WO2022258920A1 - Method for controlling an electrical assistance device - Google Patents

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WO2022258920A1
WO2022258920A1 PCT/FR2022/051082 FR2022051082W WO2022258920A1 WO 2022258920 A1 WO2022258920 A1 WO 2022258920A1 FR 2022051082 W FR2022051082 W FR 2022051082W WO 2022258920 A1 WO2022258920 A1 WO 2022258920A1
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WO
WIPO (PCT)
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motor
speed
effort
user
phase
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/051082
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French (fr)
Inventor
Yohan WANDERLOID
Thomas PASUTTO
Original Assignee
Electricite De France
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Publication date
Application filed by Electricite De France filed Critical Electricite De France
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    • A61G5/04Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs motor-driven
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Definitions

  • the present invention relates to the field of mobility for people with disabilities, and more particularly relates to a control method for an electric assistance device for a wheelchair.
  • annular handle is arranged on the side of each rear wheel.
  • the wheelchair is propelled and guided either by the user using the ring handles to turn the rear wheels, or by a third person pushing the wheelchair.
  • a second type of known wheelchairs are motorized wheelchairs.
  • these chairs are often much more massive and heavy than manual chairs.
  • these wheelchairs include four or six wheels, of reduced diameter compared to the rear wheels of a manual wheelchair.
  • the wheelchair incorporates electric motors, large batteries and a guidance system.
  • the known motorized wheelchairs can only be controlled with a guidance system. Most often, it is a "joystick" type handle. This arrangement makes the wheelchair particularly useful in the case of multiple disabilities, but prohibits any manual maneuver.
  • the wheelchair can only move with the power of the motors, it is necessary to have large capacity batteries, which weighs down the chair enormously.
  • manual wheelchairs are known in which a motor is integrated into the hub of each rear wheel.
  • the motor is an electric assist motor. This means that the motors alone do not move the wheelchair, but they provide additional force requiring less effort from the user.
  • the control of the wheelchair is always carried out with the ring handles. This solution is particularly advantageous because it provides assistance when the user is uphill for example, or to avoid fatigue over long distances.
  • this solution can only be used on a wheelchair specifically adapted for. In other words, this solution is not adaptable to any manual wheelchair.
  • Another solution, to motorize a manual wheelchair consists in adding to the wheelchair a device with a motorized wheel. Most often, this device takes the form of a front wheel, with a handlebar. The device is then attached to the front of the wheelchair. The handlebar functions like a motorcycle handlebar with a rotating handle to control engine speed, and another handle to brake. This device is not an assistance system, but a complete motorization system. Thus, the user no longer uses his arms to move and orient the chair. In the event of a breakdown, as with a standard motorized chair, it is impossible for the user to move the chair.
  • Patent application FR 1901231 describes an electric assistance device for a wheelchair which comprises at least one motor having a rotor connected to a toothed pinion adapted to mesh with complementary teeth of a tire of a wheel of the wheelchair, which does not have the disadvantages of the prior art.
  • the aim of the present invention is to propose a method for controlling an electric assistance device for a human-powered vehicle.
  • the invention proposes a method for controlling an electric assistance device for a human-powered vehicle, the electric assistance device comprising at least one motor making it possible to supplement the human propulsion and comprising means of inertial acquisition, the method being characterized in that it comprises at least the following steps:
  • the method may comprise a step (d) of estimating a level of roughness of a ground on which the vehicle comprising the device is running.
  • the estimation of the roughness of step (d) can be carried out according to vibrations generated by rolling of the vehicle on the ground.
  • the estimation of the roughness of step (d) can be carried out according to the determination of a variation of a vertical component of the acceleration caused by vibrations generated by the rolling of the vehicle on the ground.
  • Step (d) may include estimating friction based on the roughness estimate from step (d).
  • the friction estimate may include a correction of the friction estimate by integration and/or linear regression.
  • the effort of the user in step (e) can be expressed as a sum of terms including at least the inclination of the device, the torque of the at least one motor and the acceleration of the device.
  • the sum expressing the effort of the user can also include the estimated friction.
  • step (f) may include electrically energizing the at least one motor to place the device in the power assist operating state, or step (f) may include increasing the electrical voltage delivered to the at least one motor to position the device in a state of reinforcement of the electric assistance.
  • step ( f) may comprise the electrical de-energization of the at least one motor, to position the device in the state of extinction of the at least one motor.
  • step (f) can comprise the variation or the maintenance of a setpoint of the at least one motor to maintain the device at a speed substantially equivalent to a speed acquired in step (b) or at a preset speed.
  • each force can be estimated is greater than a second force threshold, then it can be determined that the user is in the turn phase.
  • Step (f) may comprise the electrical de-energization of the at least one motor, to position the device in the state of extinction of the at least one motor.
  • Step (f) may comprise the application of a current differential to two respective motors, the current differential being proportional to a rotational speed difference between the two motors.
  • Step (f) may include the comparison of a speed of the device determined in step (b) with a third speed threshold value called the trigger speed.
  • step (f) may comprise the progressive increase of a setpoint of the at least one motor until the speed of the device reaches a value of cruising speed threshold, then, step (f) can comprise the stabilization of a setpoint of the at least one motor to maintain the speed of the device substantially equal to the cruising speed threshold value.
  • the invention relates to an electric assistance device for a human-powered vehicle, configured to implement a method according to the invention, comprising at least one motor having a rotor connected to a pinion rubbing on a tire of a wheel of a vehicle and comprising inertial acquisition means, the device comprises at least one controller suitable for measuring the speed of rotation of said at least one motor and at least one control member suitable for controlling said at least a motor.
  • the controller can be adapted to transmit to said at least one motor a control setpoint transmitted by said at least one control member.
  • the electrical assistance device may comprise an inertial unit.
  • the control unit may be a computer adapted to execute the method according to the invention.
  • the human-powered vehicle can be a wheelchair comprising two rear wheels each having a tire, and comprising at least one electric assistance device according to the invention.
  • the wheelchair comprising a seat and a chassis comprising a structure, the control member and the inertial unit can be fixed under the seat or integrated into the structure of the chassis.
  • the invention relates to a computer program product comprising code instructions for the execution of a method according to the invention, when it is executed by a computer.
  • the invention relates to storage means readable by computer equipment on which a computer program product comprises code instructions for the execution of a method according to the invention.
  • FIG. 1 is a partial representation, in perspective , a wheelchair fitted with an electric assistance device according to the invention, in the transport position.
  • Figure 2 is a partial representation, in perspective, of a wheelchair fitted with an electric assistance device according to the invention, in the transport position, from another angle of view.
  • FIG. 3 is a representation of an open box containing controllers and a piloting device according to the invention.
  • Figure 4 is a representation of a closed box containing controllers and a control device according to the invention.
  • Figure 5 is a representation of a control box fixed under the seat of a wheelchair.
  • Figure 6 is a diagram of a wheelchair according to the invention facing a slope.
  • FIG. 7 is a block diagram of a method for controlling an electric assistance device according to the invention.
  • FIG. 8 is a block diagram of step (f) according to a first mode of operation.
  • FIG. 9 is a block diagram of step (f) according to a second mode of operation. In all the figures, similar elements bear identical references.
  • the invention relates to a method of controlling an electric assistance device for a human-powered vehicle.
  • human propulsion it is understood a propulsion resulting from an effort of the human body.
  • the vehicle can for example be a scooter, a bicycle, or a wheelchair as will be described below.
  • the electric assistance device comprises at least one motor making it possible to supplement human propulsion,
  • the electric assistance device 1 notably comprises a motor 2, a pinion 4 and an arm 6.
  • the electric assistance device 1 comprises a motor 2, preferably electric.
  • Motor 2 has a rotor 22 and a stator 21. According to the embodiment presented here, it is a motor 2 of the motor 2 type with an external rotor 22. It could be an alternative to a more conventional 2 motor with an internal 22 rotor.
  • Rotor 22 is connected to pinion 4.
  • Rotor 22 is mounted on stator 21 using ball bearings.
  • Pinion 4 is driven directly by rotor 22. Alternatively, it can be driven by rotor 22 via a freewheel.
  • the pinion 4 is intended to cooperate with a tire 110 of a wheel 104, 105 of the wheelchair 100, i.e. to come into contact with a tread 110a or, preferably, a sidewall 110b of this tire 110, so to be able to transmit to it a force making it possible to rotate the tire 110 and move the wheelchair 100.
  • the pinion 4 may be toothed (that is to say it is not smooth and has a toothing, in other words a plurality of protruding elements improving the contact and the friction between the pinion 4 and the tire 110), smooth or can present a rough surface (by rough surface, it is understood a surface having a plurality of asperities increasing the friction between the pinion 4 and the tire 110 ).
  • the tire 110 can also be cleverly toothed (so as to be able to mesh with the toothing of the pinion 4) in a complementary or smooth manner or can have a complementary rough surface. It is then understood that the force is transmitted much more effectively directly by support of the teeth or by friction.
  • the pinion 4 is preferably made of metal, for example steel by superimposing stamped sheets with a thickness of between 0.5 and 2 mm or by milling.
  • the toothing or the rough surface of the sidewall 110b, 110c of the tire is preferably made of a rubber mixture with a Shore A hardness preferably between 55 and 95 and even more preferably between 75 and 95 to promote the value of the driving force. transmitted by the engine.
  • the toothing or the rough surface can—for example—be molded at the same time as the tire 110 or it can be attached to a tire 110 molded previously.
  • the motor 2 is connected to the wheelchair by the mobile arm 6.
  • the movable arm 6 makes it possible to maneuver the motor between three positions, a engaged position in which the toothing of the pinion 4 is in contact (ie meshed) with the toothing of the tire 110 (electrical assistance is then possible), a disengaged position in which the pinion 4 is not in contact with the tire 110 (ie not meshed with the toothing of the tire 110, in other words - slightly - away from the tire 110) (the chair 100 returns to manual mode) and a transport position in which the pinion 4 is moved away from the tire 110 and retracted under the seat 103.
  • the arm 6 makes it possible to approach or move pinion 4 away from tire 110.
  • a proximal portion 63 of the arm 6 fixed to the motor 2 is oriented along an axis substantially parallel to a plane of the rear wheel 104 or 105. This arrangement allows a user to be able to easily position the assistance device Electric 1 in the engaged position, if desired. Conversely, in the transport position, the motor is retracted under the seat 103, away from the wheel 104 or 105 (i.e.
  • the motor 2 is farther from the wheel 104 or 105 than in the disengaged position) .
  • the proximal part 61 of the arm 6 is oriented along an axis substantially perpendicular to the plane of the rear wheel 104 or 105.
  • a disengaged position and a transport position are particularly advantageous.
  • the disengaged position is particularly practical when driving, the proximity of the motor 2 to the wheel 104 or 105 makes it possible to quickly engage the electric assistance device 1.
  • the disengaged position does not allow the wheelchair to be folded 100.
  • the transport position makes it possible to fold the wheelchair 100.
  • the arm 6 is fixed to the structure of the wheelchair using for example a clamp 61 adapted to hook onto the structure of the wheelchair 100.
  • the clamp 61 has two half-jaws.
  • the two jaw halves are screwed together. This assembly allows both to be able to fix, at will, the device 1 on a wheelchair 100, while guaranteeing maximum safety. In fact, when the two half-jaws are screwed on, they guarantee reliable holding of the device 1 .
  • the electric assistance device 1 comprises a control unit 303 and one or more controllers.
  • Each controller 302 is suitable for measuring the speed of rotation w of a corresponding motor 2.
  • the electric assistance device 1 comprises as many controllers 302 as motors 2.
  • the control unit 303 is suitable for controlling the or each motor 2.
  • the control unit 303 is suitable for receiving data acquired by the controllers 302, for process this data and issue a command instruction accordingly.
  • controller 303 can be a computer.
  • each controller 302 is suitable for transmitting to a corresponding motor 2 a control setpoint issued by the control unit 303.
  • the controllers 302 allow both to perform measurements and transmit command instructions.
  • the controllers 302 can be components for measuring and controlling the voltage and the electric current at the terminals of each motor 2.
  • the controllers 302 make it possible to control the speed of rotation and the torque developed by the or the engines. At the same time, they allow access to the torque and speed information of the motor(s).
  • speed of the motor (or motors) will be understood to mean the linear speed measured at the level of the motors but related to the wheel in m/s; said linear speed is equal to the linear speed of the wheels when there is no slipping phenomenon in the transmission at pinion level, or at ground level, in this case said linear speed is the speed of the wheelchair relative on the ground.
  • the assistance supports the user by acting on the torque developed by the motor(s). It is possible to modify the torque of motor 2.
  • the torque setpoint of the motor 2 is controlled by a vector control method or FOC (field-oriented control). These methods are well known to those skilled in the art and are not detailed here.
  • the electrical assistance device 1 also comprises inertial acquisition means which comprise at least one accelerometer and preferably at least one gyrometer and one magnetometer.
  • the inertial acquisition means can be an inertial unit 301.
  • this inertial unit can be placed as close as possible to the axis of rotation of the rear wheels of the device 1, and at equal distance of two wheels. This arrangement minimizes the contribution of accelerations coming from the rotation of the device (forward/backward tilting corresponding to a rotation relative to the axis of the rear wheels, or change of direction inducing a rotation along the vertical axis).
  • the use of a gyrometer is therefore not essential. Nevertheless, the gyrometer is an advantageous arrangement which makes it possible to gain in precision more particularly on the detection of the angle that the wheelchair makes with respect to the horizontal.
  • the inertial unit 301 comprises an accelerometer using three degrees of freedom and a gyroscope using three other degrees of freedom.
  • the inertial unit 301 makes it possible to determine the acceleration and the inclination A of the device 1.
  • the control unit 303 and the controllers 302 can advantageously be grouped together in a box 300.
  • This arrangement advantageously makes it possible to group together in a single protective box 300 the various electronic elements that can be fragile.
  • the box 300 may have a shock-resistant structure, isolating any discharges of static electricity and impermeable to splashing water (or other liquids).
  • the box 300 can for example be made of plastic or composite material. According to a particularly advantageous arrangement, the box 300 can be miniaturized to be integrated into the chair frame.
  • the invention relates to a wheelchair 100 equipped with one or more electric assistance devices 1.
  • the wheelchair 100 is a known manual wheelchair, comprising a frame made up of a plurality of tubes 102, a seat 103, two rear wheels 104, 105 and two front wheels 107.
  • the two rear wheels 104, 105 have a diameter much greater than the diameter of the two front wheels 107.
  • the two rear wheels 104,105 are each provided with a ring handle 106.
  • the ring handles allow a user to propel and steer the wheelchair 100.
  • each rear wheel 104, 105 is provided with a tire 110.
  • Each tire 110 has a tread 110a intended to come into contact with the ground, two flanks 110b and 110c, of which an internal flank 110b (oriented towards the middle of the chair 100 and an outer side 110c (oriented towards the outside of the chair 100 and on the side of which there is the annular handle 106).
  • the chair 100 is equipped with at least one electric assistance device 1 adapted to cooperate with at least one wheel 104, 105, in particular the rear wheel 104 right or left 105 (since these are wheels of greater size supporting the majority of the weight of its user, and therefore capable of transmitting a significant tractive effort to the ground without loss of grip between the tire and the ground).
  • at least one wheel 104, 105 of the wheelchair is provided with the device 1.
  • the wheelchair 100 is equipped with at least two electric assistance devices 1, i.e. at least one for each rear wheel 104 and 105, in particular one with the left rear wheel 105 and one with the wheel rear right 104.
  • at least two electric assistance devices 1 i.e. at least one for each rear wheel 104 and 105, in particular one with the left rear wheel 105 and one with the wheel rear right 104.
  • Such an embodiment allows a more efficient symmetrical propulsion, and even allows, if necessary, to rotate the chair 100 by applying different speeds or rotational torques to the left and to the right.
  • this embodiment makes it possible to provide uniform assistance in a straight line while allowing assistance during turns. It is understood that it remains possible to mount several devices 1 on a single wheel, so as to multiply the power.
  • said tire 110 of a wheel 104, 105 provided with the device 1 has a toothing or a complementary rough band of the pinion 4 connected to the rotor 22 of the said motor 2 of the electric assistance device 1
  • At least one of the flanks 110b, 110c, and in particular the inner flank 110b, and preferably each of the flanks 110b, 110c, has symmetrical helical toothing, complementary to the symmetrical helical toothing of pinion 4, or has a band rough.
  • symmetrical toothing whether straight or helical, makes it possible to use the same type of tire 110 indiscriminately for the right rear 104 or left rear 105 wheels, i.e. a configuration can be provided in which each of the rear wheels 104 is provided with a device 1, while having the same tire 110 (presenting the symmetrical toothing on each of its sides 110b, 110c).
  • a non-symmetrical toothing is used (for example of the type as described in the applicant's patent application WO2014086727) making it possible to further increase the transmissible torque.
