motore Imoted avente un valore dipendente dal valore del segnale elaborato Selab.
Si osservi che ai fini della spiegazione dell’invenzione sono stati considerati due segnali (Ssel, Selab) che trasportano le informazioni dal processore 20 al modulo di gestione corrente 22, ma questo à ̈ da intendersi solo come una descrizione funzionale non limitativa, che può essere realizzata anche diversamente. Ad esempio, à ̈ possibile utilizzare un bus che collega il processore 20 al modulo di gestione corrente 22: in questo caso il processore 20 scambia informazioni con il modulo di gestione corrente 22 per mezzo di un protocollo di comunicazione sul bus, ad esempio un bus di tipo CAN (CAN= Controller Area Network).
Con riferimento alla figura 4a, viene mostrato schematicamente un diagramma di flusso di un metodo 100 per pilotare il dispositivo elettrico della bicicletta 1 assistita elettricamente secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione.
Il metodo 100 comprende i passi 101, 103, 105.
Nel passo 101 viene effettuato il confronto fra la potenza dell’uomo Pumcon la potenza di attrito Pattr: nel caso in cui la potenza dell’uomo sia maggiore o uguale alla potenza di attrito, viene eseguito il passo 103, altrimenti viene eseguito il passo 105.
Per potenza dell’uomo Pumsi intende la potenza generata dal ciclista sui pedali della bicicletta 1 quando il ciclista sta pedalando; in altre parole, à ̈ lo sforzo esercitato dal ciclista quando sta premendo i pedali con i piedi. Per esempio, la potenza dell’uomo Pumà ̈ calcolata con la seguente formula (1): Pum= Ï„ped*ωped(1) in cui Ï„pedà ̈ la coppia generata dal ciclista sui pedali della bicicletta 1 e ωpedà ̈ la velocità angolare dei pedali della bicicletta 1.
Per potenza di attrito Pattrsi intende la stima della potenza consumata in seguito agli attriti causati dal ciclista e dalla bicicletta quando il ciclista sta pedalando, come ad esempio l’attrito fra il ciclista e l’aria, l’attrito fra la bicicletta 1 e l’aria, l’attrito fra le ruote della bicicletta 1 ed il suolo, gli attriti degli ingranaggi della bicicletta per trasmettere il movimento dai pedali alla ruota posteriore. Per esempio, la potenza di attrito Pattrà ̈ calcolata con la seguente formula (2): Pattr= Rrt*Fattr(v)*ωrt(2) in cui Rrtà ̈ il raggio della ruota anteriore della bicicletta 1, ωrtà ̈ la velocità angolare della ruota anteriore della bicicletta 1, v à ̈ la velocità della bicicletta 1 (calcolata ad esempio con la formula v= ωrt*Rrt), Fattr(v) (indicato in inglese con funzione di “coasting down†) indica il valore dell’attrito della bicicletta in funzione della velocità v della bicicletta 1 ed à ̈ ricavata sperimentalmente, ad esempio con una prova di discesa della bicicletta senza pedalare fino all’arresto della bicicletta. Per esempio, la funzione Fattr(v) ha una forma parabolica del tipo F<2>
attr(v)= F0+a*v,in cui F0ed a sono valori pre-determinati.
Si osservi che ai fini della spiegazione dell’invenzione si suppone per semplicità ωmot= ωrt, cioà ̈ si suppone che la velocità angolare ωrtdella ruota anteriore della bicicletta 1 sia uguale alla velocità angolare ωmotdel motore elettrico montato nell’alloggiamento motore 5 della ruota anteriore (per esempio, non ci sono ingranaggi che riducono il rapporto fra la velocità angolare del motore elettrico e la velocità angolare della ruota anteriore).
Si osservi inoltre che nella forma di realizzazione mostrata nelle figure si à ̈ supposto che l’alloggiamento motore 5 sia montato nella ruota anteriore, ma analoghe considerazioni possono essere fatte nel caso in cui l’alloggiamento motore 5 sia montato nella ruota posteriore: in questo caso ωrtà ̈ la velocità angolare della ruota posteriore e ωmotà ̈ la velocità angolare del motore elettrico montato nell’alloggiamento motore della ruota posteriore.
Nel passo 103 viene calcolata ad un istante di tempo t la variazione ∆Imot, rispetto ad un istante di tempo precedente (t-1), del valore del segnale di corrente motore Imotper pilotare il dispositivo elettrico come un motore elettrico alimentato dalla batteria 6, ovvero Imot(t)= Imot(t-1)+ ∆Imot(t). Per esempio, l’intervallo di tempo fra t e (t-1) à ̈ inferiore a 20 µs, che corrisponde ad una frequenza di calcolo di almeno 50 Hz.
Nella presente descrizione si utilizzerà la convenzione di ∆Imot>0 per indicare che il dispositivo elettrico funziona come motore elettrico e che quindi il verso della corrente motore à ̈ dalla batteria 6 verso il motore elettrico, ovvero la batteria eroga corrente al motore elettrico, in cui avviene la trasformazione da energia elettrica ad energia meccanica per il movimento della ruota anteriore della bicicletta 1.
La variazione del valore del segnale di corrente motore ∆Imotà ̈ calcolata in funzione della differenza ∆P fra la potenza dell’uomo Pume la potenza di attrito Pattred in funzione del valore del segnale di stato carica Ssdc.
Ad esempio, la variazione del valore del segnale di corrente motore ∆Imotà ̈ calcolata con la seguente formula (3):
∆Imot= β(Ssdc)*[ ∆P/(kT* ωrt)] (3) in cui:
- kTà ̈ la costante elettrica del motore elettrico; - ∆P= Pum- Pattr, (4) in cui:
• Pum= Ï„ped*ωped; (5) • Pattr= Rrt*Fattr(v)*ωrt; (6) - β(Ssdc) à ̈ una funzione del segnale di stato carica Ssdc, ovvero dipende dallo stato della carica della batteria 6.
