ITTO990722A1 - Sistema e procedimento per il controllo di trasmissioni a rapporto va-riabile. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione affronta il problema del controllo delle trasmissioni a rapporto variabile.

Un tipico esempio di trasmissione di questo tipo, a cui per semplicità si farà riferimento nel seguito della presente descrizione, è quello delle trasmissioni per biciclette. Al riguardo, da EP-A-0 831 021, preso come modello per i preamboli delle rivendicazioni 1 e 10, sono noti .un procedimento ed un dispositivo per controllare in modo automatico il rapporto della trasmissione di una bicicletta così da identificare in modo automatico il valore del rapporto ottimale in funzione dello sforzo o forza di pedalata.

Lo stesso argomento è affrontato in diversi altri documenti brevettuali quali, ad esempio, USA-5 059 158, US-A-5538 477, US-A-5356 348, US-A-5 569 104 e US-A-5 728 017, dove si vede che l'azione di controllo può essere esercitata tanto sul deragliatore posteriore quanto sul deragliatore anteriore o su entrambi i deragliatori di una bicicletta sportiva.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di perfezionare i sistemi per il controllo del rapporto nelle trasmissioni a rapporto variabile, soprattutto per quanto riguarda l'ottimizzazione dell'interazione fra un attrezzo provvisto di una tale trasmissione ed un operatore che lo utilizza.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto grazie ad un sistema avente le caratteristiche richiamate in modo specifico nelle rivendicazioni che seguono. L'invenzione riguarda anche il relativo procedimento di funzionamento.

L'applicazione dell'invenzione risulta particolarmente vantaggiosa nel settore del ciclismo ed in particolare nel settore del ciclismo agonistico.

L'invenzione verrà ora descritta, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, nei quali:

- la figura 1 illustra schematicamente l'applicazione di un sistema secondo l'invenzione ad un ciclo quale una bicicletta,

- la figura 2 illustra in forma schematica, sotto forma di uno schema a blocchi, la struttura di un sistema secondo l'invenzione,

- le figure 3 e 4 illustrano, a due successivi livelli di approfondimento, i criteri generali di funzionamento di un sistema secondo l'invenzione, - la figura 5 illustra, sotto forma di un diagramma di flusso, il funzionamento del sistema secondo l'invenzione, e

- le figure 6 e 7 sono ulteriori diagrammi esemplificativi dei criteri di funzionamento (funzioni di appartenenza) dello stesso sistema.

Nella figura 1 il riferimento numerico 1 indica nel complesso un attrezzo provvisto di una trasmissione a rapporto variabile. Nell'esempio di attuazione qui illustrato, l'attrezzo in questione è costituito da una bicicletta quale ad esempio una bicicletta sportiva.

Oltre a comprendere le parti che normalmente costituiscono una bicicletta di questo tipo (parti che, in tutta evidenza, non richiedono di essere descritte e richiamate in dettaglio in questa sede) la bicicletta 1 è equipaggiata con i seguenti dispositivi:

- un cambio 2 a comando elettrico, qui rappresentato come associato al deragliatore posteriore della bicicletta 1 (in possibili varianti di attuazione dell'invenzione un tale cambio potrebbe essere provvisto sul o anche sul deragliatore anteriore della bicicletta, se presente); si tratta quindi di un cambio in grado di modificare la posizione in cui la catena della bicicletta (azionata dalla pedivella 3 tramite la quale il ciclista applica alla trasmissione la forza motrice di ingresso) coopera in rapporto di ingranamento con le ruote dentate associate al mozzo della ruota posteriore della bicicletta in funzione di un segnale di comando,

- un dispositivo di controllo 4, il cui nucleo è costituito di preferenza da un microprocessore, destinato a generare il suddetto segnale di comando, e

- un complesso di sensori 5 a 7 sensibili a rispettivi parametri di impiego sulla bicicletta e suscettibili di generare rispettivi segnali destinati ad essere ricevuti ed elaborati dal dispositivo 4; si tratta essenzialmente di un sensore 5 in grado di rilevare la forza o sforzo di pedalata esercitata dal ciclista sui pedali (ossia la forza motrice), un sensore 6 sensibile alla velocità di avanzamento della bicicletta 1 (in termini generali, la frequenza o velocità di funzionamento dell'attrezzo qui rappresentato dalla bicicletta 1), nonché un sensore 7 sensibile alla cadenza di pedalata, ossia la cadenza dell'azione periodica con cui il ciclista applica, tramite la pedivella 3, la forza motrice di ingresso.

Anche se concettualmente distinti fra loro, i vari sensori in questione possono essere in realtà integrati fra loro e/o con le altre componenti del sistema .

Ad esempio, il sensore 7 che rileva la cadenza di pedalata può essere vantaggiosamente integrato con il sensore 5 che rileva lo sforzo di pedalata.

Va ancora detto che tutti i vari componenti sopra menzionati sono da ritenersi di per sé noti (così come attestato dalle descrizioni nei documenti brevettuali anteriori citati nella parte introduttiva della presente descrizione) e/o correntemente disponibili in commercio. Ad esempio, un cambio 2 suscettibile di essere vantaggiosamente impiegato nel contesto dell'invenzione è costituito dal cambio venduto con la sigla ZMS 800 dalla società MAVIC.