  • asymmetrical teeth requires having a specific left tire and a specific right tire, or else identical tires on the left and on the right, but with teeth on both sides, thus slightly increasing the cost. Manufacturing.
  • each motor 2 is fixed by an arm 6 close to each rear wheel 104, 105. So that the pinion 4 connected to each motor 2 can be meshed with the toothing of the tire 110 of the rear wheel 104 , 105 corresponding.
  • the arms 6 make it possible to maneuver the pinions 4 between an engaged position in which the pinions 4 are each meshed with a toothing of the corresponding tire 110, and a disengaged position in which the pinions 4 are spaced apart from the tires 110.
  • the engaged position the pinions 4 are meshed with the tires and the motors 2 can apply a torque to the rear wheels 104, 105.
  • the disengaged position the pinions are at a distance from the tires and the motors 2 cannot apply no torque to the rear wheels 104, 105.
  • the arms also make it possible to maneuver the electrical assistance devices 1 into the transport position.
  • the sprockets 4 are away from the tires 110 and are retracted under the seat 103.
  • This arrangement is particularly useful when the wheelchair is placed, for example, in the trunk of a vehicle. By being retracted under the seat 103, the electrical assistance devices 1 are less exposed to possible collisions, or shocks, which could damage them.
  • this arrangement is particularly advantageous in the case of a foldable wheelchair 100.
  • the housing 300 and the inertial unit 301 are fixed under the seat 103.
  • This arrangement advantageously protects the on-board electronics from bad weather, and does not change the balance of the chair too much. 100.
  • a user can activate the electric assistance by placing the arms 6 in the engaged position.
  • the motors 2 can then be triggered according to the method detailed below, and exert a torque on the rear wheels 104, 105.
  • the force transmitted by the motors 2 will relieve the user who will have less effort to provide to move the chair. rolling 100 by the strength of his arms.
  • the user can at any time place the arms 6 in the disengaged or transport position, thus disconnecting the electric assistance. In the disengaged or transport position, the user moves the wheelchair 100 solely by the force of his arms. Control process
  • the invention proposes a method for controlling one or more electrical assistance device 1 for a human-powered vehicle.
  • the process mainly comprises the following steps (which will be detailed below):
  • the method uses physical quantities of motors 2 (speed and torque) and physical quantities of device 1 to estimate user effort. Then, the estimated effort is used to control the motors 2.
  • the estimation of a user's effort and its use to control the motors 2 is a particularly ingenious provision of the invention which makes it possible to make the electric assistance as efficient as possible for the user. Indeed, unlike the known devices in which the electric assistance is only a function of the speed or the acceleration), with the method according to the invention the assistance is as close as possible to the needs of a user. Indeed, as will be detailed below, in the case for example where the vehicle (wheelchair 100) rolls uphill on particularly rough ground.
  • the wheelchair 100 will have a low speed and a low acceleration while the user must exert a lot of effort.
  • the method according to the invention makes it possible to implement electrical assistance adapted to the efforts of the user (which in this example are high) and not directly to the speed or the acceleration (which in this example are weak).
  • the method according to the invention makes it possible to control the motors 2 by prioritizing the efforts of the user on the speed and the acceleration.
  • an acceleration phase is a phase during which it is determined that the user seeks to increase the speed of the wheelchair 100.
  • an acceleration phase the efforts of the user make it possible to increase the speed wheelchair 100.
  • a deceleration phase is a phase in which the user seeks to reduce the speed of the wheelchair 100.
  • the efforts of the user brake the wheelchair in order to slow it down.
  • the invention makes it possible to distinguish a phase of deceleration (which results from a choice of the user), from an external braking force, such as for example the action of the wind, a slope or a tire deflated.
  • a cruising phase is a phase in which the user maintains the wheelchair 100 at a substantially constant speed.
  • the speed of the wheelchair 100 remains substantially identical (in other words, in the cruising phase the acceleration of the wheelchair 100 is substantially zero).
  • variable speed drives each controlling a motor 2.
  • each motor 2 is connected to a pinion which drives the sidewall of a tire 110 mounted on a wheel (i.e. the pinion rubs against the sidewall of the tire 110). By knowing the diameters of the pinion and the tire, it is easy to calculate the rotational speed of the wheel.
  • the method comprises obtaining one or more physical quantities of the device 1, including at least one acceleration and one inclination.
  • these physical quantities can be obtained by the inertial unit or an accelerometer coupled or not to a gyroscope.
  • the measurement can also be refined with a magnetometer.
  • step (b) can comprise a calculation of the inclination of the device.
  • inclination A orientation of the device 1 in a terrestrial reference (X′, Y′, Z′).
  • the inclination A corresponds to the orientation of the proper reference (X, Y, Z) of the device 1 with respect to the terrestrial reference (X′, Y′, Z′).
  • the inclination A of the device can be determined as follows: the accelerations communicated to the wheelchair by the user or by the assistance, and corresponding to the accelerations obtained by means of the controllers 302 or the motors 2, are subtracted from the measurements of acceleration from the inertial unit.
  • the data of the components of gravity in the frame of reference (X, Y, Z) of the wheelchair 100 is used to determine the angle a of the road on which the wheelchair is rolling and its inclination with respect to the vertical, using of a cosine direction matrix (DCM).
  • DCM cosine direction matrix
  • the information coming from the inertial unit 301 deviates from the ideal measurements because of the noises and errors which affect the measurements (bias, noise, drifts over time of the angular measurements).
  • filtering methods well known in signal processing can be implemented.
  • filtering techniques can be used, such as moving averages or the average of the last N samples.
  • the method according to the invention may comprise a step for detecting an anomaly.
  • anomaly it is understood for example a slippage of a wheel, an overturning of the wheelchair 100 or even a slippage of the pinion 4 on a wheel.
  • the detection of an anomaly can be carried out by calculating a correlation value between the acceleration of the device and the speed of the at least one engine 2. Next, the correlation value is compared with an anomaly threshold value.
  • the device will have zero speed while the motors will have a high rotational speed because the wheels will be relieved of the constraints of the user's weight and the friction of the ground.
  • step (f) comprises turning off the electrical voltage of the, or each, motor 2, to position the device 1 in the state of engine shutdown 2.
  • anomaly detection can consist of detecting an increase in acceleration exceeding a predetermined threshold corresponding to the inertia developed by the wheelchair and the user. This increase in acceleration may correspond to the sprocket slipping on the tire. It is then necessary to turn motors 2 off.
  • the correlation value can be calculated from the difference between a value of the acceleration of the device and the speed of the at least one motor.
  • anomaly detection can also be performed by comparing a variation of the inclination with respect to a horizontal axis. If the inclination A exceeds a defined threshold, then an anomaly is detected and step (f) comprises the electrical de-energization of the, or each, motor 2, to position the device 1 in the state of extinction of the motors 2.
  • another type of anomaly may be a speed of device 1 or motor 2 exceeding a previously set safety threshold.
  • the detection of an anomaly causes the immediate stopping of the electric motors and therefore of the assistance.
  • Early anomaly detection is particularly advantageous because it makes it possible to avoid an accident or a secondary accident. By early, it is understood that the anomaly detection is carried out at the earliest in the method according to the invention, as soon as the necessary quantities are acquired/obtained.
  • the method according to the invention comprises a step (d) of estimating a level of roughness of the ground on which the vehicle is rolling (i.e. typically the wheelchair 100). As will be described below, this step may be prior to estimating a user's effort.
  • the estimate of the roughness of the ground can be carried out according to the vibrations generated by the rolling of the wheelchair 100 on the ground.
  • a level of friction F can be determined from the estimated roughness.
  • the friction level F is determined as a function of the estimated roughness.
  • This estimate can then be refined by correcting the estimate of the level of friction.
  • the method comprises the determination of an error due to friction ⁇ frot .
  • the level of friction F can be corrected by integration and/or by linear regression.
  • this method consists in integrating the forces undergone by the wheelchair 100 for a determined time (disregarding certain aberrant cases described below) in order to measure the force of friction of the ground without being disturbed by the forces of the user.
  • the time determined for the integration is chosen so as not to be affected by the user's efforts on the wheels, while allowing rapid adaptation to external forces (roughness of the ground, wind, etc.).
  • the error due to friction ⁇ frot can be determined according to [Maths. 4].
  • the error due to friction ⁇ frot can also be calculated by carrying out an integration with a sliding average which can be weighted, according to [Maths. 5].
  • a second method consists in saving the N previous measurements and obtaining a friction model by linear regression by recalculating the force undergone by the wheelchair [Maths. 6] which makes it possible to deduce the error due to friction, a coefficient of friction proportional to the speed squared and a coefficient of friction proportional to the speed by linear regression according to [Maths. 7].
  • This method makes it possible to take into account the frictions according to the variations of speed. While first method requires a readjustment time when changing gears.
  • this determination is carried out over a predetermined period allowing an optimal estimation of the coefficient of friction as a function of the speed.
  • the duration may be about ten minutes.
  • the method according to the invention comprises a step of estimating an effort F ut of a user.
  • the estimation of an effort F ut of a user is a particularly clever arrangement of the invention.
  • the force F ut of the user is estimated from the estimated level of friction, the inclination of the device 1, the torque of the motor 2 and the acceleration of the device 1.
  • the force F ut can be directly estimated from the inclination of the device 1, the torque of the motor 2 and the acceleration of the device 1, without taking into account the level of friction.
  • the level of friction is not estimated and is replaced by the application of a predefined coefficient in the estimation of the force.
  • the estimation of the force can be carried out for each wheel of the vehicle (the wheelchair 100 according to our example).
  • the specific estimation for each wheel makes it possible to determine if a user is about to initiate a turn.
  • the system will detect a difference in force applied by the user on each wheel.
  • the difference in these forces makes it possible to detect that the user is engaging in a cornering phase and to adapt the assistance accordingly.
  • the end of the turn will be detected when both wheels turn at the same speed.
  • the system will then adapt its behavior according to the operating state desired by the user (braking, acceleration, cruising). It should be noted that when the system senses a sufficient braking force on both wheels, the system switches to the braking deceleration state even if it was in a cornering state.
  • the effort F ut of the user is expressed as a sum of terms including at least the inclination of the device 1, the torque of the at least one motor 2 and the acceleration of the device 1.
  • the sum expressing the effort of the user also includes the estimated level of friction.
  • the estimation of an effort F ut of the user is carried out using the relation [Maths 8].
  • the value of the effort (force) obtained makes it possible to adapt the electric assistance of the wheelchair.
  • the force F ut estimated in step (e) makes it possible to detect a movement phase from among several referenced phases: acceleration phase, deceleration phase, cruising phase or turning phase.
  • the various determinations, obtainings and estimates of the previous steps make it possible in particular to determine whether the user wishes to be in the stopping, acceleration, cruising, turning or decelerating phase.
  • the motors (2) are driven in particular according to the detected movement phase.
  • the use of the estimation of an effort F ut of the user is particularly astute because it allows - at this stage - to determine a will of the user, that is to say to determine if the user is in accelerating, maintaining a substantially constant speed (cruising phase), or decelerating.
  • control of the motors is carried out between at least one operating state of the electric assistance in which the electric assistance completes the human propulsion by maintaining a substantially constant speed and at least one state of extinction of the motors 2 in which only human propulsion can move the chair 100.
  • control of the motors 2 can be carried out according to two distinct modes.
  • a first mode M1 which only engages if the speed V of the wheelchair 100 is greater than a first speed threshold V stop . Conversely, if it is detected that the speed V of the chair 100 is lower than the first speed threshold V stop , the motors 2 are switched off (first condition C1 in FIG. 8).
  • step (f) includes a command from the au least one motor 2 to position the device 1 in the operating state of the electrical assistance.
  • step (f) may include changing the instruction delivered to the controllers of the motors 2 to position the device 1 in a state of reinforcement of the electric assistance.
  • step (f) comprises the electrical de-energization of the at least one motor 2, to position the device 1 in the state of extinction of the at least one motor 2.
  • step (f) comprises the variation or maintenance of a setpoint of the at least one motor 2 to maintain the device 1 at a speed substantially equivalent to a speed acquired in step (b), or a decreasing speed depending on the level of assistance desired by the user.
  • the device 1 maintains a substantially constant or decreasing speed according to the user's wishes.
  • step (f) includes applying a turn aid according to the level of help desired by the user. This can be done by applying a current differential to two respective motors 2, the current differential being proportional to a speed difference between the two motors 2. According to another arrangement, in the turn phase, the motors 2 can be turned off tension.
  • the current differential can be proportional to the speed difference between the motors.
  • the setpoint of the motor whose rotation speed is the lowest is reduced, while conversely the setpoint increases on the opposite motor so as to accompany the rotational movement.
  • This correction is only applied when the wheelchair trajectory is considered to be curved (so as not to amplify the trajectory oscillations when the wheelchair moves forward in a straight line).
  • a mode in which the assistance engages and is maintained only if the chair is above a first speed threshold V stop If the user exerts sufficient force, the chair 100 will or will not help the user to accelerate depending on the chosen assistance configuration. When the user stops exerting an effort to advance the device.
  • the assistance registers the speed and adapts the torque of the motors in order to maintain a constant speed in a straight line. If the user exerts a sufficient difference in force between the two wheels, the wheelchair will adapt or cut off the assistance to facilitate the turn. If the user brakes the device, the force exerted falls below a certain negative value, the assistance adapts or cuts off depending on the embodiment chosen. If the user relaxes his effort the system retains the speed and maintains it.
  • the motor torque can be increased proportionally according to the estimated force according to a configuration chosen by the user.
  • step (f) comprises comparing a speed of the device V determined in step (b) with a third speed threshold value Vstop2 called the trigger speed ( condition C7).
  • step (f) comprises the progressive increase of a setpoint of the at least one motor (2) until the speed of the device reaches a cruising speed threshold value. Then, step (f) comprises stabilizing a setpoint of the at least one motor (2) to maintain the speed of the device V substantially equal to the second speed threshold value V2.
  • step (f) comprises comparing the estimated force Fut in step (e) with a third force threshold value F3. If the estimated force is less than the third force threshold value then step (f) comprises turning off the electrical voltage of the, or each, motor (2) to position the device (1) in the state extinction of at least one motor (2) (condition C7).
  • the wheelchair accelerates to reach a speed predefined by the user, when the user's efforts are below a third threshold of efforts, assistance cuts out.
  • the method is executed continuously, as shown schematically in FIG. 7. Preferably, the method is executed every 10 milliseconds.
  • dVwheel the linearly reported acceleration of the wheelchair from the average speed of the wheels
  • ax is the measured horizontal acceleration
  • az is the vertical acceleration
  • a zrms the effective value of the acceleration normal to the ground
  • a zn The acceleration in the direction normal to the ground measured by the accelerometer at time n.

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Abstract

The present invention relates to a method for controlling an electrical assistance device (1) for a human-powered vehicle (100), the electrical assistance device (1) comprising at least one motor (2) for supplementing the human power, and comprising inertial acquisition means. The method comprises at least the following steps: (a) the acquisition of physical parameters from the at least one motor (2), these parameters including a rotational speed (ω) and a torque; (b) the obtaining of one or more physical parameters of the device (1), these parameters including at least an acceleration (A) and an inclination; (e) the estimation of an effort (Fut) applied by a user of the device (1), using the torque of the at least one motor (2), the acceleration (A) of the device (1) and the inclination of the device (1); (f) the determination of a phase of movement, at least as a function of the estimated effort, and the operation of the at least one motor (2), at least according to the phase of movement determined, the phase of movement being determined from among an acceleration phase, a cruising phase or a deceleration phase, between at least a state of operation of the electrical assistance device, in which the electrical assistance device supplements the human propulsion, and at least a state in which the at least one motor (2) is switched off, in which state the device (1) can be propelled by human propulsion alone.

Description

Titre : Procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique Title: Method for controlling an electric assistance device
DOMAINE DE L'INVENTION FIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne le domaine de la mobilité pour les personnes handicapées, et concerne plus particulièrement un procédé de contrôle pour un dispositif d’assistance électrique pour un fauteuil roulant. The present invention relates to the field of mobility for people with disabilities, and more particularly relates to a control method for an electric assistance device for a wheelchair.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
D’une manière générale, on connaît deux types de fauteuils roulants. D’une part, les fauteuils entièrement manuels, qui présentent classiquement deux grandes roues arrière et deux petites roues avant. Les roues avant sont mobiles en rotation autour d’un axe transversal et les roues arrière sont bloquées en rotation autour de ce même axe transversal. In general, two types of wheelchairs are known. On the one hand, fully manual wheelchairs, which conventionally have two large rear wheels and two small front wheels. The front wheels are mobile in rotation around a transverse axis and the rear wheels are locked in rotation around this same transverse axis.