In particolare, la funzione β(Ssdc) à ̈ direttamente proporzionale al segnale di stato carica Ssdc. Per esempio, la funzione β(Ssdc) ha un andamento sostanzialmente crescente dal valore 0 al valore 1 ed assume il valore 0 quando il segnale di stato carica Ssdcha un valore di soglia minimo Ssdc_min(maggiore di zero), mentre assume il valore 1 quando il segnale di stato carica Ssdcha un valore di soglia massimo Ssdc_max(maggiore di Ssdc_min). Il valore di soglia minimo Ssdc_mined il valore di soglia massimo Ssdc_maxsono predefiniti o possono essere modificati dal ciclista; per esempio, Ssdc_min=0.1 e Ssdc_max=0.6.
Preferibilmente, la funzione β(Ssdc) ha l’andamento mostrato in figura 5, in cui l’andamento à ̈ sostanzialmente lineare crescente nell’intervallo compreso fra Ssdc_mine Ssdc_max.
Nel passo 105 viene calcolato il valore del segnale di corrente motore Imotper il funzionamento del dispositivo elettrico come un generatore elettrico per caricare la batteria 6. Nella presente descrizione si utilizzerà la convenzione di Imot<0 per indicare che il dispositivo elettrico funziona come generatore elettrico e che quindi il verso della corrente Imotà ̈ dal generatore elettrico alla batteria 6, ovvero il generatore elettrico trasforma l’energia meccanica della ruota anteriore della bicicletta 1 in energia elettrica e genera corrente verso la batteria 6 che viene ricaricata, quindi nella batteria 6 avviene la trasformazione dell’energia elettrica in energia chimica immagazzinata nella batteria 6.
Il valore del segnale di corrente motore Imotnel passo 105 à ̈ calcolato in funzione della velocità v della bicicletta 1 ed in funzione del valore del segnale di stato carica Ssdc.
Ad esempio, il valore del segnale di corrente motore Imotà ̈ calcolato con la seguente formula:
Imot= [1-β(Ssdc)]*Ichg(v) (7) in cui β(Ssdc) à ̈ stata definita in precedenza, v à ̈ la velocità della bicicletta 1 (calcolata ad esempio con la formula v= ωrt*Rrt) ed Ichg(v) à ̈ una funzione corrente di carica che dipende dalla velocità v della bicicletta 1.
Per esempio, la funzione corrente di carica Ichg(v) può avere gli andamenti Ichg1(linea tratteggiata) oppure Ichg2(linea continua) mostrati in figura 6. In particolare, la funzione corrente di carica Ichg1ha valore sostanzialmente nullo per valori della velocità della bicicletta 1 compresi fra 0 ed un valore di soglia della velocità vth(uguale per esempio a 6 Km/h) ed ha valore I1chg1sostanzialmente costante (uguale per esempio a 3 Ampere) per valori della velocità della bicicletta 1 maggiori del valore di soglia della velocità vth: in questo modo la corrente generata dal dispositivo elettrico funzionante come generatore elettrico à ̈ indipendente dalla velocità v della bicicletta. La funzione corrente di carica Ichg2à ̈ direttamente proporzionale alla velocità v della bicicletta 1; per esempio, la funzione corrente di carica Ichg2ha un andamento sostanzialmente lineare crescente a partire dal valore 0 per velocità uguale a 0: in questo modo la potenza generata dal dispositivo elettrico funzionante come generatore elettrico à ̈ sostanzialmente costante.
Con riferimento alla figura 4b, viene mostrato schematicamente un diagramma di flusso di un metodo 150 per pilotare il dispositivo elettrico della bicicletta 1 assistita elettricamente secondo una seconda forma di realizzazione dell’invenzione. Si osservi che nella figura 4b passi e simboli uguali a quelli della figura 4a sono indicati con gli stessi riferimenti numerici.
Il metodo 150 comprende i passi 101, 102, 153, 154, 105.
Nel passo 101 viene effettuato il confronto fra la potenza dell’uomo Pumcon la potenza di attrito Pattr: nel caso in cui la potenza dell’uomo sia maggiore o uguale alla potenza di attrito, viene eseguito il passo 102, altrimenti viene eseguito il passo 105.
Nel passo 102 viene valutata la pendenza della strada Î ̧str(ovvero la pendenza del suolo) in cui sta correndo la bicicletta 1. Nel caso in cui la pendenza della strada Î ̧strsia maggiore di zero (cioà ̈ il ciclista sta percorrendo una strada in salita) o uguale a zero (cioà ̈ il ciclista sta percorrendo una strada piana), viene eseguito il passo 153. Nel caso in cui la pendenza della strada Î ̧strsia minore di zero (cioà ̈ il ciclista sta percorrendo una strada in discesa), viene eseguito il passo 154.
Il passo 153 à ̈ simile al passo 103 del metodo 100 secondo la prima forma di realizzazione, con la differenza che nel passo 153 la variazione ∆Imot’ del valore del segnale di corrente motore per pilotare il dispositivo elettrico come un motore elettrico alimentato dalla batteria 6 viene calcolata anche in funzione di una potenza di pendenza Ppended in funzione della variazione dPpend/dt della potenza di pendenza nel tempo. Per potenza di pendenza si intende la potenza associata alla pendenza, ovvero la potenza che la forza di gravità trasmette al veicolo, ed à ̈ calcolata con la seguente formula:
Ppend= m*g*sen(Î ̧str)*Rrt*ωrt(8) in cui m à ̈ la somma della massa della bicicletta e della massa media del ciclista (ad esempio, la massa media del ciclista à ̈ stimata uguale a 70 Kg), g à ̈ l’accelerazione di gravità (9,81 m/s<2>) e Î ̧strà ̈ la pendenza della strada in cui la bicicletta sta correndo (ovvero l’angolo formato fra la strada e l’orizzonte).
Pertanto la variazione del valore del segnale di corrente motore ∆Imot’ à ̈ calcolata in funzione della differenza ∆P’ fra la potenza dell’uomo Pum, la potenza di attrito Pattre la potenza di pendenza Ppend, in funzione della variazione dPpend/dt della potenza di pendenza nel tempo ed in funzione del valore del segnale di stato carica Ssdc.