Lo schema a blocchi della figura 2 illustra in termini schematici, a livello di architettura generale di sistema, la disposizione di connessione fra i vari elementi sopra descritti, con il dispositivo di controllo 4 che riceve i segnali generati dai sensori 5 a 7 (definiti nel seguito anche primo, secondo e terzo segnale) e, in funzione dell'azione di elaborazione meglio descritta nel seguito, interviene sul cambio 2 per modificare il rapporto di trasmissione del cambio 2 stesso.

Un sistema di sensori di questo, genere (in grado di fornire i tre segnali citati in forma numerica) è disponibile con la denominazione commerciale di SRM TRAINING SYSTEM presso la società Ingenieurbùro Schoberer.

Gli ulteriori blocchi funzionali indicati con i riferimenti 8 a 10 stanno ad indicare il fatto che la soluzione secondo l'invenzione consente al-1'utilizzatore di intervenire sul funzionamento del sistema, in particolare per quanto riguarda due fattori fondamentali, ossia:

- come il dispositivo 4 interpreta, ovvero classifica (come meglio si vedrà nel seguito) i valori dei segnali ricevuti dai sensori 5 a 7, e

- la logica di elaborazione -espressa dal dispositivo 4 in vista dell'intervento sul cambio 2.

In particolare, nella forma di attuazione al momento preferita, il sistema secondo l'invenzione consente di tenere in conto, con rispettivi interventi di comando selettivo:

- il livello di preparazione e di forma del ciclista (modulo 8),

- la strategia di marcia o di corsa adottata dallo stesso (modulo 9) e, in generale,

- le regole che, nell'intenzione dell'utilizzatore, devono essere seguite nella gestione automatica della funzione di controllo della trasmissione (modulo 10).

Principi posti alla base dell'invenzione

Prima di procedere oltre nella descrizione particolareggiata di un possibile esempio di attuazione dell'invenzione, appare utile illustrare brevemente i principi di fondo posti alla base dell'invenzione stessa. Ciò verrà fatto con specifico riferimento alla possibile applicazione al settore del ciclismo.

E' un dato di.fatto che, fissate le condizioni al contorno (caratteristiche fisiche, preparazione atletica, tipo di bicicletta, pendenza della strada e condizioni atmosferiche: ad es. vento contrario o a favore, ecc.), la massima potenza che un ciclista riesce a trasferire alla bicicletta avviene nell'intorno di una ben precisa cadenza di pedalata, identificata in pratica dalla velocità di rotazione

(giri al minuto o RPM) impressa alla pedivella.

Ciò è conseguenza del fatto che, dato un certo

carico resistente, esiste sempre un adattamento di

impedenza ottimale fra il carico resistente e la

cadenza tale da rendere massima la potenza prodotta, ossia tale da massimizzare l'efficienza.

Queste considerazioni sono avvalorate da numerosi lavori scientifici, quali, ad esempio:

«5 Gregor, R.J. e Rugg S.G. (1986), "Effects of

saddle height and pedaling cadence on power output

and efficiency", in E.R. Burke (Ed.), Science of

cycling (pp. 69-90). Champaign, IL: Human Kinetics;

Kyle, C.R. e Caiozzo, V.J. (1986), "Experiments in human ergometry as applied to thè design

of human powered vehicles", International Journal

of Sporte Biomechanics, 2,6-19; e

Allan V. Abbott e David Gordon Wilson (1995),

"Human-Powered Vehicles", (pag. 35-37), IL: Human

Kinetics.

Attraverso il cambio dei rapporti della trasmissione, la bicicletta consente di scegliere una

condizione di adattamento di impedenza, quindi di

cadenza ottimale dato un certo carico resistente. In pratica, il ciclista è paragonabile ad un motore ad alta efficienza capace di esprimere il meglio di sé in termini di potenza prodotta nell'ambito di una banda di frequenze (ovverosia cadenze) di pedalata piuttosto ristretta. Agendo sui rapporti, il ciclista riesce a mantenere la sua azione di pedalata all'interno di questa banda di maggior efficienza. In pratica, se la cadenza è troppo bassa (inferiore a 60/75 RPM) aumenta il rischio di strappi muscolari, mentre se è troppo alta (90/120 RPM) il ciclista inizia ad andare in debito di ossigeno.

Per immediato riferimento concettuale (ma senza che ciò debba essere visto come indizio di una precisa corrispondenza dei blocchi funzionali) il criterio di massimizzare la potenza espressa facendo in modo che il ciclista pòssa sempre pedalare con la cadenza ottimale può essere rappresentato sotto forma dello schema di controllo raffigurato nella figura 3.

In tale schema il blocco 1 indica nel suo complesso il sistema bicicletta. Le condizioni di funzionamento di tale sistema sono determinate (per quanto riguarda il rapporto di trasmissione) da quello che, con la terminologia corrente della teoria dei controlli automatici, può essere definito un "attuatore" (costituito nell'esempio specifico dal cambio 2). Il sistema di controllo, qui schematizzato sotto forma del dispositivo 4, è quindi in grado di intervenire sull'attuatore 2 (in funzione dei segnali dei sensori così come meglio illustrato nello schema della figura 4, di cui si dirà nel seguito) così da attuare un'azione di retroazione diretta a minimizzare lo scarto o errore "e" riscontrabile fra una cadenza di riferimento ideale CR e la cadenza effettiva determinata dal segnale corrispondente generato dal sensore 7.