Le plus souvent, une poignée annulaire est disposée sur le flanc de chaque roue arrière. La propulsion et le guidage du fauteuil sont assurés soit par l’utilisateur en utilisant les poignées annulaires pour faire tourner les roues arrière, soit par une tierce personne poussant le fauteuil. Most often, an annular handle is arranged on the side of each rear wheel. The wheelchair is propelled and guided either by the user using the ring handles to turn the rear wheels, or by a third person pushing the wheelchair.
Un deuxième type de fauteuils roulants connus est les fauteuils motorisés.A second type of known wheelchairs are motorized wheelchairs.
Ces fauteuils sont souvent beaucoup plus massifs et lourds que les fauteuils manuels. D’une manière traditionnelle ces fauteuils comprennent quatre ou six roues, de diamètre réduit par rapport aux roues arrière d’un fauteuil manuel. En outre, le fauteuil intègre des moteurs électriques, d’imposantes batteries et un système de guidage. En effet, les fauteuils motorisés connus ne peuvent être pilotés qu’avec un système de guidage. Le plus souvent, il s’agit d’un manche de type " joystick " . Cette disposition rend le fauteuil particulièrement utile dans le cas d’un polyhandicap, mais interdit toute manœuvre manuelle. En outre, le fauteuil ne pouvant se déplacer qu’à la force des moteurs, il est nécessaire d’avoir des batteries de grande capacité, ce qui alourdi énormément le fauteuil. These chairs are often much more massive and heavy than manual chairs. Traditionally, these wheelchairs include four or six wheels, of reduced diameter compared to the rear wheels of a manual wheelchair. In addition, the wheelchair incorporates electric motors, large batteries and a guidance system. Indeed, the known motorized wheelchairs can only be controlled with a guidance system. Most often, it is a "joystick" type handle. This arrangement makes the wheelchair particularly useful in the case of multiple disabilities, but prohibits any manual maneuver. In addition, the wheelchair can only move with the power of the motors, it is necessary to have large capacity batteries, which weighs down the chair enormously.
Un troisième type de fauteuils roulants, moins usuels, concerne les fauteuils manuels transformés en fauteuils électriques. A third type of wheelchair, less common, concerns manual wheelchairs transformed into electric wheelchairs.
Ainsi, on connaît par exemple des fauteuils manuels dans lesquels un moteur est intégré dans le moyeu de chaque roue arrière. Le moteur est un moteur d’assistance électrique. Ce qui signifie, que les moteurs ne permettent pas à eux seuls de déplacer le fauteuil, mais ils fournissent un surcroît de force demandant moins d’efforts à l’usager. Thus, for example, manual wheelchairs are known in which a motor is integrated into the hub of each rear wheel. The motor is an electric assist motor. This means that the motors alone do not move the wheelchair, but they provide additional force requiring less effort from the user.
Le contrôle du fauteuil est toujours réalisé avec les poignées annulaires. Cette solution est particulièrement avantageuse car elle permet d’avoir une assistance lorsque l’utilisateur est en montée par exemple, ou pour éviter la fatigue sur de longues distances. The control of the wheelchair is always carried out with the ring handles. This solution is particularly advantageous because it provides assistance when the user is uphill for example, or to avoid fatigue over long distances.
Néanmoins, cette solution n’est utilisable que sur un fauteuil roulant spécifiquement adapté pour. En d’autres termes, cette solution n’est pas adaptable à n’importe quel fauteuil manuel. However, this solution can only be used on a wheelchair specifically adapted for. In other words, this solution is not adaptable to any manual wheelchair.
Une autre solution, pour motoriser un fauteuil manuel consiste à ajouter au fauteuil un dispositif avec une roue motorisée. Le plus souvent, ce dispositif prend la forme d’une roue avant, avec un guidon. Le dispositif est alors fixé à l’avant du fauteuil. Le guidon fonctionne comme un guidon de moto avec une poignée rotative pour commander la vitesse du moteur, et une autre poignée, pour freiner. Ce dispositif n’est pas un système d’assistance, mais bien un système de motorisation complète. Ainsi, l’utilisateur n’utilise plus ses bras pour déplacer et orienter le fauteuil. En cas de panne, de même que sur un fauteuil motorisé standard, il est impossible pour l’utilisateur de déplacer le fauteuil. Another solution, to motorize a manual wheelchair, consists in adding to the wheelchair a device with a motorized wheel. Most often, this device takes the form of a front wheel, with a handlebar. The device is then attached to the front of the wheelchair. The handlebar functions like a motorcycle handlebar with a rotating handle to control engine speed, and another handle to brake. This device is not an assistance system, but a complete motorization system. Thus, the user no longer uses his arms to move and orient the chair. In the event of a breakdown, as with a standard motorized chair, it is impossible for the user to move the chair.
La demande de brevet FR 1901231 décrit un dispositif d’assistance électrique pour un fauteuil roulant qui comprend au moins un moteur présentant un rotor relié à un pignon denté adapté pour engrener une denture complémentaire d’un pneumatique d’une roue du fauteuil roulant, qui ne présente pas les désavantages de l’art antérieur. Patent application FR 1901231 describes an electric assistance device for a wheelchair which comprises at least one motor having a rotor connected to a toothed pinion adapted to mesh with complementary teeth of a tire of a wheel of the wheelchair, which does not have the disadvantages of the prior art.
EXPOSE DE L'INVENTION DISCLOSURE OF THE INVENTION
La présente invention a pour objectif de proposer un procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique pour un véhicule à propulsion humaine. The aim of the present invention is to propose a method for controlling an electric assistance device for a human-powered vehicle.
Selon un premier aspect, l’invention propose un procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique pour un véhicule à propulsion humaine, le dispositif d’assistance électrique comprenant au moins un moteur permettant de compléter la propulsion humaine et comprenant des moyens d’acquisition inertielle, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes suivantes : According to a first aspect, the invention proposes a method for controlling an electric assistance device for a human-powered vehicle, the electric assistance device comprising at least one motor making it possible to supplement the human propulsion and comprising means of inertial acquisition, the method being characterized in that it comprises at least the following steps:
(a) acquisition de grandeurs physiques de l’au moins un moteur, dont une vitesse de rotation et un couple ; (a) acquisition of physical quantities of the at least one motor, including a speed of rotation and a torque;
(b) obtention d’une ou plusieurs grandeurs physiques du dispositif, dont au moins une accélération et une inclinaison ; (b) obtaining one or more physical quantities of the device, including at least an acceleration and an inclination;
(e) estimation d’un effort d’un utilisateur du dispositif, à partir du couple de l’au moins un moteur, de l’accélération du dispositif et de l’inclinaison du dispositif ; (e) estimation of an effort of a user of the device, from the torque of the at least one motor, the acceleration of the device and the inclination of the device;
(f) détermination d’une phase de mouvement au moins en fonction de l’effort estimé et pilotage de l’au moins un moteur, au moins en fonction de la phase de mouvement déterminée, la phase de mouvement étant déterminée parmi une phase d’accélération, une phase de croisière, ou un phase de décélération, entre au moins un état de fonctionnement de l’assistance électrique dans lequel l’assistance électrique complète la propulsion humaine et au moins un état d’extinction de l’au moins un moteur dans lequel seule la propulsion humaine peut déplacer le dispositif. Ainsi, le procédé selon l’invention permet d’adapter l’assistance électrique aux efforts d’un utilisateur du véhicule à propulsion humaine. (f) determination of a movement phase at least as a function of the estimated effort and control of the at least one motor, at least as a function of the determined movement phase, the movement phase being determined from among a phase d acceleration, a cruising phase, or a deceleration phase, between at least one operating state of the electric assistance in which the electric assistance completes the human propulsion and at least one extinction state of the at least one motor in which only human propulsion can move the device. Thus, the method according to the invention makes it possible to adapt the electric assistance to the efforts of a user of the human-powered vehicle.
Le procédé peut comprendre une étape (d) d’estimation d’un niveau de rugosité d’un sol sur lequel roule le véhicule comprenant le dispositif.The method may comprise a step (d) of estimating a level of roughness of a ground on which the vehicle comprising the device is running.
L’estimation de la rugosité de l’étape (d) peut être effectuée en fonction de vibrations engendrées par un roulage du véhicule sur le sol. The estimation of the roughness of step (d) can be carried out according to vibrations generated by rolling of the vehicle on the ground.
L’estimation de la rugosité de l’étape (d) peut être effectuée en fonction de la détermination d’une variation d’une composante verticale de l’accélération provoquée par des vibrations engendrées par le roulage du véhicule sur le sol. The estimation of the roughness of step (d) can be carried out according to the determination of a variation of a vertical component of the acceleration caused by vibrations generated by the rolling of the vehicle on the ground.
L’étape (d) peut comprendre l’estimation des frottements en fonction de l’estimation de la rugosité de l’étape (d). Step (d) may include estimating friction based on the roughness estimate from step (d).
L’estimation des frottements peut comprendre une correction de l’estimation des frottements par intégration et/ou par régression linéaire.The friction estimate may include a correction of the friction estimate by integration and/or linear regression.
L’effort de l’utilisateur à l’étape (e) peut être exprimé comme une somme de termes dont au moins l’inclinaison du dispositif, le couple de l’au moins un moteur et l’accélération du dispositif. The effort of the user in step (e) can be expressed as a sum of terms including at least the inclination of the device, the torque of the at least one motor and the acceleration of the device.
La somme exprimant l’effort de l’utilisateur peut comprendre aussi les frottements estimés. The sum expressing the effort of the user can also include the estimated friction.
Si une vitesse du dispositif est supérieure à un premier seuil de vitesse et si le niveau d’effort est supérieur à une première valeur de seuil d’effort, alors il peut être déterminé que l’utilisateur est en phase d’accélération et l’étape (f) peut comprendre la mise sous tension électrique de l’au moins un moteur pour positionner le dispositif dans l’état de fonctionnement de l’assistance électrique, ou l’étape (f) peut comprendre l’augmentation de la tension électrique délivrée à l’au moins un moteur pour positionner le dispositif dans un état de renforcement de l’assistance électrique. Si la vitesse du dispositif est supérieure à un premier seuil de vitesse et si l’effort estimé est inférieur à une deuxième valeur de seuil d’effort, alors il peut être détecté que l’utilisateur est en phase de décélération et l’étape (f) peut comprendre la mise hors tension électrique de l’au moins un moteur, pour positionner le dispositif dans l’état d’extinction de l’au moins un moteur. If a speed of the device is greater than a first speed threshold and if the force level is greater than a first force threshold value, then it can be determined that the user is in the acceleration phase and the step (f) may include electrically energizing the at least one motor to place the device in the power assist operating state, or step (f) may include increasing the electrical voltage delivered to the at least one motor to position the device in a state of reinforcement of the electric assistance. If the speed of the device is greater than a first speed threshold and if the estimated force is less than a second force threshold value, then it can be detected that the user is in the deceleration phase and the step ( f) may comprise the electrical de-energization of the at least one motor, to position the device in the state of extinction of the at least one motor.
Si la vitesse du dispositif est supérieure à un premier seuil de vitesse et si l’effort estimé est compris entre une première valeur de seuil d’effort et une deuxième valeur de seuil d’effort, alors il peut être déterminé que l’utilisateur est en phase de croisière, et l’étape (f) peut comprendre la variation ou le maintien d’une consigne de l’au moins un moteur pour maintenir le dispositif à une vitesse sensiblement équivalente à une vitesse acquise à l’étape (b) ou à une vitesse prédéfinie. If the speed of the device is greater than a first speed threshold and if the estimated force is between a first force threshold value and a second force threshold value, then it can be determined that the user is in the cruising phase, and step (f) can comprise the variation or the maintenance of a setpoint of the at least one motor to maintain the device at a speed substantially equivalent to a speed acquired in step (b) or at a preset speed.
Si des efforts différents sont estimés sur chaque roue et que la différence en valeur absolue de ces efforts est supérieure à un troisième seuil d’effort, et que chaque effort peut être estimé est supérieur à un deuxième seuil d’effort, alors il peut être déterminé que l’utilisateur est en phase de virage. If different forces are estimated on each wheel and the difference in absolute value of these forces is greater than a third force threshold, and each force can be estimated is greater than a second force threshold, then it can be determined that the user is in the turn phase.
L’étape (f) peut comprendre la mise hors tension électrique de l’au moins un moteur, pour positionner le dispositif dans l’état d’extinction de l’au moins un moteur. Step (f) may comprise the electrical de-energization of the at least one motor, to position the device in the state of extinction of the at least one motor.
L’étape (f) peut comprendre l’application d’un différentiel de courant sur deux moteurs respectifs, le différentiel de courant étant proportionnel à un écart de vitesse de rotation entre les deux moteurs. Step (f) may comprise the application of a current differential to two respective motors, the current differential being proportional to a rotational speed difference between the two motors.
Si la valeur absolue de la différence des vitesses de rotation de chaque moteur est inférieure à une deuxième valeur de seuil de vitesse et que le niveau d’effort est supérieur au deuxième niveau d’effort, alors il peut être déterminé que la phase de virage est terminée. L’étape (f) peut comprendre la comparaison d’une vitesse du dispositif déterminée à l’étape (b) avec une troisième valeur seuil de vitesse dite vitesse de déclenchement. If the absolute value of the difference in the rotational speeds of each motor is less than a second speed threshold value and the level of effort is greater than the second level of effort, then it can be determined that the turn phase is finished. Step (f) may include the comparison of a speed of the device determined in step (b) with a third speed threshold value called the trigger speed.
Si la vitesse du dispositif est supérieure à la vitesse de déclenchement, alors l’étape (f) peut comprendre l’augmentation progressive d’une consigne de l’au moins un moteur jusqu’à ce que la vitesse du dispositif atteigne une valeur de seuil de vitesse de croisière, puis, l’étape (f) peut comprendre la stabilisation d’une consigne de l’au moins un moteur pour maintenir la vitesse du dispositif sensiblement égale à la valeur de seuil de vitesse de croisière. If the speed of the device is greater than the trigger speed, then step (f) may comprise the progressive increase of a setpoint of the at least one motor until the speed of the device reaches a value of cruising speed threshold, then, step (f) can comprise the stabilization of a setpoint of the at least one motor to maintain the speed of the device substantially equal to the cruising speed threshold value.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un dispositif d’assistance électrique pour un véhicule à propulsion humaine, configuré pour mettre en œuvre un procédé selon l’invention, comprenant au moins un moteur présentant un rotor relié à un pignon venant frotter sur un pneumatique d’une roue d’un véhicule et comprenant des moyens d’acquisition inertielle, le dispositif comprend au moins un contrôleur adapté pour mesurer la vitesse de rotation dudit au moins un moteur et au moins un organe de commande adapté pour piloter ledit au moins un moteur. According to a second aspect, the invention relates to an electric assistance device for a human-powered vehicle, configured to implement a method according to the invention, comprising at least one motor having a rotor connected to a pinion rubbing on a tire of a wheel of a vehicle and comprising inertial acquisition means, the device comprises at least one controller suitable for measuring the speed of rotation of said at least one motor and at least one control member suitable for controlling said at least a motor.
Le contrôleur peut être adapté pour transmettre audit au moins un moteur une consigne de pilotage émise par ledit au moins un organe de commande.The controller can be adapted to transmit to said at least one motor a control setpoint transmitted by said at least one control member.
Le dispositif d’assistance électrique peut comprendre une centrale inertielle. The electrical assistance device may comprise an inertial unit.
L’organe de commande peut être un ordinateur adapté pour exécuter le procédé selon l’invention. The control unit may be a computer adapted to execute the method according to the invention.
Le véhicule à propulsion humaine peut être un fauteuil roulant comprenant deux roues arrière présentant chacune un pneumatique, et comprenant au moins un dispositif d’assistance électrique selon l’invention. Le fauteuil roulant comprenant un siège et un châssis comprenant une structure, l’organe de commande et la centrale inertielle peuvent être fixés sous le siège ou intégré dans la structure du châssis. The human-powered vehicle can be a wheelchair comprising two rear wheels each having a tire, and comprising at least one electric assistance device according to the invention. The wheelchair comprising a seat and a chassis comprising a structure, the control member and the inertial unit can be fixed under the seat or integrated into the structure of the chassis.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon l’invention, lorsqu’il est exécuté par un ordinateur. According to another aspect, the invention relates to a computer program product comprising code instructions for the execution of a method according to the invention, when it is executed by a computer.
Selon un autre aspect, l’invention concerne des moyens de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel un produit programme d’ordinateur comprend des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon l’invention. According to another aspect, the invention relates to storage means readable by computer equipment on which a computer program product comprises code instructions for the execution of a method according to the invention.