Ad esempio, la variazione del valore del segnale di corrente motore ∆Imot’ à ̈ calcolata con la seguente formula (9):
∆Imot’= β(Ssdc)*[ ∆P’/(kT* ωrt) α*(dPpend/dt) ] (9) in cui:
- la potenza di pendenza Ppendà ̈ stata calcolata con la formula (8);
- kTà ̈ la costante elettrica del motore elettrico; - α à ̈ una costante pre-determinata, che dipende dal valore dell’aiuto che si vuole dare al ciclista nella fase iniziale della salita;
- ∆P’= Pum- Pattr- Ppend, in cui:
• Pumà ̈ stata definita nella formula (1);
• Pattrà ̈ stata definita nella formula (2);
• Ppendà ̈ stata definita nella formula (8);
- β(Ssdc) à ̈ la funzione del segnale di stato carica Ssdcdefinita in precedenza nella descrizione del metodo 100 secondo la prima forma di realizzazione dell’invenzione.
Nel passo 154 viene calcolato il valore del segnale di corrente motore Imotper il funzionamento del dispositivo elettrico come un generatore elettrico per caricare la batteria 6, analogamente al passo 105 del metodo 100 secondo la prima forma di realizzazione dell’invenzione.
Il valore del segnale di corrente motore Imotnel passo 154 à ̈ calcolato in funzione della velocità v della bicicletta 1 ed in funzione del valore del segnale di stato carica Ssdc. Per semplicità si suppone che il valore del segnale di corrente motore Imotnel passo 154 sia calcolato analogamente al passo 105, ovvero con la formula (7).
Con riferimento alla figura 7, viene mostrato un primo possibile andamento dei segnali di potenza del sistema di pilotaggio 50. In particolare, nella parte alta della figura 7 vengono mostrati gli andamenti dei segnali potenza richiesta Preq, del segnale potenza uomo Pume del segnale potenza motore Pmot, mentre nella parte bassa della figura 7 viene mostrato l’andamento del segnale stato di carica Ssdc. Per potenza motore Pmotsi intende la potenza meccanica generata dal dispositivo elettrico della bicicletta 1 quando funziona come motore elettrico (in questo caso si assume Pmot>0) e la potenza elettrica generata dal dispositivo elettrico della bicicletta 1 quando funziona come generatore elettrico (in questo caso si assume Pmot<0). Per potenza richiesta Preqsi intende il valore della potenza meccanica necessaria per percorrere un certo tratto di strada con la bicicletta 1 da parte del ciclista ed à ̈ definita come la somma della potenza uomo Pumcon la potenza motore Pmot, ovvero Preq= Pum+Pmot. In altre parole, la bicicletta 1 à ̈ spinta sia dal ciclista che genera la potenza uomo Pum, sia dal motore elettrico che genera la potenza motore Pmot.
Nell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t0e t1il ciclista sta percependo una elevata sensazione di fatica; ad esempio, il ciclista à ̈ partito da fermo oppure sta percorrendo un tratto di strada in salita. In questo caso il dispositivo elettrico montato nell’alloggiamento motore 5 della bicicletta 1 funziona come motore elettrico e quindi aiuta il ciclista durante la corsa della bicicletta 1, riducendo la sensazione di fatica percepita dal ciclista; in questo intervallo quindi l’energia elettrica fornita dalla batteria 6 viene utilizzata per azionare il motore elettrico, il quale effettua la conversione dell’energia elettrica in energia meccanica utilizzata per mettere in rotazione il motore elettrico, il quale genera la potenza motore Pmot>0 che contribuisce - insieme alla potenza uomo Pumgenerata dal ciclista - al movimento della ruota anteriore della bicicletta 1.
Pertanto nell’intervallo fra t0e t1la potenza uomo Pum’ (non mostrata nelle figure) senza il dispositivo elettrico - definita come la potenza generata dal ciclista sui pedali quando il ciclista sta pedalando su una bicicletta non assistita elettricamente (cioà ̈ senza il dispositivo elettrico), nelle stesse condizioni di percorso del ciclista che sta pedalando sulla bicicletta 1 - sarebbe nettamente superiore alla potenza uomo Pumcon il dispositivo elettrico. E’ possibile osservare che il segnale stato di carica Ssdcha un andamento decrescente, cioà ̈ la batteria 6 si sta scaricando perché sta fornendo energia elettrica al motore elettrico per aiutare il ciclista che sta percependo una elevata sensazione di fatica; inoltre à ̈ possibile osservare che il valore del segnale segnale stato di carica Ssdcall’istante t1à ̈ maggiore del valore di soglia minimo Ssdc_min.
Nell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t1e t2il ciclista sta percependo una bassa sensazione di fatica (ad esempio, il ciclista sta percorrendo un tratto di strada in piano). In questo caso il valore del segnale stato di carica Ssdcall’istante t1à ̈ inferiore al valore di soglia massima Ssdc_maxed il dispositivo elettrico funziona come generatore elettrico e quindi genera corrente Icsche ricarica la batteria 6, aumentando leggermente la sensazione di fatica dell’uomo, che però non si accorge di tale aumento perché avviene in una condizione di funzionamento (intervallo di tempo fra t1e t2) nella quale la sensazione di fatica percepita dal ciclista à ̈ bassa; in questo intervallo quindi una parte della potenza Pumfornita dall’uomo per mezzo della pressione sui pedali viene convertita in potenza meccanica per far funzionare il dispositivo elettrico come generatore elettrico, il quale effettua la conversione di una parte della potenza Pumfornita dall’uomo in potenza elettrica utilizzata per caricare la batteria 6.
Pertanto nell’intervallo fra t1e t2la potenza uomo Pum’ (non mostrata nelle figure) senza il dispositivo elettrico sarebbe leggermente inferiore alla potenza uomo Pumcon il dispositivo elettrico. E’ possibile osservare che il segnale stato di carica Ssdcha un andamento crescente, cioà ̈ la batteria 6 si sta ricaricando perché una parte della potenza uomo Pumgenerata dal ciclista viene utilizzata per caricare la batteria 6, per mezzo della conversione della energia meccanica del generatore elettrico in energia elettrica e poi chimica immagazzinata nella batteria 6; inoltre à ̈ possibile osservare che il valore del segnale segnale stato di carica Ssdcall’istante t2à ̈ minore del valore di soglia massimo Ssdc_max.