In pratica, quando superiore ad una soglia prefissata eventualmente variabile, il segnale di errore (e) produce il pilotaggio dell'attuatore 2 in modo tale da modificare il rapporto di trasmissione così da riportare il segnale (e) stesso sotto la soglia prefissata. In pratica (ragionando in termini volutamente schematici) il valore del rapporto di trasmissione (inteso come rapporto fra velocità di uscita e velocità di ingresso) viene ridotto quando la cadenza di pedalata tende a scendere (ad esempio perché il ciclista sta pedalando in salita o controvento) ed aumentato quando la cadenza tende a crescere {ad esempio perché il ciclista sta pedalando in discesa ovvero con vento a favore) .

Sotto quest'ultimo punto di vista la soluzione secondo l'invenzione si presta ad essere attuata sia ricorrendo agli specifici criteri meglio descritti nel seguito con riferimento alle figure 5 e successive (essenzialmente ricorrendo ad un cosiddetto sistema esperto, di preferenza del tipo "fuzzy") , sia adottando, in forme di attuazione meno preferite, sistemi che realizzano l'azione di controllo {intervento sul cambio/attuatore 2 in modo da minimizzare lo scarto fra la cadenza di riferimento CR e la cadenza effettiva di pedalata) ricorrendo a meccanismi di trattamento dei segnali di tipo diverso, ad esempio del tipo descritto nei vari documenti citati nella parte introduttiva della presente descrizione.

Descrizione particolareggiata di un esempio di attuazione dell<1 >invenzione

L'elemento importante dell'invenzione è dato dal fatto che, invece di prevedere il funzionamento sulla base di un valore di cadenza di riferimento CR fisso o prefissato (se del caso in modo selettivo), il sistema secondo l'invenzione determina (secondo un criterio sostanzialmente adattativo, attuato di preferenza in tempo reale o sostanzialmente in tempo reale) il valore della cadenza di riferimento CR desumendolo proprio dai parametri (sforzo di pedalata, velocità di avanzamento, cadenza effettiva di pedalata, ecc.) che caratterizzano al momento l'interazione fra il ciclista e la bicicletta. Tutto ciò in funzione di criteri di intervento suscettibili di essere selettivamente determinati e controllati dall'utilizzatore.

La rilevanza di questo fattore può essere meglio compresa notando che la cadenza di riferimento CR non è statica e determinabile a priori, anche se in modo selettivo. Essa dipende infatti, da un lato, dal carico resistente (funzione a sua volta di svariati fattori) e, dall'altro lato, da ulteriori elementi esterni.

Ad esempio, la dipendenza della cadenza di riferimento CR dal carico resistente può essere ricondotta alla dipendenza da fattori quali:

- la coppia espressa alla pedivella (al variare delle caratteristiche del percorso, la coppia necessaria al mantenimento di una velocità costante varia) e

- la velocità (all<1>aumentare della velocità aumenta la resistenza aerodinamica, funzione del quadrato della velocità).

La dipendenza da altri fattori comprende invece fattori quali ad esempio:

- la strategia di corsa: il ciclista può decidere di pedalare per una gara, per uno scatto, per un semplice trasferimento defatigante secondo criteri ·che esprimono la sua volontà, dunque un comportamento essenzialmente predittivo proiettato nel futuro e non basato su parametri rilevati e/o rilevabili .nel passato o nel presente, e

- il livello di preparazione del ciclista; più il ciclista è allenato e preparato, più sarà in grado di sostenere cadenze elevate oppure cadenze più basse, ma con maggiore produzione di sforzo.

Di preferenza, il dispositivo di controllo 4 comprende un cosiddetto sistema esperto operante secondo una logica di tipo fuzzy. La logica fuzzy ed i relativi meccanismi di funzionamento sono di per sé noti, così come pure noti sono i vantaggi che questo tipo di logica porta ai problemi complessi, la cui soluzione si basa più su considerazioni empiriche derivanti dall'esperienza e dalla simulazione che non su una modellizzazione di tipo matematico del problema.

Per una generale rassegna di questi argomenti si può utilmente consultare, ad esempio, l'opera di riferimento di Mohammad JAMSIDI, Nader VADIEE e Timothy J. ROSS - "Fuzzy Logic And Control" (1993) - IL: Prentice Hall.

Il diagramma di flusso della figura 5 illustra una sequenza di passi, compresa fra un passo iniziale 100 e un passo finale 101, destinata ad essere ripetuta dal dispositivo di controllo 4 al fine di consentire lo svolgimento di un'azione di controllo., automatico dell attuatore costituito dal cambio 2, dunque del rapporto della trasmissione della bicicletta.

Il fatto di riferirsi a un funzionamento di tipo automatico non significa peraltro che una bicicletta 1 equipaggiata con il sistema secondo l'invenzione debba di necessità prevedere soltanto un funzionamento di tipo automatico. Così come nei sistemi noti, sussiste infatti per il ciclista la possibilità di escludere il funzionamento del sistema, così da poter intervenire manualmente, in modo tradizionale, sul rapporto della trasmissione o delle trasmissioni (si ricorda ancora una volta che la soluzione secondo 1'invenzione è applicabile ad un solo oppure a entrambi i deragliatori normalmente provvisti su una bicicletta sportiva), oppure per prevedere qualche forma di funzionamento semiautomatico. In ogni caso queste modalità di intervento e di disattivazione totale o parziale del sistema sono tali da non richiedere una descrizione particolareggiata in questa sede.