DESCRIPTION DES FIGURES DESCRIPTION OF FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une représentation partielle, en perspective, d’un fauteuil roulant muni d’un dispositif d’assistance électrique selon l’invention, en position de transport. Other characteristics, objects and advantages of the invention will become apparent from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and which must be read in conjunction with the appended drawings in which: FIG. 1 is a partial representation, in perspective , a wheelchair fitted with an electric assistance device according to the invention, in the transport position.
La figure 2 est une représentation partielle, en perspective, d’un fauteuil roulant muni d’un dispositif d’assistance électrique selon l’invention, en position de transport, selon un autre angle de vue. Figure 2 is a partial representation, in perspective, of a wheelchair fitted with an electric assistance device according to the invention, in the transport position, from another angle of view.
La figure 3 est une représentation d’un boîtier ouvert contenant des contrôleurs et un organe de pilotage selon l’invention. FIG. 3 is a representation of an open box containing controllers and a piloting device according to the invention.
La figure 4 est une représentation d’un boîtier fermé contenant des contrôleurs et un organe de commande selon l’invention. La figure 5 est une représentation d’un boîtier de commande fixé sous l’assise d’un fauteuil roulant. Figure 4 is a representation of a closed box containing controllers and a control device according to the invention. Figure 5 is a representation of a control box fixed under the seat of a wheelchair.
La figure 6 est un schéma d’un fauteuil roulant selon l’invention face à une pente. Figure 6 is a diagram of a wheelchair according to the invention facing a slope.
La figure 7 est un schéma bloc d’un procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique selon l’invention. FIG. 7 is a block diagram of a method for controlling an electric assistance device according to the invention.
La figure 8 est un schéma bloc de l’étape (f) selon un premier mode de fonctionnement. FIG. 8 is a block diagram of step (f) according to a first mode of operation.
La figure 9 est un schéma bloc de l’étape (f) selon un deuxième mode de fonctionnement. Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION FIG. 9 is a block diagram of step (f) according to a second mode of operation. In all the figures, similar elements bear identical references. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Selon un aspect, l’invention concerne un procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique pour un véhicule à propulsion humaine. Par propulsion humaine, il est entendu une propulsion issue d’un effort du corps humain. Ainsi, le véhicule peut par exemple être, une trottinette, un vélo, ou un fauteuil roulant tel que cela sera décrit ci-après. According to one aspect, the invention relates to a method of controlling an electric assistance device for a human-powered vehicle. By human propulsion, it is understood a propulsion resulting from an effort of the human body. Thus, the vehicle can for example be a scooter, a bicycle, or a wheelchair as will be described below.
Dispositif d’assistance électrique Electric assistance device
Le dispositif d’assistance électrique comprend au moins un moteur permettant de compléter la propulsion humaine, The electric assistance device comprises at least one motor making it possible to supplement human propulsion,
Le dispositif d’assistance électrique 1 comprend notamment un moteur 2, un pignon 4 et un bras 6. The electric assistance device 1 notably comprises a motor 2, a pinion 4 and an arm 6.
Plus particulièrement, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, le dispositif d’assistance électrique 1 comprend un moteur 2 préférentiellement électrique. Le moteur 2 présente un rotor 22 et un stator 21. Selon le mode de réalisation ici présenté, il s’agit d’un moteur 2 de type moteur 2 à rotor 22 extérieur. Il pourrait s’agir de manière alternative à un moteur 2 plus conventionnel à rotor 22 interne. More particularly, as can be seen in Figures 1 and 2, the electric assistance device 1 comprises a motor 2, preferably electric. Motor 2 has a rotor 22 and a stator 21. According to the embodiment presented here, it is a motor 2 of the motor 2 type with an external rotor 22. It could be an alternative to a more conventional 2 motor with an internal 22 rotor.
Le rotor 22 est relié au pignon 4. Le rotor 22 est monté sur le stator 21 à l’aide de roulements à billes. Le pignon 4 est entraîné directement par le rotor 22. Dans une variante, il peut être entraîné par le rotor 22 par l’intermédiaire d’une roue libre. Rotor 22 is connected to pinion 4. Rotor 22 is mounted on stator 21 using ball bearings. Pinion 4 is driven directly by rotor 22. Alternatively, it can be driven by rotor 22 via a freewheel.
Le pignon 4 est destiné à coopérer avec un pneumatique 110 d’une roue 104, 105 du fauteuil roulant 100, i.e. à venir en contact avec une bande de roulement 110a ou, de façon préférée, un flanc 110b de ce pneumatique 110, de sorte à pouvoir lui transmettre une force permettant de mettre en rotation le pneumatique 110 et déplacer le fauteuil roulant 100. The pinion 4 is intended to cooperate with a tire 110 of a wheel 104, 105 of the wheelchair 100, i.e. to come into contact with a tread 110a or, preferably, a sidewall 110b of this tire 110, so to be able to transmit to it a force making it possible to rotate the tire 110 and move the wheelchair 100.
Le pignon 4 peut être denté (c’est-à-dire qu’il n’est pas lisse et présente une denture, en d’autres termes une pluralité d’éléments saillants améliorant le contact et le frottement entre le pignon 4 et le pneumatique 110), lisse ou peut présenter une surface rugueuse (par surface rugueuse, il est entendu une surface présentant une pluralité d’aspérités augmentant les frottements entre le pignon 4 et le pneumatique 110). Comme on le verra, le pneumatique 110 peut être astucieusement également denté (de sorte à pouvoir s’engrener avec la denture du pignon 4) de manière complémentaire ou lisse ou peut présenter une surface rugueuse complémentaire. On comprend alors que l’effort est transmis bien plus efficacement directement par appui des dentures ou par friction. Ainsi, préférentiellement, dans le cas où le véhicule est un fauteuil roulant 100, au moins l’un des flancs 110b, 110c du pneumatique 110The pinion 4 may be toothed (that is to say it is not smooth and has a toothing, in other words a plurality of protruding elements improving the contact and the friction between the pinion 4 and the tire 110), smooth or can present a rough surface (by rough surface, it is understood a surface having a plurality of asperities increasing the friction between the pinion 4 and the tire 110 ). As will be seen, the tire 110 can also be cleverly toothed (so as to be able to mesh with the toothing of the pinion 4) in a complementary or smooth manner or can have a complementary rough surface. It is then understood that the force is transmitted much more effectively directly by support of the teeth or by friction. Thus, preferably, in the case where the vehicle is a wheelchair 100, at least one of the sidewalls 110b, 110c of the tire 110
(préférentiellement un flanc dit " interne " 110b car la roue 104, 105 est souvent munie d’une poignée annulaire 106 du côté de l’autre flanc dit externe 110c, voir plus loin) présente la denture (non représentée) ou la surface rugueuse, ce qui permet de garder sur la bande de roulement 110a une sculpture pour une bonne adhérence au sol du pneumatique 110. (preferably a so-called "internal" flank 110b because the wheel 104, 105 is often provided with an annular handle 106 on the side of the other so-called external flank 110c, see below) has the toothing (not shown) or the rough surface , which makes it possible to keep on the tread 110a a sculpture for a good grip on the ground of the tire 110.
Alternativement, on pourra utiliser des dentures droites, hélicoïdales ou encore, à chevrons. Alternatively, it is possible to use straight, helical or even herringbone teeth.
Le pignon 4 est de préférence réalisé en métal, par exemple en acier par superposition de tôles estampées d’épaisseur comprise entre 0,5 et 2 mm ou par fraisage. The pinion 4 is preferably made of metal, for example steel by superimposing stamped sheets with a thickness of between 0.5 and 2 mm or by milling.
La denture ou la surface rugueuse du flanc 110b, 110c du pneumatique est de préférence constituée de mélange de caoutchouc d’une dureté Shore A comprise de préférence entre 55 et 95 et encore plus préférentiellement entre 75 et 95 pour favoriser la valeur de la force motrice transmissible par le moteur. La denture ou la surface rugueuse peut - par exemple - être moulée en même temps que le pneumatique 110 ou alors, elle peut être rapportée sur un pneumatique 110 moulé précédemment. The toothing or the rough surface of the sidewall 110b, 110c of the tire is preferably made of a rubber mixture with a Shore A hardness preferably between 55 and 95 and even more preferably between 75 and 95 to promote the value of the driving force. transmitted by the engine. The toothing or the rough surface can—for example—be molded at the same time as the tire 110 or it can be attached to a tire 110 molded previously.
Le moteur 2 est relié au fauteuil roulant par le bras 6 mobile. Tel que cela sera détaillé, selon le mode de réalisation ici présenté, le bras 6 mobile permet de manœuvrer le moteur entre trois positions, une position embrayée dans laquelle la denture du pignon 4 est en contact (i.e. engrenée) avec la denture du pneumatique 110 (l’assistance électrique est alors possible), une position débrayée dans laquelle le pignon 4 n’est pas en contact avec le pneumatique 110 (i.e. non-engrené avec la denture du pneumatique 110, en d’autres termes - légèrement - éloigné du pneumatique 110) (le fauteuil 100 revient en mode manuel) et une position de transport dans laquelle le pignon 4 est éloigné du pneumatique 110 et rétracté sous le siège 103. En d’autres termes, le bras 6 permet d’approcher ou d’éloigner le pignon 4 du pneumatique 110. The motor 2 is connected to the wheelchair by the mobile arm 6. As will be detailed, according to the embodiment presented here, the movable arm 6 makes it possible to maneuver the motor between three positions, a engaged position in which the toothing of the pinion 4 is in contact (ie meshed) with the toothing of the tire 110 (electrical assistance is then possible), a disengaged position in which the pinion 4 is not in contact with the tire 110 (ie not meshed with the toothing of the tire 110, in other words - slightly - away from the tire 110) (the chair 100 returns to manual mode) and a transport position in which the pinion 4 is moved away from the tire 110 and retracted under the seat 103. In other words, the arm 6 makes it possible to approach or move pinion 4 away from tire 110.
Il est remarquable qu’en position débrayée, le moteur 2 reste à proximité de la roue 104 ou 105, et a fortiori en position débrayée le pignon 4 n’est pas rétracté sous le siège 103. En outre, comme on peut le remarquer sur les figures 3 et 4, une portion proximale 63 du bras 6 fixée au moteur 2 est orientée selon un axe sensiblement parallèle à un plan de la roue arrière 104 ou 105. Cette disposition permet à un utilisateur de pouvoir aisément positionner le dispositif d’assistance électrique 1 en position embrayée, s’il le souhaite. A contrario, en position de transport, le moteur est rétracté sous le siège 103, à distance de la roue 104 ou 105 (i.e. en position de transport, le moteur 2 est plus loin de la roue 104 ou 105 qu’en position débrayée). En outre, comme on peut le remarquer sur les figures 5 et 6, en position de transport la partie proximale 61 du bras 6 est orientée selon un axe sensiblement perpendiculaire avec le plan de la roue arrière 104 ou 105. It is remarkable that in the disengaged position, the motor 2 remains close to the wheel 104 or 105, and a fortiori in the disengaged position the pinion 4 is not retracted under the seat 103. In addition, as can be seen on Figures 3 and 4, a proximal portion 63 of the arm 6 fixed to the motor 2 is oriented along an axis substantially parallel to a plane of the rear wheel 104 or 105. This arrangement allows a user to be able to easily position the assistance device Electric 1 in the engaged position, if desired. Conversely, in the transport position, the motor is retracted under the seat 103, away from the wheel 104 or 105 (i.e. in the transport position, the motor 2 is farther from the wheel 104 or 105 than in the disengaged position) . In addition, as can be seen in Figures 5 and 6, in the transport position the proximal part 61 of the arm 6 is oriented along an axis substantially perpendicular to the plane of the rear wheel 104 or 105.
La présence distincte d’une position débrayée et d’une position de transport est particulièrement avantageuse. En effet, la position débrayée est particulièrement pratique lors du roulage, la proximité du moteur 2 avec la roue 104 ou 105 permet d’embrayer rapidement le dispositif d’assistance électrique 1. En revanche la position débrayée ne permet pas de replier le fauteuil roulant 100. La position de transport, quant à elle, permet de replier le fauteuil roulant 100. Ainsi, ces deux positions (position débrayée et position de transport) sont complémentaires et ont des effets différents. The distinct presence of a disengaged position and a transport position is particularly advantageous. In fact, the disengaged position is particularly practical when driving, the proximity of the motor 2 to the wheel 104 or 105 makes it possible to quickly engage the electric assistance device 1. On the other hand, the disengaged position does not allow the wheelchair to be folded 100. The transport position, on the other hand, makes it possible to fold the wheelchair 100. Thus, these two positions (disengaged position and transport position) are complementary and have different effects.
Le bras 6 est fixé a la structure du fauteuil en utilisant par exemple une pince 61 adaptée pour s’accrocher à la structure du fauteuil roulant 100.The arm 6 is fixed to the structure of the wheelchair using for example a clamp 61 adapted to hook onto the structure of the wheelchair 100.
La pince 61 présente deux demi-mâchoires. Les deux demi-mâchoires sont vissées l’une à l’autre. Cet assemblage permet à la fois de pouvoir fixer, à volonté, le dispositif 1 sur un fauteuil roulant 100, tout en garantissant une sécurité maximale. En effet, lorsque les deux demi-mâchoires sont vissées elles garantissent une tenue fiable du dispositif 1 . The clamp 61 has two half-jaws. The two jaw halves are screwed together. This assembly allows both to be able to fix, at will, the device 1 on a wheelchair 100, while guaranteeing maximum safety. In fact, when the two half-jaws are screwed on, they guarantee reliable holding of the device 1 .
Organe de commande Control unit
De plus, le dispositif d’assistance électrique 1 comprend un organe de commande 303 et un ou plusieurs contrôleurs. In addition, the electric assistance device 1 comprises a control unit 303 and one or more controllers.
Chaque contrôleur 302 est adapté pour mesurer la vitesse de rotation w d’un moteur 2 correspondant. Ainsi, le dispositif d’assistance électrique 1 comprend autant de contrôleurs 302 que de moteurs 2. Each controller 302 is suitable for measuring the speed of rotation w of a corresponding motor 2. Thus, the electric assistance device 1 comprises as many controllers 302 as motors 2.
L’organe de commande 303 est adapté pour piloter le ou chaque moteur 2. En d’autres termes, tel que cela sera détaillé ci-après, l’organe de commande 303 est adapté pour recevoir des données acquises par les contrôleurs 302, pour traiter ces données et émettre une consigne de commande en conséquence. The control unit 303 is suitable for controlling the or each motor 2. In other words, as will be detailed below, the control unit 303 is suitable for receiving data acquired by the controllers 302, for process this data and issue a command instruction accordingly.
Typiquement, l’organe de commande 303 peut être un ordinateur. Typically, controller 303 can be a computer.
Tel que cela sera décrit ci-après, chaque contrôleur 302 est adapté pour transmettre à un moteur 2 correspondant une consigne de pilotage émise par l’organe de commande 303. En d’autres termes, les contrôleurs 302 permettent à la fois d’effectuer des mesures et de transmettre des consignes de commande. Typiquement, les contrôleurs 302 peuvent être des composants de mesure et de contrôle de la tension et du courant électrique aux bornes de chaque moteur 2. Ainsi, en mesurant la tension et le courant, il est possible d’en déduire une vitesse de rotation ω du moteur 2, et en agissant sur les grandeurs électriques, il est possible de modifier la vitesse de rotation ou le couple du moteur 2. En d’autres termes, les contrôleurs 302 permettent de contrôler la vitesse de rotation et le couple développé par le ou les moteurs. Ils permettent du même coup d’avoir accès aux informations de couple et de vitesse du ou des moteurs. As will be described below, each controller 302 is suitable for transmitting to a corresponding motor 2 a control setpoint issued by the control unit 303. In other words, the controllers 302 allow both to perform measurements and transmit command instructions. Typically, the controllers 302 can be components for measuring and controlling the voltage and the electric current at the terminals of each motor 2. Thus, by measuring the voltage and the current, it is possible to deduce therefrom a speed of rotation ω of the motor 2, and by acting on the electrical quantities, it is possible to modify the speed of rotation or the torque of the motor 2. In other words, the controllers 302 make it possible to control the speed of rotation and the torque developed by the or the engines. At the same time, they allow access to the torque and speed information of the motor(s).
Dans la suite du texte, on entendra par vitesse du moteur (ou des moteurs), la vitesse linéique mesurée au niveau des moteur mais rapporté à la roue en m/s ; ladite vitesse linéique est égale à la vitesse linéique des roues quand il n’y a pas de phénomène de glissement dans la transmission au niveau du pignon, ou au niveau du sol, dans ce cas, ladite vitesse linéique est la vitesse du fauteuil par rapport au sol. In the rest of the text, the term speed of the motor (or motors) will be understood to mean the linear speed measured at the level of the motors but related to the wheel in m/s; said linear speed is equal to the linear speed of the wheels when there is no slipping phenomenon in the transmission at pinion level, or at ground level, in this case said linear speed is the speed of the wheelchair relative on the ground.