Nell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t2e t3il dispositivo elettrico della bicicletta 1 funziona come motore elettrico aiutando il ciclista, analogamente all’intervallo fra t0e t1.
Nell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t3e t4il dispositivo elettrico della bicicletta 1 funziona come generatore elettrico generando corrente Icsche ricarica la batteria 6, analogamente all’intervallo fra t1e t2. E’ possibile osservare che il segnale stato di carica Ssdcall’istante t4ha raggiunto il valore di soglia massima Ssdc_max, ovvero la batteria 6 à ̈ stata caricata al valore di soglia massima.
Nell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t4e t5il ciclista sta percependo una bassa sensazione di fatica (ad esempio, il ciclista sta percorrendo un tratto di strada in piano). In questo caso poiché il valore del segnale stato di carica Ssdcall’istante t4à ̈ uguale al valore di soglia massima Ssdc_max, il generatore elettrico della bicicletta 1 non genera ulteriormente corrente Icse quindi non ricarica ulteriormente la batteria 6, che à ̈ già carica al valore di soglia massima.
E’ possibile osservare che il valore del segnale stato di carica Ssdcnell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t0e t5à ̈ sempre compreso fra il valore di soglia minima Ssdc_mined il valore di soglia massima Ssdc_max: in questo modo viene aumentata l’autonomia della bicicletta 1 e, vantaggiosamente, non à ̈ più necessario ricaricare la batteria 6 collegandola ad una sorgente elettrica esterna alla bicicletta 1 (ad esempio, non à ̈ necessario utilizzare un caricabatteria esterno che collega la rete elettrica con la batteria 6).
Con riferimento alla figura 8, viene mostrato un secondo possibile andamento dei segnali di potenza del sistema di pilotaggio 50. Analogamente alla figura 7, anche nella figura 8 nella parte alta vengono mostrati gli andamenti dei segnali potenza richiesta Preq, del segnale potenza uomo Pume del segnale potenza motore Pmot, mentre nella parte bassa viene mostrato l’andamento del segnale stato di carica Ssdc.
Nell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t0e t10il ciclista sta percependo una elevata sensazione di fatica. Il dispositivo elettrico montato nell’alloggiamento motore 5 della bicicletta 1 funziona come motore elettrico e quindi aiuta il ciclista durante la corsa della bicicletta 1, riducendo la sensazione di fatica percepita dal ciclista, analogamente all’intervallo fra t0e t1della figura 7.
Nell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t10e t11il ciclista sta percependo una bassa sensazione di fatica. Il dispositivo elettrico funziona come generatore elettrico generando corrente Icsche ricarica la batteria 6, analogamente all’intervallo fra t1e t2della figura 7.
Nell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t11e t12il dispositivo elettrico della bicicletta 1 funziona come motore elettrico aiutando il ciclista durante la corsa della bicicletta 1, analogamente all’intervallo fra t0e t10. E’ possibile osservare che il segnale stato di carica Ssdcall’istante t12ha raggiunto il valore di soglia minima Ssdc_min, ovvero la batteria 6 si à ̈ scaricata fino al valore di soglia minima.
Nell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t12e t13il ciclista sta percependo una elevata sensazione di fatica. In questo caso poiché il valore del segnale stato di carica Ssdcall’istante t12à ̈ uguale al valore di soglia minima Ssdc_min, il dispositivo elettrico della bicicletta 1 non funziona più come generatore elettrico, ovvero non aiuta più il ciclista durante la corsa della bicicletta 1, anche se questo sta percependo una elevata sensazione di fatica, evitando così che la batteria 6 si scarichi eccessivamente, aumentando l’autonomia della bicicletta 1 e, vantaggiosamente, evitando di ricaricare la batteria 6 collegandola ad una sorgente elettrica esterna alla bicicletta 1.
Sarà ora descritto il funzionamento del sistema elettronico 50, facendo anche riferimento alle figure 2, 3, 4a, 5, 6 e 7.
Si suppone che il processore 20 sia in grado di leggere (ad esempio da una memoria ad esso collegata) il valore del raggio Rrtdella ruota anteriore della bicicletta 1, il valore dell’attrito Fattr(v) della bicicletta 1 al variare della velocità v della bicicletta 1, il valore della costante elettrica del motore elettrico kT, il valore di soglia minimo Ssdc_mined il valore di soglia massimo Ssdc_max. Ad esempio, detti valori sono definiti per mezzo di una fase di configurazione precedente all’istante t0in cui inizia il funzionamento della bicicletta 1.
Si suppone inoltre per semplicità che ωrt= ω0mot. Gli istanti di tempo t0, t1, t2, t3, t4, t5rappresentano istanti di tempo in cui il processore 20 esegue il metodo 100 e calcola il valore del segnale di corrente motore Imote del segnale di corrente di carica/scarica Ics: la distanza fra detti istanti di tempo non corrisponde necessariamente al periodo di calcolo (ad esempio, 20 µs) utilizzato dal processore 20, ovvero fra due istanti successivi (ad esempio, fra t0e t1) il processore 20 può eseguire una o più volte il metodo 100, ma per semplicità queste esecuzioni vengono trascurate.
All’istante t0il ciclista della bicicletta 1 inizia a pedalare partendo da fermo e quindi percepisce una sensazione di fatica abbastanza elevata.
Il modulo di misurazione 8 misura un primo valore ω0peddella velocità angolare dei pedali della bicicletta 1 e misura un primo valore τ0peddella coppia generata dal ciclista sui pedali della bicicletta 1.
Il processore 20 esegue il metodo 100 per mezzo di un programma per elaboratore che gira sul processore 20 e per mezzo di porzioni di codice software. Per esempio, il linguaggio di programmazione utilizzato per il codice software à ̈ il linguaggio “ANSI C†.