Concentrando l’attenzione sul funzionamento di tipo automatico, sì noterà ancora che la sequenza di passi compresa fra i passi 100 e 101 può essere attuata con una cadenza periodica e/o con una frequenza ,determinata, fissa o se del caso variabile in funzione delle specifiche esigenze applicative. In particolare, la frequenza di ripetizione dei passi descritti nel seguito non richiede di essere molto elevata, dal momento che il sistema bicicletta 1 evolve nel tempo, anche in fasi di transitorio di corsa, con tempi piuttosto lenti se confrontati con la velocità di elaborazione delle apparecchiature elettroniche correnti. E1 ipotizzabile il fatto che la suddetta sequenza di controllo venga ripetuta, ad esempio, con la cadenza di un secondo circa.

Di preferenza, l'azione di intervento sul cambio 2, per variare il rapporto di trasmissione, prevede un certo effetto di filtraggio passa basso.

Tutto questo per evitare che variazioni momentanee di uno o più dei parametri utilizzati dal sistema esperto 41 possano tradursi in una indesiderata immediata variazione del rapporto della trasmissione: si pensi, ad esempio, all'improvvisa variazione dello sforzo di pedalata derivante dal fatto che il ciclista si solleva dal sellino cominciando a pedalare, come si suol dire, "in piedi" sui pedali; oltretutto la suddetta variazione può essere di segno diverso in funzione della posizione angolare istantanea ideila pedivella nel momento in cui il ciclista passa a pedalare in piedi. In ogni caso, poi, appare vantaggioso evitare che possano determinarsi in rapida sequenza variazioni del rapporto della trasmissione, anche di segno opposto.

Nel seguito, la descrizione del funzionamento del sistema esperto 41 verrà fatta supponendo che il sistema esperto stesso riceva al suo ingresso esclusivamente i segnali corrispondenti alla forza o sforzo di pedalata (sensore 5) ed alla velocità della bicicletta (sensore 6). Questa scelta è dettata sia da motivi di semplicità di illustrazione, sia dalla considerazione del fatto che il tecnico avente familiarità con la progettazione e la realizzazione di sistemi esperti non ha di certo difficoltà ad includere nel funzionamento del sistema anche il terzo parametro (cadenza effettiva di pedalata) . Tuttavia quest'ultimo parametro può essere anche non utilizzato dal sistema esperto se non per effettuare, nel nodo indicato con 42 nella figura 4, il confronto fra questo parametro e la cadenza di riferimento CR definita dal sistema esperto sulla base dei segnali provenienti dai sensori 5 e 6 e per calcolare, se non disponibile per altra via, il valore attuale del rapporto del cambio 2.

Detto altrimenti, il sistema esperto 41 può tener conto del segnale corrispondente alla cadenza effettiva di pedalata in almeno due 'modi diversi, ossia:

- in base alla soluzione rappresentata nella figura 5, identificando il segnale corrispondente alla cadenza di riferimento CR soltanto sulla base del segnale di sforzo di pedalata e del segnale di velocità, utilizzando il segnale corrispondente alla cadenza di pedalata effettiva, proveniente dal sensore 7, solo per generare il segnale di errore (segnale e) utilizzato per pilotare il cambio 2, e - in base ad una variante di attuazione non esplicitamente illustrata, utilizzando anche il segnale relativo alla cadenza di pedalata effettiva per definire la cadenza di riferimento CR.

Nella sostanza, il sistema esperto 41, operando secondo una logica fuzzy, trasforma i valori delle variabili in ingresso {ad esempio i segnali letti dai sensori 5, 6 e - eventualmente - 7) in una descrizione di tipo linguistico per poi elaborare una strategia di controllo contenuta in un insieme di regole logiche. Il risultato viene quindi ritrasformato in un dato di uscita preciso ed univoco .

Con riferimento al diagramma di flusso della figura 5, i passi indicati con 102 e 103 indicano i passi iniziali in cui il sistema legge i segnali provenienti, rispettivamente, dal sensore 5 {sforzo di pedalata) e 6 (velocità). Si tratta, di preferenza, di segnali già preventivamente convertiti in forma numerica all'uscita dei rispettivi sensori così come avviene nel caso dei sensori SRM già citati in precedenza. In caso contrario la conversione viene effettuata, in modo noto, a livello del dispositivo 4.

Nei successivi passi 104, 105 il sistema esperto trasforma ognuna delle due variabili lette in ingresso in valori fuzzy, ossia valori linguistici quali "alto", "medio", "basso", "medio-alto", ecc. Per fare queste attribuzioni, esso si avvale di funzioni predefinite che rispecchiano il grado di appartenenza delle variabili fuzzy ai vari valori fuzzy (funzioni di appartenenza).