L’assistance soutient l’utilisateur en agissant sur le couple développé par le ou les moteurs, il est possible de modifier le couple du moteur 2. The assistance supports the user by acting on the torque developed by the motor(s). It is possible to modify the torque of motor 2.
Dans le cadre d’une réalisation particulière du dispositif d’assistance 1, la consigne de couple du moteur 2 est contrôlée par une méthode de commande vectorielle ou FOC (field-oriented control). Ces méthodes sont bien connues par l’homme du métier et ne sont pas détaillées ici. In the context of a particular embodiment of the assistance device 1, the torque setpoint of the motor 2 is controlled by a vector control method or FOC (field-oriented control). These methods are well known to those skilled in the art and are not detailed here.
Selon une disposition particulièrement avantageuse, le dispositif d’assistance électrique 1 comprend aussi des moyens d’acquisition inertielle qui comprennent au moins un accéléromètre et préférentiellement au moins un gyromètre et un magnétomètre. D’une manière particulièrement préférentielle, les moyens d’acquisition inertielle peuvent être une centrale inertielle 301. De façon avantageuse, cette centrale inertielle peut être placée au plus près de l’axe de rotation des roues arrière du dispositif 1 , et à égale distance des deux roues. Cette disposition minimise la contribution des accélérations provenant de la rotation du dispositif (basculement avant/arrière correspondant à une rotation par rapport à l’axe des roues arrière, ou changement de direction induisant une rotation selon l’axe verticale). Dans ce mode de réalisation particulier, l’utilisation d’un gyromètre n’est donc pas indispensable. Néanmoins, le gyromètre est une disposition avantageuse qui permet de gagner en précision plus particulièrement sur la détection de l’angle que fait le fauteuil par rapport à l’horizontale. According to a particularly advantageous arrangement, the electrical assistance device 1 also comprises inertial acquisition means which comprise at least one accelerometer and preferably at least one gyrometer and one magnetometer. In a particularly preferential way, the inertial acquisition means can be an inertial unit 301. Advantageously, this inertial unit can be placed as close as possible to the axis of rotation of the rear wheels of the device 1, and at equal distance of two wheels. This arrangement minimizes the contribution of accelerations coming from the rotation of the device (forward/backward tilting corresponding to a rotation relative to the axis of the rear wheels, or change of direction inducing a rotation along the vertical axis). In this particular embodiment, the use of a gyrometer is therefore not essential. Nevertheless, the gyrometer is an advantageous arrangement which makes it possible to gain in precision more particularly on the detection of the angle that the wheelchair makes with respect to the horizontal.
Préférentiellement, la centrale inertielle 301 comporte un accéléromètre utilisant trois degrés de liberté et un gyroscope utilisant trois autres degrés de liberté. La centrale inertielle 301 permet de déterminer l’accélération et l’inclinaison A du dispositif 1 . Preferably, the inertial unit 301 comprises an accelerometer using three degrees of freedom and a gyroscope using three other degrees of freedom. The inertial unit 301 makes it possible to determine the acceleration and the inclination A of the device 1.
Tel que représenté sur les figures 3, 4 et 5, l’organe de commande 303 et les contrôleurs 302 peuvent avantageusement être regroupés dans un boîtier 300. Cette disposition permet avantageusement de regrouper dans un seul boîtier 300 de protection les différents éléments électroniques pouvant être fragiles. Le boîtier 300 pourra présenter une structure résistante au choc, isolante d’éventuelles décharges d’électricité statique et étanche aux projections d’eau (ou d’autres liquides). Le boîtier 300 peut par exemple être réalisé en matériau plastique ou composite. Selon une disposition particulièrement avantageuse, le boîtier 300 peut être miniaturisé pour être intégré dans le châssis du fauteuil. As shown in Figures 3, 4 and 5, the control unit 303 and the controllers 302 can advantageously be grouped together in a box 300. This arrangement advantageously makes it possible to group together in a single protective box 300 the various electronic elements that can be fragile. The box 300 may have a shock-resistant structure, isolating any discharges of static electricity and impermeable to splashing water (or other liquids). The box 300 can for example be made of plastic or composite material. According to a particularly advantageous arrangement, the box 300 can be miniaturized to be integrated into the chair frame.
Fauteuil roulant Wheelchair
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un fauteuil roulant 100 équipé d’un ou plusieurs dispositifs d’assistance électrique 1. According to a second aspect, the invention relates to a wheelchair 100 equipped with one or more electric assistance devices 1.
D’une manière classique, le fauteuil roulant 100, est un fauteuil roulant manuel connu, comprenant un châssis constitué d’une pluralité de tubes 102, un siège 103, deux roues arrière 104, 105 et deux roues avant 107. D’une manière traditionnelle, les deux roues arrière 104, 105 présentent un diamètre nettement supérieur au diamètre des deux roues avant 107. Les deux roues arrière 104,105 sont munies chacune d’une poignée annulaire 106. Les poignées annulaires permettent à un utilisateur de propulser et diriger le fauteuil roulant 100. Conventionally, the wheelchair 100 is a known manual wheelchair, comprising a frame made up of a plurality of tubes 102, a seat 103, two rear wheels 104, 105 and two front wheels 107. traditional, the two rear wheels 104, 105 have a diameter much greater than the diameter of the two front wheels 107. The two rear wheels 104,105 are each provided with a ring handle 106. The ring handles allow a user to propel and steer the wheelchair 100.
D’une manière particulièrement avantageuse, chaque roue arrière 104,105 est munie d’un pneumatique 110. Chaque pneumatique 110 présente une bande de roulement 110a destinée à entrer en contact avec le sol, deux flancs 110b et 110c, dont un flanc interne 110b (orienté vers le milieu du fauteuil 100 et un flanc externe 110c (orienté vers l’extérieur du fauteuil 100 et du côté duquel on trouve la poignée annulaire 106). In a particularly advantageous manner, each rear wheel 104, 105 is provided with a tire 110. Each tire 110 has a tread 110a intended to come into contact with the ground, two flanks 110b and 110c, of which an internal flank 110b (oriented towards the middle of the chair 100 and an outer side 110c (oriented towards the outside of the chair 100 and on the side of which there is the annular handle 106).
Le fauteuil 100 est équipé d’au moins un dispositif d’assistance électrique 1 adapté pour coopérer avec au moins une roue 104, 105, en particulier la roue arrière 104 droite ou gauche 105 (puisqu’il s’agit des roues de plus grande taille supportant la majorité du poids de son utilisateur, et donc capables de transmettre un effort de traction important au sol sans perte d’adhérence entre le pneumatique et le sol). Par abus de langage, on pourra dire qu’au moins une roue 104, 105 du fauteuil est munie du dispositif 1 . The chair 100 is equipped with at least one electric assistance device 1 adapted to cooperate with at least one wheel 104, 105, in particular the rear wheel 104 right or left 105 (since these are wheels of greater size supporting the majority of the weight of its user, and therefore capable of transmitting a significant tractive effort to the ground without loss of grip between the tire and the ground). By misuse of language, we can say that at least one wheel 104, 105 of the wheelchair is provided with the device 1.
De façon préférée, le fauteuil 100 est équipé d’au moins deux dispositifs d’assistance électrique 1, i.e. au moins un pour chaque roue arrière 104 et 105, en particulier l’un avec la roue arrière gauche 105 et l’un la roue arrière droite 104. Un tel mode de réalisation permet une propulsion symétrique plus efficace, et permet même le cas échéant de faire tourner le fauteuil 100 en appliquant des vitesses ou des couples de rotation différentes à gauche et à droite. En d’autres termes, ce mode de réalisation permet d’assurer une assistance uniforme en ligne droite tout en permettant une assistance pendant les virages. On comprend qu’il reste possible de monter plusieurs dispositifs 1 sur une seule roue, de sorte à démultiplier la puissance. Preferably, the wheelchair 100 is equipped with at least two electric assistance devices 1, i.e. at least one for each rear wheel 104 and 105, in particular one with the left rear wheel 105 and one with the wheel rear right 104. Such an embodiment allows a more efficient symmetrical propulsion, and even allows, if necessary, to rotate the chair 100 by applying different speeds or rotational torques to the left and to the right. In other words, this embodiment makes it possible to provide uniform assistance in a straight line while allowing assistance during turns. It is understood that it remains possible to mount several devices 1 on a single wheel, so as to multiply the power.
Comme expliqué, ledit pneumatique 110 d’une roue 104, 105 munie du dispositif 1 présente une denture ou une bande rugueuse complémentaire du pignon 4 relié au rotor 22 dudit moteur 2 du dispositif d’assistance électrique 1 As explained, said tire 110 of a wheel 104, 105 provided with the device 1 has a toothing or a complementary rough band of the pinion 4 connected to the rotor 22 of the said motor 2 of the electric assistance device 1
Avantageusement, au moins l’un des flancs 110b, 110c, et en particulier le flanc interne 110b, et préférentiellement chacun des flancs 110b, 110c, présente une denture hélicoïdale symétrique, complémentaire de la denture hélicoïdale symétrique du pignon 4, ou présente une bande rugueuse. L’utilisation d’une denture symétrique, qu’elle soit droite ou hélicoïdale, permet d’utiliser indistinctement, le même type de pneumatique 110 pour les roues arrière droite 104 ou arrière gauche 105, i.e. on peut prévoir une configuration dans laquelle chacune des roues arrière 104 est munie d’un dispositif 1, tout en ayant le même pneumatique 110 (présentant la denture symétrique sur chacun de ses flancs 110b, 110c).Advantageously, at least one of the flanks 110b, 110c, and in particular the inner flank 110b, and preferably each of the flanks 110b, 110c, has symmetrical helical toothing, complementary to the symmetrical helical toothing of pinion 4, or has a band rough. The use of symmetrical toothing, whether straight or helical, makes it possible to use the same type of tire 110 indiscriminately for the right rear 104 or left rear 105 wheels, i.e. a configuration can be provided in which each of the rear wheels 104 is provided with a device 1, while having the same tire 110 (presenting the symmetrical toothing on each of its sides 110b, 110c).
Dans un autre mode de réalisation, on utilise une denture non symétrique (par exemple du type tel que décrit dans la demande de brevet WO2014086727 de la demanderesse) permettant d’augmenter encore le couple transmissible. Cependant, l’utilisation d’une telle denture asymétrique nécessite d’avoir un pneu spécifique gauche et un pneu spécifique droite, ou alors des pneus identiques à gauche et à droite, mais avec une denture sur les deux flancs, augmentant ainsi légèrement le coût de fabrication. In another embodiment, a non-symmetrical toothing is used (for example of the type as described in the applicant's patent application WO2014086727) making it possible to further increase the transmissible torque. However, the use of such asymmetrical teeth requires having a specific left tire and a specific right tire, or else identical tires on the left and on the right, but with teeth on both sides, thus slightly increasing the cost. Manufacturing.
D’une manière préférentielle, chaque moteur 2 est fixé par un bras 6 à proximité de chaque roue arrière 104, 105. De sorte que le pignon 4 relié à chaque moteur 2 puisse être engrené à la denture du pneumatique 110 de la roue arrière 104, 105 correspondante. Preferably, each motor 2 is fixed by an arm 6 close to each rear wheel 104, 105. So that the pinion 4 connected to each motor 2 can be meshed with the toothing of the tire 110 of the rear wheel 104 , 105 corresponding.
Lors du roulage, les bras 6 permettent de manœuvrer les pignons 4 entre une position embrayée dans laquelle les pignons 4 sont engrenés chacun à une denture du pneumatique 110 correspondant, et une position débrayée dans laquelle les pignons 4 sont écartés des pneumatiques 110. En d’autres termes, en position embrayée, les pignons 4 sont engrenés aux pneumatiques et les moteurs 2 peuvent appliquer un couple sur les roues arrière 104, 105. En position débrayée, les pignons sont à distance des pneumatiques et les moteurs 2 ne peuvent appliquer aucun couple aux roues arrière 104, 105. When driving, the arms 6 make it possible to maneuver the pinions 4 between an engaged position in which the pinions 4 are each meshed with a toothing of the corresponding tire 110, and a disengaged position in which the pinions 4 are spaced apart from the tires 110. In other words, in the engaged position, the pinions 4 are meshed with the tires and the motors 2 can apply a torque to the rear wheels 104, 105. In the disengaged position, the pinions are at a distance from the tires and the motors 2 cannot apply no torque to the rear wheels 104, 105.
En sus, les bras permettent aussi de manœuvrer les dispositifs d’assistances électrique 1 en position de transport. Dans cette position, les pignons 4 sont éloignés des pneumatiques 110 et sont rétractés sous le siège 103. Cette disposition est particulièrement utile lorsque le fauteuil roulant est placé par exemple dans le coffre d’un véhicule. En étant rétractés sous le siège 103, les dispositifs d’assistance électrique 1 sont moins exposés à d’éventuels accrochages, ou chocs, qui pourraient les endommager. De plus, cette disposition est particulièrement avantageuse, dans le cas d’un fauteuil roulant 100 pliable. In addition, the arms also make it possible to maneuver the electrical assistance devices 1 into the transport position. In this position, the sprockets 4 are away from the tires 110 and are retracted under the seat 103. This arrangement is particularly useful when the wheelchair is placed, for example, in the trunk of a vehicle. By being retracted under the seat 103, the electrical assistance devices 1 are less exposed to possible collisions, or shocks, which could damage them. In addition, this arrangement is particularly advantageous in the case of a foldable wheelchair 100.
En outre, tel que représenté sur la figure 5, le boîtier 300 et la centrale inertielle 301 sont fixés sous le siège 103. Cette disposition permet avantageusement de protéger l’électronique embarquée des intempéries, et de ne pas trop modifier l’équilibre du fauteuil 100. In addition, as shown in Figure 5, the housing 300 and the inertial unit 301 are fixed under the seat 103. This arrangement advantageously protects the on-board electronics from bad weather, and does not change the balance of the chair too much. 100.
A l’usage, un utilisateur, peut actionner l’assistance électrique en plaçant les bras 6 en position embrayée. Les moteurs 2 pourront alors être déclenchés selon le procédé détaillé ci-après, et exercer un couple sur les roues arrière 104, 105. La force transmise par les moteurs 2 soulagera l’utilisateur qui aura moins d’effort à fournir pour déplacer le fauteuil roulant 100 à la force de ses bras. L’utilisateur peut à tout moment placer les bras 6 en position débrayée ou de transport, déconnectant ainsi l’assistance électrique. En position débrayée, ou de transport, l’utilisateur déplace le fauteuil roulant 100 uniquement à la force de ses bras. Procédé de contrôle In use, a user can activate the electric assistance by placing the arms 6 in the engaged position. The motors 2 can then be triggered according to the method detailed below, and exert a torque on the rear wheels 104, 105. The force transmitted by the motors 2 will relieve the user who will have less effort to provide to move the chair. rolling 100 by the strength of his arms. The user can at any time place the arms 6 in the disengaged or transport position, thus disconnecting the electric assistance. In the disengaged or transport position, the user moves the wheelchair 100 solely by the force of his arms. Control process
Comme énoncé précédemment, l’invention propose un procédé de contrôle d’un, ou plusieurs, dispositif d’assistance électrique 1 pour un véhicule à propulsion humaine. Le procédé comprend principalement les étapes suivantes (qui seront détaillées ci-après): As stated above, the invention proposes a method for controlling one or more electrical assistance device 1 for a human-powered vehicle. The process mainly comprises the following steps (which will be detailed below):
(a) acquisition de grandeurs physiques des moteurs 2 dont une vitesse de rotation w et un couple ; (a) acquisition of physical quantities of the motors 2 including a speed of rotation w and a torque;
(b) obtention d’une ou plusieurs grandeurs physiques du dispositif 1, dont au moins une accélération A et une inclinaison ; (b) obtaining one or more physical quantities of the device 1, including at least one acceleration A and one inclination;
(e) estimation d’un effort d’un utilisateur du dispositif 1, à partir du couple de l’au moins un moteur 2, de l’accélération A du dispositif 1 et de l’inclinaison du dispositif 1, pour déterminer si un utilisateur du véhicule est en phase d’accélération, de croisière, ou de décélération ; (f) pilotage de l’au moins un moteur 2, en fonction de la phase déterminée d’accélération ou de décélération et fonction d’un effort estimé à l’étape (e), entre au moins un état de fonctionnement de l’assistance électrique dans lequel l’assistance électrique complète la propulsion humaine et au moins un état d’extinction des moteurs 2 dans lequel seule la propulsion humaine peut déplacer le dispositif. (e) estimation of an effort of a user of the device 1, from the torque of the at least one motor 2, the acceleration A of the device 1 and the inclination of the device 1, to determine whether a vehicle user is accelerating, cruising, or decelerating; (f) control of the at least one motor 2, as a function of the determined acceleration or deceleration phase and as a function of a force estimated in step (e), between at least one operating state of the electric assistance in which the electric assistance supplements the human propulsion and at least one state of extinction of the motors 2 in which only the human propulsion can move the device.