In particolare, il processore 20 riceve il segnale velocità pedali Sω_pedavente il primo valore della velocità angolare dei pedali ω0ped, riceve il segnale di coppia pedali Sτ_pedavente il primo valore della coppia generata τ0pede calcola un primo valore P0umdella potenza uomo per mezzo della formula P0um= τ0ped*ω0ped.
Il sensore motore misura un primo valore ω0motdella velocità angolare del motore elettrico; il processore 20 riceve il segnale di velocità motore Sω_motavente il primo valore della velocità angolare del motore elettrico ω0mote da questo ricava la velocità v0 della bicicletta 1, ad esempio con la formula v0= ωrt*Rrt= ω0mot*Rrt.
Il processore 20 riceve il segnale di velocità motore Sω_motavente il primo valore della velocità angolare del motore elettrico ω0mot, legge il valore del raggio Rrted il valore dell’attrito Fattr(v0) in funzione della velocità v0 della bicicletta (cioà ̈ Fattr(v0)= F0attr) e calcola un primo valore P0attrdella stima della potenza di attrito per mezzo della formula P0attr= Rrt*F0attr*ωrt= Rrt*F0attr*ω0mot.
Il processore 20 effettua nel passo 101 il confronto fra il primo valore della potenza uomo P0umed il primo valore della stima della potenza di attrito P0attre rileva che P0um> P0attr.
Il circuito di rilevazione stato carica 23 riceve il segnale di batteria Sbate, in funzione di esso, calcola un primo valore S0sdcdel segnale di stato carica Ssdcche indica lo stato della carica della batteria 6.
Il processore 20 rileva nel passo 103 che il primo valore del segnale di stato carica S0sdcà ̈ maggiore del valore di soglia minimo Ssdc_mine genera il segnale di selezione Sselavente il primo valore logico basso che indica la prima modalità di funzionamento come motore elettrico.
Inoltre il processore 20 nel passo 103 calcola (si veda la figura 5) un primo valore β0 della funzione β corrispondente al primo valore del segnale di stato carica S0sdc, cioà ̈ β0= β(S0sdc).
Inoltre il processore 20 nel passo 103 calcola la differenza ∆P0 fra la potenza dell’uomo P0ume la potenza di attrito P0attr, cioà ̈:
∆P0= P0um- P0attr= Ï„0ped*ω0ped- Rrt*F0attr*ω0motSuccessivamente, il processore 20 nel passo 103 calcola la variazione ∆I0motdel valore del segnale di corrente motore Imotsecondo la formula (3), cioà ̈:
∆I0mot= β0*[∆P0/(kT* ωrt)]= β0*[∆P0/(kT* ω0mot)] (3’) Infine il processore 20 genera nel passo 103 il segnale elaborato Selabche trasporta il valore ∆I0mot.
Il modulo di gestione corrente 22 riceve il segnale di selezione Sselavente il primo valore logico basso che indica la prima modalità di funzionamento come motore elettrico, riceve il segnale elaborato Selabche trasporta il valore ∆I0mot, accende il dispositivo elettrico nell’alloggiamento motore 5 nella modalità di funzionamento come motore elettrico, attiva i circuiti necessari per trasmettere la corrente motore Imotuguale alla corrente di carica/scarica Icsnella direzione dalla batteria 6 verso il motore elettrico nell’alloggiamento motore 5, quindi genera la corrente motore Imotuguale al valore ∆I0mot, cioà ̈ Imot= I0mot= ∆I0mot.
Il motore elettrico nell’alloggiamento motore 5 riceve il valore I0motdella corrente motore Imot, che causa una rotazione del motore elettrico con una velocità angolare uguale ad un valore ω0mot’ (diverso da ω0mot).
Il motore elettrico à ̈ meccanicamente collegato con la ruota anteriore della bicicletta 1, ad esempio à ̈ montato nel mozzo della ruota anteriore: in questo caso la rotazione del motore elettrico contribuisce alla rotazione della ruota anteriore, in aggiunta alla potenza uomo P0umgenerata dal ciclista durante la pedalata all’istante t0, riducendo così la fatica percepita dal ciclista.
Negli istanti compresi fra t0e t1(escluso) il processore 20 continua a rilevare che il valore della potenza uomo Pumà ̈ maggiore del valore della stima della potenza di attrito Pattr. Di conseguenza, il funzionamento del sistema elettronico 50 negli istanti compresi fra t0e t1(escluso) à ̈ analogo a quello dell’istante t0e quindi il motore elettrico aiuta il ciclista durante la pedalata, mentre la batteria 6 si scarica dal primo valore del segnale di stato carica S0sdcad un secondo valore del segnale di stato carica S1sdc(si veda il grafico in basso della figura 7), dato che viene consumata l’energia elettrica della batteria 6 per alimentare il funzionamento del motore elettrico.
All’istante t1il ciclista della bicicletta 1 sta pedalando su una strada sostanzialmente piana e percepisce una bassa sensazione di fatica.
Il modulo di misurazione 8 misura un secondo valore ω1peddella velocità angolare dei pedali della bicicletta 1 e misura un secondo valore τ1peddella coppia generata dal ciclista sui pedali della bicicletta 1.
Il processore 20 esegue nuovamente il metodo 100 per mezzo del programma per elaboratore che gira sul processore 20.
In particolare, il processore 20 riceve il segnale velocità pedali Sω_pedavente il secondo valore della velocità angolare dei pedali ω1ped, riceve il segnale di coppia pedali Sτ_pedavente il secondo valore della coppia generata τ1pede calcola un secondo valore P1umdella potenza uomo per mezzo della formula P1um= τ1ped*ω1ped.
Il sensore motore misura un secondo valore ω1motdella velocità angolare del motore elettrico; il processore 20 riceve il segnale di velocità motore Sω_motavente il secondo valore della velocità angolare del motore elettrico ω1mote da questo ricava la velocità v1 della bicicletta 1, ad esempio con la formula v1= ωrt*Rrt= ω1mot*Rrt.