La funzione di appartenenza relativa alla velocità ha di preferenza un andamento del tipo rappresentato nella figura 6, dove la scala delle ascisse corrisponde al valore della velocità (sensore 6) espresso in km/h. Si nota che ci sono 5 valori fuzzy (linguistici: B = Bassa, MB = Medio Bassa, M = Media, MA = Medio Alta, A = Alta).

La funzione di appartenenza relativa alla coppia ha di preferenza un andamento del tipo rappresentato nella figura 7, dove la scala delle ascisse corrisponde al valore della coppia di pedalata (sforzo o forza di pedalata - sensore 5) espresso in N-m. Sono presenti 4 valori fuzzy (B, MB, M, A).

Va ancora detto che i passi illustrati dai blocchi 102 a 105 sono stati qui rappresentati come idealmente svolti attraverso un procedimento di elaborazione in parallelo per ciascun parametro di ingresso, dal momento che questa rappresentazione è oltretutto di più immediata comprensione. E' del tutto evidente per gli esperti che lo stesso risultato può essere ottenuto operando tramite processi seriali .

Si noterà anche che nello schema a blocchi della figura 5 è stata esplicitata la possibilità di intervenire sui passi 104, 105 tramite comandi applicati dall'utilizzatore attraverso ì moduli di interfaccia 8, 9 e 10. Questi ultimi sono di fatto suscettibili di essere integrati in un'interfaccia utente 11 quale ad esempio una tastiera o un analogo modulo di comando disposto, ad esempio, sul manubrio (figura 1) in posizione immediatamente accessibile al ciclista.

La logica di attribuzione dei valori linguìstici ai dati corrispondenti ai segnali provenienti dai sensori 5 e 6 può infatti variare in funzione di diversi parametri selettivamente impostati sui moduli 8, 9, 10 dell'interfaccia.

Ad esempio, il livello di preparazione atletica del ciclista (modulo 8) può far sì che una velocità o uno sforzo di pedalata da considerarsi elevati per un ciclista di livello amatoriale o dilettante possano essere considerati in modo diverso (ad esempio medio-alto, medio o addirittura basso) per un ciclista professionista.

In modo del tutto analogo, riferendosi alla funzione del modulo 9, cui in precedenza è stato attribuito un ruolo identificativo della strategia di corsa, è evidente che un valore di velocità e/o di sforzo di pedalata considerati elevati nel corso di una fase di trasferimento, anche nell'ambito di una competizione ciclistica, siano da considerarsi bassi, se non addirittura molto bassi, con riferimento ad una volata od una corsa a cronometro.

Quanto detto sopra si applica in modo identico anche al modulo 10, che sovrintende alla definizione generale delle regole di funzionamento del sistema esperto. In questo caso l'intervento può, ad esempio, essere quello di intervenire sull'azione di definizione delle funzioni di appartenenza descritte in precedenza eliminando o aggiungendo delle funzioni di appartenenza: un ciclista di livello amatoriale o dilettante sarà di solito meno interessato ad una definizione molto sofisticata e differenziata delle suddette funzioni rispetto ad un professionista, per cui l'esigenza di conseguire con continuità l'adattamento stretto del sistema bicicletta alle sue prestazioni fisiche può essere molto più stringente e determinante.

Il blocco indicato con 106 rappresenta schematicamente 1'insieme delle funzioni del sistema esperto dedicate alla definizione della cadenza, di riferimento come risultato dell'attribuzione delle funzioni di appartenenza attuata nelle fasi 104 e 105.

In una possibile forma di attuazione (di per sé nota al tecnico esperto della progettazione di questi sistemi, e quindi tale da non richiedere una descrizione particolareggiata in questa sede) il criterio di applicazione delle suddette regole può essere visto come una sorta di esplorazione di una tabella matriciale, ad esempio di tipo bidimensionale, le cui righe sono identificate dalle funzioni di appartenenza relative alla velocità e le cui colonne sono identificate dalle funzioni di appartenenza relative allo sforzo di pedalata. Con riferimento agli esempi presentati nelle figure 6 e 7 (che prevedono rispettivamente cinque e quattro valori fuzzy) le corrispondenti regole possono essere pari a 5x4=20, o in numero maggiore. Nel caso in cui sia presente anche il parametro relativo alla cadenza di pedalata effettiva, le corrispondenti funzioni di appartenenza identificano la terza dimensione della suddetta struttura di tipo matriciale (che, comunque, viene implementata con logica di tipo fuzzy, quindi con rispettive caselle identificate da funzioni probabilistiche).

Le regole implementate nel blocco 106 possono scritte in forma esplicita ne modo seguente:

A) se la Velocità è BASSA e la Coppia è ALTA ALLORA la Cadenza Riferimento è BASSA

B) se la Velocità è MEDIO BASSA e la Coppia è ALTA ALLORA la Cadenza Riferimento è MEDIO BASSA C) se la Velocità è BASSA e la Copia è MEDIA ALLORA la Cadenza Riferimento è MEDIO BASSA D) se la Velocità è MEDIO BASSA e la Coppia è MEDIA ALLORA la Cadenza Riferimento è MEDIO BASSA ecc .