Ainsi, tel que cela sera détaillé ci-après, le procédé utilise des grandeurs physiques des moteurs 2 (vitesse et couple) et des grandeurs physiques du dispositif 1 pour estimer un effort de l’utilisateur. Ensuite, l’effort estimé est utilisé pour piloter les moteurs 2. L’estimation d’un effort de l’utilisateur et son utilisation pour piloter les moteurs 2 est une disposition particulièrement ingénieuse de l’invention qui permet de rendre l’assistance électrique la plus efficace possible pour l’utilisateur. En effet, contrairement aux dispositifs connus dans lesquels l’assistance électrique est uniquement fonction de la vitesse ou de l’accélération), avec le procédé selon l’invention l’assistance est au plus proche des besoins d’un utilisateur. En effet, tel que cela sera détaillé ci-après, dans le cas par exemple où le véhicule (fauteuil roulant 100) roule en montée sur un sol particulièrement rugueux. Dans ce cas, le fauteuil roulant 100 aura une faible vitesse et une faible accélération alors que l’utilisateur doit développer énormément d’efforts. Dans cet exemple, le procédé selon l’invention permet de mettre en œuvre une assistance électrique adaptée aux efforts de l’utilisateur (qui dans cet exemple sont élevées) et non pas directement à la vitesse ou l’accélération (qui dans cet exemple sont faibles). Ainsi, tel que cela sera détaillé, le procédé selon l’invention permet de piloter les moteurs 2 en priorisant les efforts de l’utilisateur sur la vitesse et l’accélération. Thus, as will be detailed below, the method uses physical quantities of motors 2 (speed and torque) and physical quantities of device 1 to estimate user effort. Then, the estimated effort is used to control the motors 2. The estimation of a user's effort and its use to control the motors 2 is a particularly ingenious provision of the invention which makes it possible to make the electric assistance as efficient as possible for the user. Indeed, unlike the known devices in which the electric assistance is only a function of the speed or the acceleration), with the method according to the invention the assistance is as close as possible to the needs of a user. Indeed, as will be detailed below, in the case for example where the vehicle (wheelchair 100) rolls uphill on particularly rough ground. In this case, the wheelchair 100 will have a low speed and a low acceleration while the user must exert a lot of effort. In this example, the method according to the invention makes it possible to implement electrical assistance adapted to the efforts of the user (which in this example are high) and not directly to the speed or the acceleration (which in this example are weak). Thus, as will be detailed, the method according to the invention makes it possible to control the motors 2 by prioritizing the efforts of the user on the speed and the acceleration.
Il est précisé qu’une phase d’accélération est une phase durant laquelle il est déterminé que l’utilisateur cherche à augmenter la vitesse du fauteuil roulant 100. Dans une phase d’accélérations les efforts de l’utilisateur permettent d’augmenter la vitesse du fauteuil roulant 100. It is specified that an acceleration phase is a phase during which it is determined that the user seeks to increase the speed of the wheelchair 100. In an acceleration phase, the efforts of the user make it possible to increase the speed wheelchair 100.
Inversement, une phase de décélération est une phase dans laquelle l’utilisateur cherche à diminuer la vitesse du fauteuil roulant 100. Ainsi, dans une phase de décélération, les efforts de l’utilisateur freinent le fauteuil roulant pour le ralentir. D’une manière avantageuse, l’invention permet de distinguer une phase de décélération (qui résulte d’un choix de l’utilisateur), d’un effort extérieur freinant, comme par exemple l’action du vent, une pente ou un pneu dégonflé. Conversely, a deceleration phase is a phase in which the user seeks to reduce the speed of the wheelchair 100. Thus, in a deceleration phase, the efforts of the user brake the wheelchair in order to slow it down. Advantageously, the invention makes it possible to distinguish a phase of deceleration (which results from a choice of the user), from an external braking force, such as for example the action of the wind, a slope or a tire deflated.
Une phase de croisière est une phase dans laquelle l’utilisateur maintient le fauteuil roulant 100 à une allure sensiblement constante. En phase de croisière, la vitesse du fauteuil roulant 100 reste sensiblement identique (en d’autres termes, en phase de croisière l’accélération du fauteuil roulant 100 est sensiblement nulle). A cruising phase is a phase in which the user maintains the wheelchair 100 at a substantially constant speed. In the cruising phase, the speed of the wheelchair 100 remains substantially identical (in other words, in the cruising phase the acceleration of the wheelchair 100 is substantially zero).
Acquisition de grandeurs physiques des moteurs - étape (a) Des grandeurs physiques sont acquises pour chaque moteur 2 indépendamment. Tel que cela sera décrit ci-après, l’indépendance des mesures pour chaque moteur 2 permet notamment de détecter et de piloter une phase de virage. Acquisition of physical motor quantities - step (a) Physical quantities are acquired for each motor 2 independently. As will be described below, the independence of the measurements for each motor 2 makes it possible in particular to detect and control a turn phase.
Typiquement ces mesures peuvent être réalisées par des variateurs de vitesse commandant chacun un moteur 2. Typically these measurements can be performed by variable speed drives each controlling a motor 2.
La mesure de la vitesse de rotation du moteur 2 permet de calculer la vitesse de rotation d’une roue à laquelle il est relié et de calculer le couple développé par le moteur 2. En effet, tel que précisé précédemment, chaque moteur 2 est relié à un pignon qui entraîne le flanc d’un pneumatique 110 monté sur une roue (i.e. le pignon vient frotter sur le flanc du pneumatique 110). En connaissant les diamètres du pignon et du pneumatique on peut aisément calculer la vitesse de rotation de la roue.The measurement of the speed of rotation of motor 2 makes it possible to calculate the speed of rotation of a wheel to which it is connected and to calculate the torque developed by motor 2. Indeed, as specified above, each motor 2 is connected to a pinion which drives the sidewall of a tire 110 mounted on a wheel (i.e. the pinion rubs against the sidewall of the tire 110). By knowing the diameters of the pinion and the tire, it is easy to calculate the rotational speed of the wheel.
De même en mesurant le courant absorbé par le moteur 2 on peut aisément calculer le couple développé par le moteur 2. Similarly, by measuring the current absorbed by motor 2, it is easy to calculate the torque developed by motor 2.
Obtention d’une ou plusieurs grandeurs physiques du dispositif - étape (b)Obtaining one or more physical quantities of the device - step (b)
Comme indiqué précédemment, le procédé comprend obtention d’une ou plusieurs grandeurs physiques du dispositif 1, dont au moins une accélération et une inclinaison. As indicated previously, the method comprises obtaining one or more physical quantities of the device 1, including at least one acceleration and one inclination.
Typiquement ces grandeurs physiques peuvent être obtenues par la centrale inertielle ou un accéléromètre couplé ou non à un gyroscope. De plus on peut aussi affiner la mesure avec un magnétomètre. Typically these physical quantities can be obtained by the inertial unit or an accelerometer coupled or not to a gyroscope. In addition, the measurement can also be refined with a magnetometer.
Calcul de l’inclinaison du dispositif Calculation of the inclination of the device
Selon une disposition avantageuse, l’étape (b) peut comprendre un calcul de l’inclinaison du dispositif. According to an advantageous arrangement, step (b) can comprise a calculation of the inclination of the device.
Il est précisé que par inclinaison A il est entendu orientation du dispositif 1 dans un repère terrestre (X’, Y’, Z’). En d’autres termes, l’inclinaison A correspond à l’orientation du repère propre (X, Y, Z) du dispositif 1 par rapport au repère terrestre (X’, Y’, Z’). It is specified that by inclination A is meant orientation of the device 1 in a terrestrial reference (X′, Y′, Z′). In other words, the inclination A corresponds to the orientation of the proper reference (X, Y, Z) of the device 1 with respect to the terrestrial reference (X′, Y′, Z′).
Avantageusement, l’inclinaison A du dispositif peut être déterminée comme suit : les accélérations communiquées au fauteuil par l’utilisateur ou par l’assistance, et correspondant aux accélérations obtenues par le biais des contrôleurs 302 ou des moteurs 2, sont soustraites aux mesures d’accélération provenant de la centrale inertielle. La donnée des composantes de la pesanteur dans le référentiel (X, Y, Z) du fauteuil 100, est utilisée pour déterminer l’angle a de la route sur laquelle le fauteuil roule et son inclinaison par rapport à la verticale, à l’aide d’une matrice de direction du cosinus (DCM). Advantageously, the inclination A of the device can be determined as follows: the accelerations communicated to the wheelchair by the user or by the assistance, and corresponding to the accelerations obtained by means of the controllers 302 or the motors 2, are subtracted from the measurements of acceleration from the inertial unit. The data of the components of gravity in the frame of reference (X, Y, Z) of the wheelchair 100, is used to determine the angle a of the road on which the wheelchair is rolling and its inclination with respect to the vertical, using of a cosine direction matrix (DCM).
Dans la pratique, les informations provenant de la centrale inertielle 301 s’écartent des mesures idéales à cause des bruits et des erreurs qui affectent les mesures (biais, bruits, dérives au cours du temps des mesures angulaires). Pour limiter ces erreurs, des méthodes de filtrage bien connues en traitement du signal peuvent être mises en œuvre. A cet effet, des techniques de filtrage peuvent être utilisées, telles que des moyennes glissantes ou la moyenne des N derniers échantillons. In practice, the information coming from the inertial unit 301 deviates from the ideal measurements because of the noises and errors which affect the measurements (bias, noise, drifts over time of the angular measurements). To limit these errors, filtering methods well known in signal processing can be implemented. For this purpose, filtering techniques can be used, such as moving averages or the average of the last N samples.
Selon une autre disposition, il est possible de déterminer l’inclinaison A en utilisant l’équation [Maths. 1]. According to another arrangement, it is possible to determine the inclination A using the equation [Maths. 1].
Bien entendu il est aussi possible de déterminer l’inclinaison du dispositif par le biais de la centrale inertielle, ou toute autre méthode. Of course, it is also possible to determine the inclination of the device using the inertial unit, or any other method.
Détection d’une anomalie - étape (c) Anomaly detection - step (c)
D’une manière particulièrement avantageuse, le procédé selon l’invention peut comprendre une étape de détection d’une anomalie. Par anomalie, il est entendu par exemple un dérapage d’une roue, un renversement du fauteuil roulant 100 ou encore, un dérapage du pignon 4 sur une roue.In a particularly advantageous manner, the method according to the invention may comprise a step for detecting an anomaly. By anomaly, it is understood for example a slippage of a wheel, an overturning of the wheelchair 100 or even a slippage of the pinion 4 on a wheel.
La détection d’une anomalie peut être réalisée en calculant une valeur de corrélation entre l’accélération du dispositif et la vitesse de l’au moins un moteur 2. Ensuite, la valeur de corrélation est comparée avec une valeur de seuil d’anomalie. The detection of an anomaly can be carried out by calculating a correlation value between the acceleration of the device and the speed of the at least one engine 2. Next, the correlation value is compared with an anomaly threshold value.
Ainsi, typiquement, en cas de renversement du fauteuil roulant le dispositif aura une vitesse nulle alors que les moteurs auront une vitesse rotation élevée car les roues seront soulagées des contraintes de poids de l’utilisateur et de frottement du sol. Thus, typically, in the event of overturning of the wheelchair, the device will have zero speed while the motors will have a high rotational speed because the wheels will be relieved of the constraints of the user's weight and the friction of the ground.
Si la valeur de corrélation est supérieure au seuil d’anomalie alors une anomalie et détectée et l’étape (f) comprend la mise hors tension électrique du, ou de chaque, moteur 2, pour positionner le dispositif 1 dans l’état d’extinction des moteurs 2. If the correlation value is greater than the anomaly threshold, then an anomaly is detected and step (f) comprises turning off the electrical voltage of the, or each, motor 2, to position the device 1 in the state of engine shutdown 2.
En d’autres termes, la détection d’anomalie peut consister à détecter une augmentation de l’accélération dépassant un seuil prédéterminé correspondant à l’inertie développée par le fauteuil roulant et l’usager. Cette augmentation de l’accélération peut correspondre à un glissement du pignon sur le pneu. Il est alors nécessaire de mettre les moteurs 2 hors tension. In other words, anomaly detection can consist of detecting an increase in acceleration exceeding a predetermined threshold corresponding to the inertia developed by the wheelchair and the user. This increase in acceleration may correspond to the sprocket slipping on the tire. It is then necessary to turn motors 2 off.
Selon un mode de réalisation, la valeur de corrélation peut être calculée à partir de la différence entre une valeur de l’accélération du dispositif et de la vitesse de l’au moins un moteur. According to one embodiment, the correlation value can be calculated from the difference between a value of the acceleration of the device and the speed of the at least one motor.
En sus, la détection d’anomalie peut aussi être réalisée en comparant une variation de l’inclinaison par rapport à un axe horizontal. Si l’inclinaison A dépasse un seuil défini, alors une anomalie est détectée et l’étape (f) comprend la mise hors tension électrique du, ou de chaque, moteur 2, pour positionner le dispositif 1 dans l’état d’extinction des moteurs 2. In addition, anomaly detection can also be performed by comparing a variation of the inclination with respect to a horizontal axis. If the inclination A exceeds a defined threshold, then an anomaly is detected and step (f) comprises the electrical de-energization of the, or each, motor 2, to position the device 1 in the state of extinction of the motors 2.
De plus, un autre type d’anomalie peut être une vitesse du dispositif 1 ou du moteur 2 dépassant un seuil de sécurité préalablement fixé. In addition, another type of anomaly may be a speed of device 1 or motor 2 exceeding a previously set safety threshold.
Dans tous les cas, la détection d’une anomalie provoque l’arrêt immédiat des moteurs électrique et donc de l’assistance. La détection d’anomalie précoce est particulièrement avantageuse car elle permet d’éviter un accident ou un sur-accident. Par précoce, il est entendu que la détection d’anomalie est effectuée au plus tôt dans le procédé selon l’invention, dès que les grandeurs nécessaires sont acquise/obtenues.In all cases, the detection of an anomaly causes the immediate stopping of the electric motors and therefore of the assistance. Early anomaly detection is particularly advantageous because it makes it possible to avoid an accident or a secondary accident. By early, it is understood that the anomaly detection is carried out at the earliest in the method according to the invention, as soon as the necessary quantities are acquired/obtained.
Estimation d’un niveau de rugosité - étape (d) Estimation of a roughness level - step (d)
D’une manière particulièrement avantageuse et ingénieuse, le procédé selon l’invention comprend une étape (d) d’estimation d’un niveau de rugosité du sol sur lequel roule le véhicule (i.e. typiquement le fauteuil 100). Tel que cela sera décrit ci-après, cette étape peut être préalable à l’estimation d’un effort de l’utilisateur. In a particularly advantageous and ingenious way, the method according to the invention comprises a step (d) of estimating a level of roughness of the ground on which the vehicle is rolling (i.e. typically the wheelchair 100). As will be described below, this step may be prior to estimating a user's effort.
Astucieusement, l’estimation de la rugosité du sol peut être effectuée en fonction des vibrations engendrées par le roulage du fauteuil 100 sur le sol.Cleverly, the estimate of the roughness of the ground can be carried out according to the vibrations generated by the rolling of the wheelchair 100 on the ground.
En effet, les aspérités du sol engendrent des secousses verticales des roues. Ces secousses correspondent à une variation d’une composante verticale de l’accélération d’une roue. Indeed, the asperities of the ground generate vertical jolts of the wheels. These jerks correspond to a variation of a vertical component of the acceleration of a wheel.
Selon le mode de réalisation ici proposée, on peut déterminer la composante verticale de l’accélération selon [Maths. 2] en effectuant un échantillonnage de mesures déterminé sur un pas de temps déterminé. Par exemple, on peut effectuer 50 échantillonnages avec un pas de 10ms.According to the embodiment proposed here, one can determine the vertical component of the acceleration according to [Maths. 2] by carrying out a sampling of measurements determined over a determined time step. For example, 50 samples can be taken with a step of 10ms.
A partir de [Maths. 2]. En calculant une moyenne glissante [Maths. 3] des carrés avec une pondération de cette moyenne, il est possible d’ajuster la sensibilité de l’estimation. En d’autres termes, en utilisant une pondération élevée (par exemple 100) l’estimation est moins sensible aux aspérités du sol. A contrario, en utilisant une pondération plus faible, l’estimation devient plus sensible aux aspérités du sol. From [Math. 2]. By calculating a moving average [Maths. 3] of the squares with a weighting of this mean, it is possible to adjust the sensitivity of the estimate. In other words, using a high weight (e.g. 100) the estimate is less sensitive to ground asperities. Conversely, by using a lower weighting, the estimate becomes more sensitive to the roughness of the ground.