Il processore 20 riceve il segnale di velocità motore Sω_motavente il secondo valore della velocità angolare del motore elettrico ω1mot, legge il valore del raggio Rrted il valore dell’attrito Fattr(v1) in funzione della velocità v1 della bicicletta (cioà ̈ Fattr(v1)= F1attr) e calcola un secondo valore P1attrdella stima della potenza di attrito per mezzo della formula P1attr= Rrt*F1attr*ωrt= Rrt*F1attr*ω1mot.
Il processore 20 effettua nel passo 101 il confronto fra il secondo valore della potenza uomo P1umed il secondo valore della stima della potenza di attrito P1attre rileva che P1um< P1attr.
Il circuito di rilevazione stato carica 23 riceve il segnale di batteria Sbate, in funzione di esso, calcola un secondo valore S1sdcdel segnale di stato carica Ssdcche indica lo stato della carica della batteria 6.
Il processore 20 rileva nel passo 105 che il secondo valore del segnale di stato carica S1sdcà ̈ minore del valore di soglia massimo Ssdc_maxe genera il segnale di selezione Sselavente il secondo valore logico alto che indica la seconda modalità di funzionamento come generatore elettrico.
Inoltre il processore 20 nel passo 105 calcola (si veda la figura 5) un secondo valore β1 della funzione β corrispondente al secondo valore del segnale di stato carica S1sdc, cioà ̈ β1= β(S1sdc); inoltre il processore 20 calcola un valore I1chg1(si veda la figura 6) della funzione corrente di carica Ichg1(v) corrispondente al secondo valore della velocità v2, cioà ̈ Ichg1(v1)= I1chg1.
Successivamente, il processore 20 calcola nel passo 105 il valore del segnale di corrente di carica/scarica Icssecondo la formula (7), cioà ̈:
I1mot= [1-β1]*I1chg1
Il processore 20 genera quindi il segnale elaborato Selabche trasporta il valore I1mot.
Il modulo di gestione corrente 22 riceve il segnale di selezione Sselavente il secondo valore logico alto che indica la seconda modalità di funzionamento come generatore elettrico, commuta il dispositivo elettrico nell’alloggiamento motore 5 dal funzionamento come motore elettrico al funzionamento come generatore elettrico, riceve il segnale elaborato Selabche trasporta il valore I1mot, attiva i circuiti necessari per trasmettere la corrente di carica/scarica Icsuguale alla corrente motore Imotnella direzione dal generatore elettrico nell’alloggiamento motore 5 alla batteria 6, quindi genera la corrente di carica/scarica Icsuguale al valore I1mot, cioà ̈ Ics= = I1mot.
La batteria 6 riceve il valore I1motdella corrente di carica/scarica Icse la batteria 6 inizia a caricarsi.
Pertanto il ciclista genera durante la corsa della bicicletta 1 all’istante t1una potenza uomo P1ume una parte di essa viene utilizzata per muovere il generatore elettrico nell’alloggiamento motore 5, che genera la corrente di carica/scarica Ics, la quale inizia a ricaricare la batteria 6.
Negli istanti compresi fra t1e t2(escluso) il processore 20 continua a rilevare che il valore della potenza uomo Pumà ̈ minore del valore della stima della potenza di attrito Pattr. Di conseguenza, il funzionamento del sistema elettronico 50 negli istanti compresi fra t1e t2(escluso) à ̈ analogo a quello dell’istante t1e quindi il generatore elettrico ricarica la batteria 6, la quale si ricarica dal secondo valore del segnale di stato carica S1sdcad un terzo valore del segnale di stato carica S2sdc(si veda il grafico in basso della figura 7), dato che viene utilizzata una parte della potenza generata dall’uomo sui pedali per ricaricare la batteria 6.
Nell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t2e t3(escluso) il dispositivo elettrico nell’alloggiamento motore 5 funziona come motore elettrico che aiuta il ciclista, analogamente all’intervallo fra t0e t1; pertanto le considerazioni relative al funzionamento nell’intervallo fra t0e t1possono essere applicate in modo analogo all’intervallo fra t2e t3.
Nell’intervallo di tempo compreso fra gli istanti t3e t4(escluso) il dispositivo elettrico nell’alloggiamento motore 5 funziona come generatore elettrico che ricarica la batteria 6, analogamente all’intervallo fra t1e t2; pertanto le considerazioni relative al funzionamento nell’intervallo fra t1e t2possono essere applicate in modo analogo all’intervallo fra t3e t4. Si osservi che all’istante t4il segnale stato di carica Ssdcha raggiunto il valore di soglia massima Ssdc_max, ovvero la batteria 6 à ̈ stata caricata al valore di soglia massima.
All’istante t4il ciclista sta percependo una bassa sensazione di fatica. Il circuito di rilevazione stato carica 23 riceve il segnale di batteria Sbate, in funzione di esso, calcola un quarto valore S4sdcdel segnale di stato carica Ssdcche indica lo stato della carica della batteria 6. Il processore 20 rileva che il quarto valore del segnale di stato carica S4sdcà ̈ uguale al valore di soglia massimo Ssdc_maxe calcola (si veda la figura 5) il valore della funzione funzione β corrispondente al valore di soglia massimo Ssdc_max, cioà ̈ β4= β(Ssdc_max)=1; inoltre il processore 20 calcola il valore I1chg1(si veda la figura 6) della funzione corrente di carica Ichg1(v) corrispondente ad un quarto valore della velocità v4, cioà ̈ Ichg1(v4)= I4chg1.Successivamente, il processore 20 calcola il valore del segnale di corrente di carica/scarica Icssecondo la formula (7), cioà ̈:
I4mot= [1-β4]*I4chg1= [1-1]*I4chg1= 0
Pertanto anche il valore della corrente di carica/scarica Icsà ̈ uguale a 0, cioà ̈ la batteria 6 non viene ricaricata ulteriormente.
Negli istanti compresi fra t4e t5il processore continua a rilevare che il quarto valore del segnale di stato carica S4sdcà ̈ uguale al valore di soglia massimo Ssdc_maxed il funzionamento del sistema elettronico 50 negli istanti compresi fra t4e t5à ̈ analogo a quello dell’istante t4, cioà ̈ la batteria 6 non viene ricaricata ulteriormente, dato che questa à ̈ già carica al suo valore massimo.