I valori fuzzy di uscita potrebbero essere, in termini di valore della cadenza di riferimento CR (VALCR):

VALCR BASSA 68 rpm

VALCR MEDIO BASSA 78 rpm

VALCR MEDIA 86 rpm

VALCR MEDIO ALTA 92 rpm

VALCR ALTA 95 rpm Naturalmente, così come ben noto agli esperti della progettazione dei sistemi fuzzy, il sistema può anche concludere che, in determinate condizioni, alla cadenza di riferimento CR deve essere attribuito il valore "medio" al 25% e "basso" al 90%. Come ben noto con gli esperti di logica fuzzy, ogni valore fuzzy è indipendente dagli altri, per cui è del tutto lecito che il sistema giunga alle conclusioni sopra esposte, ossia con somma dei valori fuzzy diversa dal 100%.

Si apprezzerà ancora che - secondo criteri di per sé noti - l'insieme di funzioni schematizzato dal blocco 106 può essere reso suscettibile di variazione in funzione dei parametri impostati dal-1'utilizzatore agendo sull'interfaccia 11: ciò vale in particolare per quanto riguarda la possibilità di modificare le regole che determinano l'attribuzione del valore della cadenza di riferimento in dipendenza dalle funzioni di appartenenza corrispondenti ai parametri di ingresso così da poter attuare insiemi di regole diversi.

E' anche ipotizzabile prevedere - secondo criteri noti - la possibilità, da parte del sistema esperto 41, di memorizzare l'insieme delle suddette regole o, eventualmente, diversi insiemi di regole da utilizzare in condizioni diverse, in funzione di cicli di apprendimento, ossia prevedendo una fase di addestramento del sistema in cui il ciclista interviene sulla trasmissione, cambiando i rapporti tramite una sua azione positiva (espressione della sua volontà) in funzione delle diverse condizioni di marcia, mentre il sistema apprende le relative regole applicandole poi in modo automatico quando viene successivamente selezionato questo criterio di funzionamento.

Il suddetto meccanismo di controllo, ed in particolare di apprendimento, può essere realizzato impiegando le configurazioni correntemente denominate reti neurali o neuronali che, come ben noto, ben si applicano all'attuazione (ed all'apprendimento) di dati e condizioni di funzionamento puramente fenomenologiche, non direttamente esprimibili sotto forma di un modello di tipo matematico, in particolare di tipo algoritmico.

Nel passo indicato con 107 il sistema esperto 41 attua un meccanismo di ritrasformazione inverso, detto di "defuzzyfication", in cui i valori fuzzy della variabile di uscita vengono combinati fra loro per ottenere un valore ben preciso del parametro cadenza di riferimento CR.

I criteri di funzionamento sopra descritti possono essere ancora meglio compresi sulla base dell'esempio pratico qui sotto descritto.

Esempio pratico

Ad un dato istante si misurano i valori di velocità (sensore 6) = 17 Km/h e coppia (sensore 5) = 37 N-m.

Dalla prima funzione di appartenenza si ricavano:

Velocità BASSA = 0.7777

Velocità MEDIO BASSA = 0.2222

Velocità MEDIA = 0

Velocità MEDIO ALTA = 0

Velocità ALTA = 0

Dalla seconda funzione si appartenenza si ricavano:

Coppia BASSA = 0

Coppia MEDIO BASSA = 0

Coppia MEDIA = 0.3125

Coppia ALTA = 0.6875

Dalla regola A) —» Cadenza Riferimento BASSA = min

(0.7777, 0.6875) = 0.6875,

Dalla regola B) — > Cadenza Riferimento MEDIO BASSA « min (0.2222, 0.6875) = 0.2222 Dalla regola C) → Cadenza Riferimento MEDIO BASSA = min (0.7777, 0.3125) = 0.3125 Dalla regola D) → Cadenza Riferimento MEDIO BASSA = min (0.2222, 0.3125) = 0.2222 Quindi, combinando il risultato della regola A con se stessa: Cadenza riferimento BASSA = 0.6875.

Combinando il risultato delle regole B), C), D) —» Cadenza Riferimento MEDIO BASSA = max (0.2222, 0.3125, 0.2222) = 0.3125.

A questo punto occorre applicare la defuzzification, partendo dai valori fuzzy di output

Cadenza Riferimento:

BASSA 0.6875

MEDIO BASSA = 0.3125

MEDIA = 0

MEDIO ALTA = 0

ALTA = 0

Ad esempio si può usare la formula

∑CR, · VALCR,

i =i_

∑CR,

Segue

CR = 0.6875■68+0.3125·78+0.86+0.92+0.95 71.25

71.25

0.6875+0.3125+0+0+0 1

Tornando al diagramma di flusso della figura 5, nel passo 108 il valore di cadenza di riferimento così ottenuto viene confrontato (così come rappresentato in modo più specifico anche nel nodo 42, di fatto incluso nel sistema esperto 41) con il valore della cadenza di pedalata desunto dal sensore 7.

Nel caso in cui lo scarto relativo (segnale di errore "e") risulti in modulo inferiore ad una soglia data, il sistema non compie alcun intervento, evolvendo verso il passo finale 101: tutto questo decidendo in pratica di non intervenire sul cambio 2 e di voler riconsiderare la questione di un eventuale cambio del rapporto della trasmissione alla successiva sequenza di controllo.