Estimation d’un niveau de frottement Estimation of a friction level
Selon une disposition particulièrement astucieuse de l’invention, un niveau de frottement F peut être déterminé à partir de la rugosité estimée. Le niveau de frottement F est déterminé comme une fonction de la rugosité estimée. According to a particularly clever arrangement of the invention, a level of friction F can be determined from the estimated roughness. The friction level F is determined as a function of the estimated roughness.
Cette estimation peut ensuite être affinée par une correction de l’estimation du niveau de frottement. This estimate can then be refined by correcting the estimate of the level of friction.
Correction de l’estimation du niveau de frottement Correction of friction level estimation
Il peut être nécessaire de corriger le niveau de frottement F déterminé. Pour cela, le procédé comprend la détermination d’une erreur due au frottement ∈frot. Typiquement, le niveau de frottement F peut être corrigé par intégration et/ou par régression linéaire. It may be necessary to correct the friction level F determined. For this, the method comprises the determination of an error due to friction ∈ frot . Typically, the level of friction F can be corrected by integration and/or by linear regression.
Selon un premier mode de réalisation, cette méthode consiste à intégrer des efforts subits par le fauteuil roulant 100 pendant un temps déterminé (en écartant certains cas aberrants décrits ci-après) afin de mesurer la force de frottement du sol sans être perturbé par les efforts de l’utilisateur. Le temps déterminé pour l’intégration est choisi de manière à ne pas être affecté par les efforts de l’utilisateur sur les roues, tout en permettant une adaptation rapide aux efforts extérieurs (rugosité du sol, vent, etc.). According to a first embodiment, this method consists in integrating the forces undergone by the wheelchair 100 for a determined time (disregarding certain aberrant cases described below) in order to measure the force of friction of the ground without being disturbed by the forces of the user. The time determined for the integration is chosen so as not to be affected by the user's efforts on the wheels, while allowing rapid adaptation to external forces (roughness of the ground, wind, etc.).
Selon cette méthode, l’erreur due aux frottements ∈frot peut être déterminée selon [Maths. 4]. According to this method, the error due to friction ∈ frot can be determined according to [Maths. 4].
Selon un autre mode de réalisation l’erreur due aux frottements ∈frot peut aussi être calculée en effectuant une intégration avec une moyenne glissante qui peut être pondérée, selon [Maths. 5]. According to another embodiment, the error due to friction ∈ frot can also be calculated by carrying out an integration with a sliding average which can be weighted, according to [Maths. 5].
Une deuxième méthode consiste à sauvegarder les N précédentes mesures et d’obtenir un modèle du frottement par régression linéaire en recalculant la force subie par le fauteuil [Maths. 6] qui permet de déduire l’erreur due au frottement, un coefficient de frottement proportionnel à la vitesse au carré et un coefficient de frottement proportionnel à la vitesse par régression linéaire selon [Maths. 7]. Cette méthode permet de prendre en compte les frottements en fonction des variations de vitesse. Alors que la première méthode demande un temps de réadaptation lors d’un changement de vitesse. A second method consists in saving the N previous measurements and obtaining a friction model by linear regression by recalculating the force undergone by the wheelchair [Maths. 6] which makes it possible to deduce the error due to friction, a coefficient of friction proportional to the speed squared and a coefficient of friction proportional to the speed by linear regression according to [Maths. 7]. This method makes it possible to take into account the frictions according to the variations of speed. While first method requires a readjustment time when changing gears.
D’une manière préférentielle cette détermination est effectuée sur une durée prédéterminée permettant une estimation optimale du coefficient de frottement en fonction de la vitesse. Préférentiellement la durée peut être d’environ dix minutes. Preferably, this determination is carried out over a predetermined period allowing an optimal estimation of the coefficient of friction as a function of the speed. Preferably, the duration may be about ten minutes.
Ces deux méthodes permettent de compenser le changement de frottement lié à la vitesse. These two methods make it possible to compensate for the change in friction linked to the speed.
Estimation d’un effort d’un utilisateur - étape (e) Estimation of user effort - step (e)
Le procédé selon l’invention comprend une étape d’estimation d’un effort Fut d’un utilisateur. L’estimation d’un effort Fut d’un utilisateur est une disposition particulièrement astucieuse de l’invention. Typiquement, l’effort Fut de l’utilisateur est estimé à partir du niveau de frottement estimé, de l’inclinaison du dispositif 1, du couple du moteur 2 et de l’accélération du dispositif 1. Selon un autre mode de réalisation, l’effort Fut peut-être directement estimé à partir de l’inclinaison du dispositif 1, du couple du moteur 2 et de l’accélération du dispositif 1, sans tenir compte du niveau de frottement. Selon cette disposition le niveau de frottement n’est pas estimé et est remplacé par l’application d’un coefficient prédéfini dans l’estimation de l’effort. The method according to the invention comprises a step of estimating an effort F ut of a user. The estimation of an effort F ut of a user is a particularly clever arrangement of the invention. Typically, the force F ut of the user is estimated from the estimated level of friction, the inclination of the device 1, the torque of the motor 2 and the acceleration of the device 1. According to another embodiment, the force F ut can be directly estimated from the inclination of the device 1, the torque of the motor 2 and the acceleration of the device 1, without taking into account the level of friction. According to this arrangement, the level of friction is not estimated and is replaced by the application of a predefined coefficient in the estimation of the force.
Il est précisé que l’estimation de l’effort peut être effectuée pour chaque roue du véhicule (le fauteuil roulant 100 selon notre exemple). L’estimation spécifique pour chaque roue permet de déterminer si un utilisateur s’apprête à initier un virage. It is specified that the estimation of the force can be carried out for each wheel of the vehicle (the wheelchair 100 according to our example). The specific estimation for each wheel makes it possible to determine if a user is about to initiate a turn.
En effet, dans le cas d’un virage initié par l’utilisateur, le système va détecter une différence d’effort appliqué par l’utilisateur sur chaque roue. La différence de ces efforts permet de détecter que l’utilisateur enclenche une phase de virage et d’adapter l’assistance en conséquence. La fin du virage sera détectée lorsque les deux roues tournent à la même vitesse. Le système adaptera alors son comportement en fonction de l’état de fonctionnement désiré par l’utilisateur (freinage, accélération, croisière). Il est à noter que lorsque le système capte un effort de freinage suffisant sur les deux roues le système passe en état décélération freinage même s’il était dans un état de virage. Indeed, in the case of a turn initiated by the user, the system will detect a difference in force applied by the user on each wheel. The difference in these forces makes it possible to detect that the user is engaging in a cornering phase and to adapt the assistance accordingly. The end of the turn will be detected when both wheels turn at the same speed. the system will then adapt its behavior according to the operating state desired by the user (braking, acceleration, cruising). It should be noted that when the system senses a sufficient braking force on both wheels, the system switches to the braking deceleration state even if it was in a cornering state.
L’effort Fut de l’utilisateur est exprimé comme une somme de termes dont au moins l’inclinaison du dispositif 1, le couple de l’au moins un moteur 2 et l’accélération du dispositif 1. The effort F ut of the user is expressed as a sum of terms including at least the inclination of the device 1, the torque of the at least one motor 2 and the acceleration of the device 1.
D’une manière préférentielle, la somme exprimant l’effort de l’utilisateur comprend aussi le niveau de frottement estimé. Preferably, the sum expressing the effort of the user also includes the estimated level of friction.
Selon le mode de réalisation ici présenté, l’estimation d’un effort Fut de l’utilisateur est effectuée en utilisant la relation [Maths 8]. According to the embodiment presented here, the estimation of an effort F ut of the user is carried out using the relation [Maths 8].
Tel que cela sera décrit ci-après, la valeur de l’effort (force) obtenu permet d’adapter l’assistance électrique du fauteuil. As will be described below, the value of the effort (force) obtained makes it possible to adapt the electric assistance of the wheelchair.
Détection d’une phase de mouvement et pilotage des moteurs - étape (f)Motion phase detection and motor control - step (f)
L’effort Fut estimé à l’étape (e) permet de détecter une phase de mouvements parmi plusieurs phases référencées : phase d’accélération, phase de décélération, phase de croisière ou phase de virage. The force F ut estimated in step (e) makes it possible to detect a movement phase from among several referenced phases: acceleration phase, deceleration phase, cruising phase or turning phase.
En d’autres termes les différentes déterminations, obtentions et estimations des étapes précédentes permettent notamment de déterminer si l’utilisateur souhaite être en phase d’arrêt, d’accélération, de croisière, de virage, ou de décélération. In other words, the various determinations, obtainings and estimates of the previous steps make it possible in particular to determine whether the user wishes to be in the stopping, acceleration, cruising, turning or decelerating phase.
Ensuite, les moteurs (2) sont pilotés notamment en fonction de la phase de mouvement détectée. Then, the motors (2) are driven in particular according to the detected movement phase.
Plus précisément, l’utilisation de l’estimation d’un effort Fut de l’utilisateur est particulièrement astucieuse car elle permet - à ce stade - de déterminer une volonté de l’utilisateur, c’est dire déterminer si l’utilisateur est en train d’accélérer, de maintenir une vitesse sensiblement constante (phase de croisière), ou de décélérer. More precisely, the use of the estimation of an effort F ut of the user is particularly astute because it allows - at this stage - to determine a will of the user, that is to say to determine if the user is in accelerating, maintaining a substantially constant speed (cruising phase), or decelerating.
Ainsi, l’utilisation d’un effort Fut de l’utilisateur permet de définir précisément le comportement du fauteuil roulant et de l’utilisateur. Thus, the use of an effort F ut of the user makes it possible to precisely define the behavior of the wheelchair and of the user.
Le fait de se baser sur les efforts utilisateur permet de minimiser les comportements non désirés par l’utilisateur, tels que par exemple une décélération du fauteuil sur une surface rugueuse, ou un fauteuil difficile à faire avancer dans du sable ou une pente. The fact of being based on the user's efforts makes it possible to minimize unwanted behavior by the user, such as for example a deceleration of the wheelchair on a rough surface, or a wheelchair that is difficult to move forward in sand or a slope.
Ainsi, en connaissant à la fois les grandeurs physiques du fauteuil (vitesse, accélération, inclinaison, courant ou couple moteur) et l'estimation de l’effort Fut de l’utilisateur, il est possible d’avoir une appréhension correcte de la situation et de piloter les moteurs pour assister au mieux l’utilisateur.Thus, by knowing both the physical quantities of the chair (speed, acceleration, inclination, current or motor torque) and the estimation of the effort F ut of the user, it is possible to have a correct understanding of the situation and control the motors to best assist the user.
Il est précisé que le pilotage des moteurs est effectué entre au moins un état de fonctionnement de l’assistance électrique dans lequel l’assistance électrique complète la propulsion humaine en maintenant une vitesse sensiblement constante et au moins un état d’extinction des moteurs 2 dans lequel seule la propulsion humaine peut déplacer le fauteuil 100. It is specified that the control of the motors is carried out between at least one operating state of the electric assistance in which the electric assistance completes the human propulsion by maintaining a substantially constant speed and at least one state of extinction of the motors 2 in which only human propulsion can move the chair 100.
D’une manière particulièrement avantageuse, le pilotage des moteurs 2 peut être effectué selon deux modes distincts. In a particularly advantageous manner, the control of the motors 2 can be carried out according to two distinct modes.
Selon un premier mode M1 qui ne s’enclenche que si la vitesse V du fauteuil 100 est supérieure à un premier seuil de vitesse Vstop. Inversement s’il est détecté que la vitesse V du fauteuil 100 est inférieure au premier seuil de vitesse Vstop, les moteurs 2 sont mis hors tension (premier condition C1 sur la figure 8). According to a first mode M1 which only engages if the speed V of the wheelchair 100 is greater than a first speed threshold V stop . Conversely, if it is detected that the speed V of the chair 100 is lower than the first speed threshold V stop , the motors 2 are switched off (first condition C1 in FIG. 8).
Si la vitesse du fauteuil 100 est supérieure au premier seuil de vitesse Vstop et le niveau d’effort Fut est supérieur à une première valeur de seuil d’effort F1 (condition C2 sur la figure 8), alors il est déterminé que l’utilisateur est en phase d’accélération et l’étape (f) comprend une commande de l’au moins un moteur 2 pour positionner le dispositif 1 dans l’état de fonctionnement de l’assistance électrique. If the speed of the wheelchair 100 is greater than the first speed threshold V stop and the effort level F ut is greater than a first effort threshold value F1 (condition C2 in FIG. 8), then it is determined that the user is in the acceleration phase and step (f) includes a command from the au least one motor 2 to position the device 1 in the operating state of the electrical assistance.
Il est précisé que dans ce cas, alternativement, l’étape (f) peut comprendre le changement de la consigne délivrée aux contrôleurs des moteurs 2 pour positionner le dispositif 1 dans un état de renforcement de l’assistance électrique. It is specified that in this case, alternatively, step (f) may include changing the instruction delivered to the controllers of the motors 2 to position the device 1 in a state of reinforcement of the electric assistance.
Si la vitesse du fauteuil 100 est supérieure au premier seuil de vitesse Vstop et si l’effort Fut estimé est inférieur à une deuxième valeur de seuil d’effort F2 (condition C3), alors il est détecté que l’utilisateur est en phase de décélération et l’étape (f) comprend la mise hors tension électrique de l’au moins un moteur 2, pour positionner le dispositif 1 dans l’état d’extinction de l’au moins un moteur 2. If the speed of the wheelchair 100 is greater than the first speed threshold V stop and if the estimated effort F ut is less than a second effort threshold value F2 (condition C3), then it is detected that the user is in deceleration phase and step (f) comprises the electrical de-energization of the at least one motor 2, to position the device 1 in the state of extinction of the at least one motor 2.
Si la vitesse du fauteuil 100 est supérieure au premier seuil de vitesse et si l’effort Fut estimé est compris entre la première valeur de seuil d’effort F1 et la deuxième valeur de seuil d’effort F2 (condition C4), alors il est déterminé que l’utilisateur est en phase de croisière. Dans ce cas, l’étape (f) comprend la variation ou le maintien d’une consigne de l’au moins un moteur 2 pour maintenir le dispositif 1 à une vitesse sensiblement équivalente à une vitesse acquise à l’étape (b), ou une vitesse décroissante selon le niveau d’assistance désiré par l’utilisateur. If the speed of the wheelchair 100 is greater than the first speed threshold and if the estimated effort F ut is between the first effort threshold value F1 and the second effort threshold value F2 (condition C4), then it it is determined that the user is cruising. In this case, step (f) comprises the variation or maintenance of a setpoint of the at least one motor 2 to maintain the device 1 at a speed substantially equivalent to a speed acquired in step (b), or a decreasing speed depending on the level of assistance desired by the user.
En d’autres termes, en phase de croisière, le dispositif 1 maintient une vitesse sensiblement constante ou décroissante selon le souhait de l’utilisateur. In other words, in the cruising phase, the device 1 maintains a substantially constant or decreasing speed according to the user's wishes.
Selon ce premier mode de pilotage, lorsque des efforts Fut différents sont estimés sur chaque roue et que la différence en valeur absolue de ces efforts est supérieure à un troisième seuil d’effort Fvirage, et que le niveau d’effort estimé est supérieur au deuxième seuil d’effort F2 (condition C5), alors il est déterminé que l’utilisateur est en phase de virage. Dans ce cas, l’étape (f) comprend l’application d’une aide pour les virages selon le niveau d’aide souhaité par l’utilisateur. Cela peut être effectué en appliquant un différentiel de courant sur deux moteurs 2 respectifs, le différentiel de courant étant proportionnel à un écart de vitesse entre les deux moteurs 2. Selon une autre disposition, en phase de virage, les moteurs 2 peuvent être mis hors tension. According to this first piloting mode, when different forces F ut are estimated on each wheel and the difference in absolute value of these forces is greater than a third force threshold F bend , and the estimated level of force is greater at the second effort threshold F2 (condition C5), then it is determined that the user is in the turning phase. In this case, step (f) includes applying a turn aid according to the level of help desired by the user. This can be done by applying a current differential to two respective motors 2, the current differential being proportional to a speed difference between the two motors 2. According to another arrangement, in the turn phase, the motors 2 can be turned off tension.
Typiquement, le différentiel de courant peut être proportionnel à l’écart de vitesse entre les moteurs. Ainsi, la consigne du moteur dont la vitesse de rotation est la plus faible est réduite, alors qu’à l’inverse la consigne augmente sur le moteur opposé de façon à accompagner le mouvement de rotation. Cette correction n’est appliquée que lorsque la trajectoire du fauteuil est considérée comme courbe (de façon à ne pas amplifier les oscillations de trajectoire lorsque fauteuil avance en ligne droite). Typically, the current differential can be proportional to the speed difference between the motors. Thus, the setpoint of the motor whose rotation speed is the lowest is reduced, while conversely the setpoint increases on the opposite motor so as to accompany the rotational movement. This correction is only applied when the wheelchair trajectory is considered to be curved (so as not to amplify the trajectory oscillations when the wheelchair moves forward in a straight line).