Il funzionamento del processore 20 che esegue negli istanti compresi fra t0e t1i passi 101, 102, 153 del metodo 150 mostrato in figura 4b à ̈ simile a quello dei passi 101, 103 del metodo 100 illustrato in precedenza, con le seguenti differenze.
Dopo il passo 101 viene eseguito il passo 102 in cui il sensore di inclinazione 9 misura un primo valore Î ̧0strdella pendenza della strada in cui la bicicletta 1 sta correndo; inoltre il processore 20 riceve il segnale pendenza SÎ ̧_stravente il primo valore della pendenza Î ̧0str, rileva Î ̧0str>0 (cioà ̈ il ciclista sta percorrendo una strada in salita) ed esegue il passo 153.
Il passo 153 à ̈ analogo al passo 103 del metodo 100, con le seguenti differenze. Il processore 20 calcola il primo valore P0penddella potenza di pendenza secondo la formula (8), cioà ̈:
P0pend= m*g*sen(Î ̧0str)*Rrt*ωrt(8’) Il processore 20 calcola la differenza ∆P0’ fra la potenza dell’uomo P0um, la potenza di attrito P0attre la potenza di pendenza P0pend, cioà ̈:
∆P0’= P0um- P0attr- P0pend=
Ï„0ped*ω0ped- Rrt*F0attr*ω0mot- m*g*sen(Î ̧0str)*Rrt*ωrtIl processore 20 calcola la variazione ∆I0mot’ del valore del segnale di corrente motore Imotsecondo la formula (9), cioà ̈:
∆I0mot’= β0*[ ∆P0’/(kT* ωrt) α*(dP0pend/dt) ]=
β0*[ ∆P0’/(kT* ω0mot) α*(dP0pend/dt)] (9’) Il processore 20 genera quindi il segnale elaborato Selabche trasporta il valore ∆I0mot’ e pertanto il modulo di gestione corrente 22 genera la corrente motore Imotuguale al valore ∆I0mot’.
Forma oggetto della presente invenzione anche un metodo per pilotare un dispositivo elettrico di una bicicletta assistita elettricamente per mezzo di una batteria ricaricabile. Il metodo comprende il passo a) di calcolare una potenza dell’uomo in funzione di una coppia dei pedali della bicicletta e di una velocità angolare dei pedali della bicicletta, comprende il passo b) di stimare una potenza d’attrito della bicicletta in funzione di una velocità angolare del motore elettrico ed in funzione di una velocità della bicicletta, comprende il passo c) di confrontare la potenza dell’uomo calcolata rispetto alla potenza d’attrito stimata della bicicletta e controllare lo stato di carica della batteria. Nel caso in cui viene rilevato che la potenza dell’uomo calcolata à ̈ maggiore o uguale della potenza d’attrito stimata della bicicletta e nel caso in cui viene rilevato che lo stato di carica della batteria à ̈ maggiore di o uguale ad una prima soglia, il metodo comprende il passo d) di generare un valore di corrente di pilotaggio per pilotare il dispositivo elettrico funzionante come un motore elettrico alimentato dalla batteria. Nel caso in cui viene rilevato che la potenza dell’uomo calcolata à ̈ minore della potenza d’attrito stimata della bicicletta, il metodo comprende il passo e) di generare un altro valore di corrente di pilotaggio per caricare la batteria dal dispositivo elettrico funzionante come un generatore elettrico.
Vantaggiosamente, il passo d) comprende ulteriormente, dopo la rilevazione che la potenza dell’uomo calcolata à ̈ maggiore di o uguale alla potenza d’attrito stimata della bicicletta, il passo di misurare l’inclinazione della strada in cui la bicicletta sta correndo. Nel caso in cui l’inclinazione stimata sia maggiore di o uguale a zero, il metodo comprende il passo d2.1) di controllare lo stato di carica della batteria ed effettuare il passo d). Nel caso in cui l’inclinazione stimata sia minore di zero, il metodo comprende il passo d2.2) di generare un altro valore di corrente di pilotaggio per caricare la batteria dal dispositivo elettrico funzionante come un generatore elettrico.
Vantaggiosamente, i passi e) o d2.2) comprendono la generazione di detto altro valore di corrente di pilotaggio per caricare la batteria, nel caso in cui viene rilevato che lo stato di carica della batteria à ̈ minore di una seconda soglia maggiore della prima soglia.
Vantaggiosamente, nel passo d) la generazione di detto valore di corrente di pilotaggio à ̈ direttamente proporzionale al valore dello stato di carica della batteria in un intervallo compreso fra la prima soglia e la seconda soglia.
I passi del metodo secondo l’invenzione possono essere realizzati per mezzo di un programma per elaboratore elettronico comprendente codice software ed eseguito nel processore 20.

Claims (10)

  1. Rivendicazioni 1. Sistema elettronico (50) per pilotare un dispositivo elettrico di una bicicletta (1) assistita elettricamente per mezzo di una batteria ricaricabile (6), detto dispositivo elettrico essendo configurato per funzionare come un motore elettrico alimentato dalla batteria o come un generatore elettrico per caricare la batteria, il sistema comprendente: - un modulo di misurazione (8) configurato per misurare la velocità angolare (Sω_ped) dei pedali della bicicletta e la coppia (SÏ„_ped) dei pedali della bicicletta; - un sensore configurato per misurare la velocità angolare (Sω_mot) del motore elettrico; - un circuito (23) configurato per rilevare uno stato di carica della batteria; - un processore (20) configurato per: • calcolare una velocità della bicicletta in funzione della velocità angolare del motore elettrico; • calcolare (101) una potenza dell’uomo (Pum) in funzione della coppia misurata dei pedali della bicicletta e della velocità angolare misurata dei pedali della bicicletta; • stimare (101) una potenza d’attrito (Pattr) della bicicletta in funzione della velocità angolare del motore elettrico ed in funzione della velocità della bicicletta; • confrontare (101) la potenza dell’uomo calcolata rispetto alla potenza d’attrito stimata della bicicletta e controllare lo stato di carica della batteria; • nel caso in cui viene rilevato che la potenza dell’uomo calcolata à ̈ maggiore di o uguale alla potenza d’attrito stimata della bicicletta e nel caso in cui viene rilevato che lo stato di carica della batteria à ̈ maggiore di o uguale ad una prima soglia (Ssdc_min), generare (103) un valore di corrente di pilotaggio (∆Imot) per pilotare il dispositivo elettrico funzionante come un motore elettrico alimentato dalla batteria; • nel caso in cui viene rilevato che la potenza dell’uomo calcolata à ̈ minore della potenza d’attrito stimata della bicicletta, generare (105) un altro valore di corrente di pilotaggio (Ichg) per caricare la batteria dal dispositivo elettrico funzionante come un generatore elettrico.