Qualora si rilevi invece che l'ammontare del valore di scarto è superiore alla soglia data; e quindi tale da richiedere un intervento, il sistema evolve verso un ulteriore passo 109 e poi verso un ancora successivo passo 110 in cui viene effettivamente attuato l'intervento sul cambio 2 così da comandare il cambiamento del rapporto (in aumento o in diminuzione) in funzione delle esigenze di adattamento riscontrato, ossia in funzione del segno del valore di scarto "e".

Il passo indicato con 109 (di presenza facoltativa e suscettibile comunque di essere implementato anche in altra forma, ad esempio come semplice rinvio al passo finale 101) corrisponde ad una verifica temporale (si tratta in pratica di un meccanismo di filtraggio) in cui il dispositivo 4 accerta che sia trascorso un intervallo di tempo sufficiente rispetto al precedente cambio di rapporto. Nel caso in cui sia trascorso un intervallo di tempo inferiore rispetto ad una soglia temporale prefissata (esito negativo del passo di confronto 109) il sistema procede direttamene al passo finale 101, senza fare alcun intervento sul cambio 2 e rinviando un eventuale intervento di cambio del rapporto ad una successiva sequenza di controllo.

Se invece è trascorso un intervallo di tempo sufficiente, il sistema evolve verso il passo 110 cambiando il rapporto di trasmissione.

Con riferimento al passo 109 è stato esplicitato il fatto che, agendo sull'interfaccia 11 ed in particolare sul modulo 10 (relativo al cambiamento delle regole di funzionamento del sistema), il ciclista può variare selettivamente il valore della soglia temporale utilizzata per l'esplicazione della suddetta funzione di filtraggio.

Anche in questo caso, mentre un ciclista di livello amatoriale o dilettante potrà ritenere preferenziale avere un intervallo di tempo sufficientemente lungo(in particolare per evitare di avere a disposizione un sistema troppo "nervoso" che cambia rapporto di trasmissione ogni volta che viene ravvisata, anche per brevi intervalli di tempo, la necessità di intervenire in questo senso), il ciclista professionista, più esperto e più raffinato nel valutare e controllare la sua prestazione fisica, potrà avere interesse,a ridurre, anche di molto, il suddetto intervallo, in modo da disporre di un sistema in grado di adattarsi in tempi molto rapidi a modi diversi adottati dal ciclista stesso nell'interagire con il sistema bicicletta 1.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema per controllare una trasmissione a rapporto variabile montata su un attrezzo (1), la trasmissione avendo associati: - un attuatore (2) per variare detto rapporto di trasmissione,.e - mezzi di azionamento (3) per applicare forza motrice in ingresso a detta trasmissione con un'azione periodica di cadenza data, il sistema comprendendo: --primi mezzi sensori (5) sensibili a detta forza motrice e suscettibili di generare un rispettivo primo segnale, - secondi<’ >mezzi sensori (6) sensibili alla velocità di funzionamento di detto attrezzo (1) e suscettibili di generare un rispettivo secondo segnale, e - un dispositivo di comando (4) sensibile a detto primo ed a detto secondo segnale,e suscettibile di controllare detto attuatore (2) in funzione di detto primo e secondo segnale, ed essendo caratterizzato dal fatto che: - sono previsti terzi mezzi sensori (7) sensìbili a detta cadenza data e suscettibili di generare un rispettivo terzo segnale, - detto dispositivo di comando (4) è configurato per determinare, a partire da almeno detto primo e detto secondo segnale, un segnale di riferimento indicativo di un valore di riferimento di detta cadenza (CR), - detto dispositivo di comando (4) è suscettibile di confrontare {42, 108) detto segnale di riferimento e detto terzo segnale così da identificare un corrispondente segnale di scarto (e), e - detto dispositivo di comando<; >(4) è configurato per agire su detto attuatore (2) variando detto rapporto di trasmissione così da minimizzare detto segnale di scarto (e).
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che: - detti primi mezzi sensori (5) comprendono un misuratore della forza di pedalata applicata ad una pedivella (3) di una bicicletta (1) e detti secondi mezzi sensori comprendono un sensore della velocità di avanzamento della bicicletta (1) stessa, e - detto dispositivo di comando (4) è un dispositivo di comando suscettibile di agire su almeno un cambio di velocità {2) montato su detta bicicletta (l).
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di comando (4) è configurato in modo da determinare detto segnale di riferimento di detta cadenza (CR) anche in funzione di detto terzo segnale .
4. 4. Sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di comando (4) comprende: - un primo modulo funzionale (104) sensibile (102) a detto primo segnale e suscettibile di classificare detto primo segnale in funzione di un rispettivo primo grado di appartenenza, - un secondo modulo funzionale (105) sensibile (103) a detto secondo segnale e suscettibile di classificare detto secondo segnale in funzione di un rispettivo secondo grado di appartenenza, - un terzo modulo funzionale per l'applicazione di regole (106), sensibile a rispettivi valori di detto primo e di detto secondo grado di appartenenza e suscettibile di determinare detto valore di riferimento di detta cadenza (CR) con valori differenziati in funzione dei valori di detto primo e secondo grado di appartenenza.
5. 5. Sistema"secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un modulo di controllo (8, 9, 10) selettivamente azionabile per variare selettivamente almeno uno fra: - il criterio di attribuzione di detto primo grado di appartenenza da parte di detto primo modulo funzionale (104), - il criterio di attribuzione di detto secondo grado di appartenenza da parte di detto secondo modulo funzionale (105), e - la legge di determinazione di detto valore di riferimento di detta cadenza (CR) da parte di detto -terzo modulo funzionale (106) a partire dai gradi di appartenenza attribuiti da detto primo (104) e secondo (105) modulo funzionale e detto primo e detto secondo segnale.
6. 6 . Sistema secondo la rivendicazione 4 o la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto primo (104), detto secondo (105) e detto terzo (106) modulo funzionale operano secondo una logica di tipo fuzzy.
7. 7. Sistema secondo la rivendicazione 2 e la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto modulo di controllo (8, 9, 10) comprende almeno uno fra: - un primo modulo funzionale di controllo (8) per variare selettivamente il criterio di attribuzione di detto primo e detto secondo grado di appartenenza da parte di detti primo (104) e secondo (105) modulo funzionale in funzione del livello atletico del ciclista, - un secondo modulo funzionale di controllo (9) per variare selettivamente il criterio.di attribuzione di detto primo e detto secondo grado di appartenenza da parte di detti primo (104) e secondo (105) modulo funzionale in funzione di diverse strategie di conduzione di detta bicicletta (1), e - un terzo modulo funzionale di controllo (10) per variare selettivamente le regole di determinazione di detto valore di riferimento di detta cadenza (CR) data da parte di detto terzo modulo funzionale (106).
8. 8. Sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di comando (4) include una funzione (109) per inibire l'intervento su detto attuatore (2) per un intervallo di tempo di durata predeterminata a partire dal precedente intervento realizzato da detto dispositivo di comando (4) su detto attuatore (2) per variare detto rapporto di velocità.
9. 9. Sistema secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che l'entità di detto intervallo di tempo è selettivamente variabile.
10. 10. Procedimento per controllare una trasmissione a rapporto variabile montata su un attrezzo (1), la trasmissione avendo associati: - un attuatore (2) per variare detto rapporto di trasmissione, e - mezzi di azionamento (3) per applicare forza motrice in ingresso a detta trasmissione con un'azione periodica di cadenza data, il procedimento comprendendo le operazioni di: - rilevare (5) detta forza motrice e generare un rispettivo primo segnale, - rilevare (6) la velocità di funzionamento di detto attrezzo (1) e generare un rispettivo secondo segnale, e - controllare detto secondo attuatore (2) in funzione di detto primo e secondo segnale, ed essendo caratterizzato dal fatto che comprende le operazioni di: - rilevare (7) detta cadenza data e generare un rispettivo terzo segnale, - determinare, a partire da almeno detto primo e detto secondo segnale, un segnale di riferimento indicativo di un valore di riferimento di detta cadenza (CR), - confrontare (42, 108) detto segnale di riferimento e detto terzo segnale così da identificare un corrispondente segnale di scarto (e), e - controllare detto attuatore (2) variando detto rapporto di trasmissione così da minimizzare detto segnale di scarto (e).
11. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che comprende le operazioni di; -,generare detto primo segnale quale segnale indicativo della forza di pedalata applicata ad una pedivella (3) di una bicicletta (1), - generare detto secondo segnale quale segnale indicativo della velocità di avanzamento della bicicletta (1) stessa, e - controllare, quale detto attuatore (2), almeno un cambio di velocità montato su detta bicicletta (1).
12. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 10 o la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che comprende l'operazione di determinare detto valore di riferimento di detta cadenza (CR) anche in funzione di detto terzo segnale.
13. 13. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 10 a. 12, caratterizzato dal fatto che comprende le operazioni di: - classificare (104) detto primo segnale in funzione di un rispettivo primo grado di appartenenza, - classificare (105) detto secondo segnale in funzione di un rispettivo secondo grado di appartenenza, e - determinare detto valore di riferimento di detta cadenza (CR) con valori differenziati in funzione··dei valori di detto primo e secondo grado di appartenenza .
14. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che comprende le operazioni di variare selettivamente almeno uno fra: - il criterio di attribuzione di detto primo grado di appartenenza, - il criterio di attribuzione di detto secondo grado di appartenenza, e - la legge di determinazione di detto valore di riferimento di cadenza (CR) a partire dai gradi di appartenenza attribuiti a detto primo e secondo segnale.
15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 13 o la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detti criteri di attribuzione e detta legge di determinazione sono basati su una logica di tipo fuzzy.
16. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 11 e la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una fra le operazioni di: - variare selettivamente il criterio di attribuzione di detto primo e di detto secondo grado di appartenenza in funzione del livello atletico del ciclista, ' - variare selettivamente il criterio di attribuzione di detto primo e di detto secondo grado di appartenenza in funzione di diverse strategie di conduzione di detta bicicletta, e - variare selettivamente le regole di determinazione di detto valore di riferimento di detta cadenza (CR) a partire da detti gradi di appartenenza .
17. 17. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 10 a 16, caratterizzato dal fatto che comprende l'operazione di inibire l'intervento su detto attuatoré (2) per un intervallo di tempo di durata predeterminata a partire dal precedente intervento realizzato su detto attuatoré per variare detto rapporto di velocità.
18. 18. Procedimento secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che l'entità di detto intervallo di tempo è selettivamente variabile.