  2. 2. Sistema elettronico secondo la rivendicazione 1, comprendente ulteriormente un sensore (9) configurato per misurare l’inclinazione della strada in cui la bicicletta sta correndo, in cui, nel caso in cui viene rilevato che la potenza dell’uomo calcolata à ̈ maggiore di o uguale alla potenza d’attrito stimata della bicicletta, il processore (20) à ̈ ulteriormente configurato per: • nel caso in cui l’inclinazione stimata sia maggiore di o uguale a zero, generare (153) detto valore di corrente di pilotaggio per pilotare il dispositivo elettrico funzionante come un motore elettrico; • nel caso in cui l’inclinazione stimata sia minore di zero, generare (154) un altro valore di corrente di pilotaggio per caricare la batteria dal dispositivo elettrico funzionante come un generatore elettrico.
  3. 3. Sistema elettronico secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui la generazione di detto valore di corrente di pilotaggio à ̈ direttamente proporzionale (β) al valore dello stato di carica della batteria in un intervallo compreso fra la prima soglia (Ssdc_min) ed una seconda soglia (Ssdc_max) maggiore della prima soglia.
  4. 4. Sistema elettronico secondo la rivendicazione 3, in cui il processore à ̈ ulteriormente configurato per generare detto altro valore di corrente di pilotaggio per caricare la batteria, nel caso in cui viene rilevato che lo stato di carica della batteria à ̈ minore della seconda soglia (Ssdc_max).
  5. 5. Sistema elettronico secondo la rivendicazione 4, in cui la generazione di detto altro valore di corrente di pilotaggio à ̈ direttamente proporzionale (Ichg2) alla velocità della bicicletta o à ̈ sostanzialmente costante (Ichg1) per valori della velocità della bicicletta maggiori di una soglia di velocità (vth).
  6. 6. Bicicletta assistita elettricamente comprendente: - una batteria ricaricabile (6); - un dispositivo elettrico configurato per funzionare come un motore elettrico alimentato dalla batteria o come un generatore elettrico per caricare la batteria; - un sistema elettronico (50) secondo almeno una delle rivendicazioni da 1 a 5.
  7. 7. Metodo (100) per pilotare un dispositivo elettrico di una bicicletta (1) assistita elettricamente per mezzo di una batteria ricaricabile (6), il metodo comprendente i passi di: a) calcolare (101) una potenza dell’uomo (Pum) in funzione di una coppia (SÏ„_ped) dei pedali della bicicletta e di una velocità angolare (Sω_ped) dei pedali della bicicletta; b) stimare (101) una potenza d’attrito (Pattr) della bicicletta in funzione di una velocità angolare (Sω_mot) del motore elettrico ed in funzione di una velocità della bicicletta; c) confrontare (101) la potenza dell’uomo calcolata rispetto alla potenza d’attrito stimata della bicicletta e controllare lo stato di carica della batteria; d) nel caso in cui viene rilevato che la potenza dell’uomo calcolata à ̈ maggiore o uguale della potenza d’attrito stimata della bicicletta e nel caso in cui viene rilevato che lo stato di carica della batteria à ̈ maggiore di o uguale ad una prima soglia (Ssdc_min), generare (103) un valore di corrente di pilotaggio (∆Imot) per pilotare il dispositivo elettrico funzionante come un motore elettrico alimentato dalla batteria; e) nel caso in cui viene rilevato che la potenza dell’uomo calcolata à ̈ minore della potenza d’attrito stimata della bicicletta, generare (105) un altro valore di corrente di pilotaggio (Ichg) per caricare la batteria dal dispositivo elettrico funzionante come un generatore elettrico.
  8. 8. Metodo (150) secondo la rivendicazione 7, in cui il passo d) comprende ulteriormente, dopo la rilevazione che la potenza dell’uomo calcolata à ̈ maggiore di o uguale alla potenza d’attrito stimata della bicicletta, i passi di: d1) misurare (102) l’inclinazione della strada in cui la bicicletta sta correndo; d2.1) nel caso in cui l’inclinazione stimata sia maggiore di o uguale a zero, controllare lo stato di carica della batteria ed effettuare il passo d); d2.2) nel caso in cui l’inclinazione stimata sia minore di zero, generare (154) un altro valore di corrente di pilotaggio per caricare la batteria dal dispositivo elettrico funzionante come un generatore elettrico.
  9. 9. Metodo secondo le rivendicazioni 7 o 8, in cui i passi e) o d2.2) comprendono la generazione di detto altro valore di corrente di pilotaggio per caricare la batteria, nel caso in cui viene rilevato che lo stato di carica della batteria à ̈ minore di una seconda soglia (Ssdc_max) maggiore della prima soglia (Ssdc_min), ed in cui nel passo d) la generazione di detto valore di corrente di pilotaggio à ̈ direttamente proporzionale (β) al valore dello stato di carica della batteria in un intervallo compreso fra la prima soglia (Ssdc_min) e la seconda soglia (Ssdc_max).
  10. 10. Programma per elaboratore elettronico comprendente codice software per attuare tutti i passi del metodo secondo almeno una delle rivendicazioni da 7 a 9, quando detto programma à ̈ eseguito su un elaboratore elettronico.
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