Lorsque la valeur absolue de la différence des vitesses de rotation de chaque moteur 2 est inférieure à une deuxième valeur de seuil de vitesse Vseuilfinvirage et que le niveau d’effort Fut est supérieur au deuxième niveau d’effort F2 (condition C6), alors il est déterminé que l’utilisateur a terminé son virage. When the absolute value of the difference in the speeds of rotation of each motor 2 is less than a second speed threshold value V thresholdendturn and the force level F ut is greater than the second force level F2 (condition C6), then it is determined that the user has completed their turn.
Ainsi, en d’autres termes, selon le premier mode M1 schématisé sur la figure 8, mode dans lequel l’assistance s’enclenche et se maintient que si le fauteuil est au-dessus d’un premier seuil de vitesse Vstop. Si l’utilisateur exerce une force suffisante le fauteuil 100 va ou non aider l’utilisateur à accélérer en fonction de la configuration d’assistance choisie. Lorsque l’utilisateur arrête d’exercer un effort pour faire avancer le dispositif. L’assistance enregistre la vitesse et adapte le couple des moteurs afin de maintenir une vitesse constante en ligne droite. Si l’utilisateur exerce une différence de force suffisante entre les deux roues, le fauteuil va adapter ou couper l’assistance pour faciliter le virage. Si l’utilisateur freine le dispositif, la force exercée passe en dessous d’une certaine valeur négative, l’assistance s’adapte où se coupe en fonction du mode de réalisation choisi. Si l’utilisateur relâche son effort le système retient la vitesse et la maintient. Thus, in other words, according to the first mode M1 shown schematically in FIG. 8, a mode in which the assistance engages and is maintained only if the chair is above a first speed threshold V stop . If the user exerts sufficient force, the chair 100 will or will not help the user to accelerate depending on the chosen assistance configuration. When the user stops exerting an effort to advance the device. The assistance registers the speed and adapts the torque of the motors in order to maintain a constant speed in a straight line. If the user exerts a sufficient difference in force between the two wheels, the wheelchair will adapt or cut off the assistance to facilitate the turn. If the user brakes the device, the force exerted falls below a certain negative value, the assistance adapts or cuts off depending on the embodiment chosen. If the user relaxes his effort the system retains the speed and maintains it.
Selon une disposition particulièrement avantageuse, le couple moteur peut être augmenté proportionnellement en fonction de l’effort estimé selon une configuration choisie par l’utilisateur. According to a particularly advantageous arrangement, the motor torque can be increased proportionally according to the estimated force according to a configuration chosen by the user.
Selon un second mode de pilotage M2 schématisé sur la figure 9, l’étape (f) comprend la comparaison d’une vitesse du dispositif V déterminée à l’étape (b) avec une troisième valeur seuil de vitesse Vstop2 dite vitesse de déclenchement (condition C7). According to a second control mode M2 shown schematically in FIG. 9, step (f) comprises comparing a speed of the device V determined in step (b) with a third speed threshold value Vstop2 called the trigger speed ( condition C7).
Si la vitesse du dispositif est supérieure à la vitesse de déclenchement Vstop2 (condition C8), alors l’étape (f) comprend l’augmentation progressive d’une consigne de l’au moins un moteur (2) jusqu’à ce que la vitesse du dispositif atteigne une valeur de seuil de vitesse de croisière. Puis, l’étape (f) comprend la stabilisation d’une consigne de l’au moins un moteur (2) pour maintenir la vitesse du dispositif V sensiblement égale à la deuxième valeur de seuil de vitesse V2. If the speed of the device is greater than the trigger speed Vstop2 (condition C8), then step (f) comprises the progressive increase of a setpoint of the at least one motor (2) until the speed of the device reaches a cruising speed threshold value. Then, step (f) comprises stabilizing a setpoint of the at least one motor (2) to maintain the speed of the device V substantially equal to the second speed threshold value V2.
Selon ce mode de pilotage l’étape (f) comprend la comparaison de l’effort estimé Fut à l’étape (e) avec une troisième valeur de seuil d’effort F3. Si l’effort estimé est inférieur à la troisième valeur de seuil d’effort alors l’étape (f) comprend la mise hors tension électrique du, ou de chaque, moteur (2) pour positionner le dispositif (1 ) dans l’état d’extinction de l’au moins un moteur (2) (condition C7). Ainsi, en cas de relâchement des efforts utilisateur, si la vitesse est au-dessus de la vitesse seuil d’arrêt le système va retendre vers sa vitesse de croisière. According to this piloting mode, step (f) comprises comparing the estimated force Fut in step (e) with a third force threshold value F3. If the estimated force is less than the third force threshold value then step (f) comprises turning off the electrical voltage of the, or each, motor (2) to position the device (1) in the state extinction of at least one motor (2) (condition C7). Thus, if the user's efforts are relaxed, if the speed is above the stop threshold speed, the system will tighten towards its cruising speed.
En d’autres termes, selon le deuxième mode de pilotage, au-dessus du deuxième seuil de vitesse, le fauteuil accélère pour atteindre une vitesse prédéfinie par l’utilisateur, lorsque les efforts de l’utilisateur sont inférieurs à un troisième seuil d’efforts, l’assistance se coupe. Répétition du procédé In other words, according to the second control mode, above the second speed threshold, the wheelchair accelerates to reach a speed predefined by the user, when the user's efforts are below a third threshold of efforts, assistance cuts out. Process repetition
II est précisé que le procédé est exécuté en continu, tel que cela est schématisé sur la figure 7. Préférentiellement le procédé est exécuté toutes les 10 millisecondes. It is specified that the method is executed continuously, as shown schematically in FIG. 7. Preferably, the method is executed every 10 milliseconds.
[Maths. 1]. [Math. 1].
A = arctan( —dVroue — ax / az) A = arctan( —dVwheel — ax / az)
Avec : dVroue l’accélération rapportée linéairement du fauteuil de la moyenne des vitesses des roues, ax est l’accélération horizontale mesurée, az est l’accélération verticale With: dVwheel the linearly reported acceleration of the wheelchair from the average speed of the wheels, ax is the measured horizontal acceleration, az is the vertical acceleration
[Maths. 2].
Figure imgf000034_0001
[Math. 2].
Figure imgf000034_0001
Avec : azrms la valeur efficace de l’accélération normale au sol azn L’accélération dans la direction normale au sol mesurée par l’accéléromètre à l’instant n. With: a zrms the effective value of the acceleration normal to the ground a zn The acceleration in the direction normal to the ground measured by the accelerometer at time n.
N le nombre d’échantillons N the number of samples
[Maths. 3].
Figure imgf000034_0002
Avec : azrms Estimation de la valeur efficace de l’accélération normale au sol azn L’accélération normale au sol mesurée par l’accéléromètre à l’instant n
[Math. 3].
Figure imgf000034_0002
With: a zrms Estimate of the effective value of the normal acceleration on the ground a zn The normal acceleration on the ground measured by the accelerometer at instant n
N la pondération N the weighting
[Maths. 4].
Figure imgf000035_0001
[Math. 4].
Figure imgf000035_0001
Avec ∈frot Erreur en Newton due aux frottements du fauteuil avec l’environnement estimée indépendamment de la vitesse δt Temps d’intégration choisi suffisamment long pour avoir une bonne estimation des frottements. Mais suffisamment court pour avoir un comportement dynamique (dans notre cas plusieurs centaines de ms) m Masse utilisateur et fauteuil With ∈ frot Error in Newton due to the friction of the chair with the environment estimated independently of the speed δt Integration time chosen long enough to have a good estimate of the friction. But short enough to have a dynamic behavior (in our case several hundred ms) m User mass and chair
K Constante de conversion (N /A) caractéristique du moteur utilisé, rapporté au sol. K Conversion constant (N /A) characteristic of the motor used, referred to the ground.
Imot Courant (A) consommé par les moteurs ∈ = -1 ou 1 Fonction du sens du fauteuil Cx Coefficient de frottement proportionnel à la vitesse au carré (N.s2/m2) I word Current (A) consumed by the motors ∈ = -1 or 1 Depending on the direction of the chair Cx Coefficient of friction proportional to speed squared (Ns 2 /m 2 )
Cα Coefficient de frottement proportionnel à la vitesse (N. s/m) C α Coefficient of friction proportional to speed (N. s/m)
Vmot Vitesse des moteurs rapportée par rapport au sol en considérant que le galet ne dérape pas sur la roue (m/s). dVmot Accélération des moteurs rapportée par rapport au sol (m/s2) g Gravitation (9,81 m/s2) Vmot Speed of the motors relative to the ground considering that the roller is not skidding on the wheel (m/s). dVmot Acceleration of the motors relative to the ground (m/s 2 ) g Gravitation (9.81 m/s 2 )
Kr Coefficient de frottement statique estimé en N [Maths. 5].
Figure imgf000036_0001
K r Estimated static friction coefficient in N [Maths. 5].
Figure imgf000036_0001
Avec : estimation des frottements (N) avec l’environnement à
Figure imgf000036_0003
l’instant n.
With: estimation of friction (N) with the environment at
Figure imgf000036_0003
instant n.
N= pondération de la moyenne glissante N= moving average weighting
[Maths. 6]
Figure imgf000036_0002
[Math. 6]
Figure imgf000036_0002
Avec : With :
F subie Effort (N) subi par le fauteuil [Maths. 7]
Figure imgf000037_0001
[Maths. 8]
Figure imgf000037_0002
F undergone Effort (N) undergone by the wheelchair [Math. 7]
Figure imgf000037_0001
[Math. 8]
Figure imgf000037_0002
Avec : Fut Effort utilisateur estimé With: F ut Estimated user effort

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle d’un dispositif d’assistance électrique (1 ) pour un véhicule (100) à propulsion humaine, le dispositif d’assistance électrique (1 ) comprenant au moins un moteur (2) permettant de compléter la propulsion humaine et comprenant des moyens d’acquisition inertielle, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes suivantes : 1. Method for controlling an electric assistance device (1) for a human-powered vehicle (100), the electric assistance device (1) comprising at least one motor (2) making it possible to complete the human propulsion and comprising inertial acquisition means, the method being characterized in that it comprises at least the following steps:
(a) acquisition de grandeurs physiques de l’au moins un moteur (2), dont une vitesse de rotation (w) et un couple ; (a) acquisition of physical quantities of the at least one motor (2), including a rotational speed (w) and a torque;
(b) obtention d’une ou plusieurs grandeurs physiques du dispositif (1 ), dont au moins une accélération (A) et une inclinaison ; (b) obtaining one or more physical quantities of the device (1), including at least one acceleration (A) and one inclination;
(e) estimation d’un effort (Fut) d’un utilisateur du dispositif (1 ), à partir du couple de l’au moins un moteur (2), de l’accélération (A) du dispositif (1 ) et de l’inclinaison du dispositif (1 ); (e) estimation of an effort (F ut ) of a user of the device (1), from the torque of the at least one motor (2), the acceleration (A) of the device (1) and the inclination of the device (1);
(f) détermination d’une phase de mouvement au moins en fonction de l’effort estimé et pilotage de l’au moins un moteur (2), au moins en fonction de la phase de mouvement déterminée, la phase de mouvement étant déterminée parmi une phase d’accélération, une phase de croisière, ou un phase de décélération, entre au moins un état de fonctionnement de l’assistance électrique dans lequel l’assistance électrique complète la propulsion humaine et au moins un état d’extinction de l’au moins un moteur (2) dans lequel seule la propulsion humaine peut déplacer le dispositif (1 ). (f) determination of a movement phase at least as a function of the estimated effort and control of the at least one motor (2), at least as a function of the determined movement phase, the movement phase being determined from among an acceleration phase, a cruising phase, or a deceleration phase, between at least one operating state of the electric assistance in which the electric assistance completes the human propulsion and at least one state of extinction of the at least one motor (2) in which only human propulsion can move the device (1).
2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, comprenant une étape (d) d’estimation d’un niveau de rugosité d’un sol sur lequel roule le véhicule (100) comprenant le dispositif (1 ). 2. Control method according to claim 1, comprising a step (d) of estimating a level of roughness of a ground on which the vehicle (100) comprising the device (1) is driving.
3. Procédé de contrôle selon la revendication 2, dans lequel l’estimation de la rugosité de l’étape (d) est effectuée en fonction de vibrations engendrées par un roulage du véhicule (100) sur le sol. 3. Control method according to claim 2, in which the estimation of the roughness of step (d) is carried out as a function of vibrations generated by rolling of the vehicle (100) on the ground.
4. Procédé de contrôle selon la revendication 3, dans lequel l’estimation de la rugosité de l’étape (d) est effectuée en fonction de la détermination d’une variation d’une composante verticale de l’accélération (arms) provoquée par des vibrations engendrées par le roulage du véhicule (100) sur le sol. 4. Control method according to claim 3, in which the estimation of the roughness of step (d) is carried out according to the determination of a variation of a vertical component of the acceleration (a rms ) caused by vibrations generated by the rolling of the vehicle (100) on the ground.
5. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, l’étape (d) comprend l’estimation des frottements (F) en fonction de l’estimation de la rugosité de l’étape (d). 5. Control method according to any one of claims 2 to 4, step (d) comprises the estimation of the friction (F) as a function of the estimate of the roughness of step (d).
6. Procédé de contrôle selon la revendication 5, dans lequel l’estimation des frottements (F) comprend une correction de l’estimation des frottements par intégration et/ou par régression linéaire. 6. Control method according to claim 5, in which the estimation of the friction (F) comprises a correction of the estimation of the friction by integration and/or by linear regression.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’effort (Fut) de l’utilisateur à l’étape (e) est exprimé comme une somme de termes dont au moins l’inclinaison du dispositif (1 ), le couple de l’au moins un moteur (2) et l’accélération du dispositif (1 ). 7. Method according to any one of claims 1 to 6, in which the effort (F ut ) of the user in step (e) is expressed as a sum of terms including at least the inclination of the device ( 1), the torque of the at least one motor (2) and the acceleration of the device (1).
8. Procédé selon les revendications 5 et 7 en combinaison dans lequel la somme exprimant l’effort (Fut) de l’utilisateur comprend aussi les frottements (F) estimés. 8. Method according to claims 5 and 7 in combination, in which the sum expressing the effort (F ut ) of the user also includes the estimated friction (F).
9. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel, si une vitesse du dispositif (1 ) est supérieure à un premier seuil de vitesse (Vstop) et si le niveau d’effort (Fut) est supérieur à une première valeur de seuil d’effort (F1 ), alors il est déterminé que l’utilisateur est en phase d’accélération et l’étape (f) comprend la mise sous tension électrique de l’au moins un moteur (2) pour positionner le dispositif (1 ) dans l’état de fonctionnement de l’assistance électrique, ou l’étape (f) comprend l’augmentation de la tension électrique délivrée à l’au moins un moteur (2) pour positionner le dispositif (1 ) dans un état de renforcement de l’assistance électrique. 9. Control method according to any one of claims 1 to 8, in which, if a speed of the device (1) is greater than a first speed threshold (Vstop) and if the level of effort (F ut ) is greater than a first force threshold value (F1), then it is determined that the user is in the acceleration phase and step (f) comprises electrically energizing the at least one motor (2 ) to position the device (1) in the electrical assistance operating state, or step (f) comprises increasing the electrical voltage supplied to the at least one motor (2) to position the device (1) in a state of power assist reinforcement.
10. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel, si la vitesse du dispositif (1 ) est supérieure à un premier seuil de vitesse (Vstop) et si l’effort (Fut) estimé est inférieur à une deuxième valeur de seuil d’effort (F2), alors il est détecté que l’utilisateur est en phase de décélération et l’étape (f) comprend la mise hors tension électrique de l’au moins un moteur (2), pour positionner le dispositif (1 ) dans l’état d’extinction de l’au moins un moteur (2). 10. Control method according to any one of claims 1 to 8, in which, if the speed of the device (1) is greater than a first speed threshold (V stop ) and if the estimated force (F ut ) is lower than a second effort threshold value (F2), then it is detected that the user is in the deceleration phase and step (f) comprises the electrical de-energization of the at least one motor (2) , to position the device (1) in the state of extinction of the at least one motor (2).
11. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel, si la vitesse du dispositif (1 ) est supérieure à un premier seuil de vitesse (Vstop) et si l’effort (Fut) estimé est compris entre une première valeur de seuil d’effort (F1 ) et une deuxième valeur de seuil d’effort (F2), alors il est déterminé que l’utilisateur est en phase de croisière, et l’étape (f) comprend la variation ou le maintien d’une consigne de l’au moins un moteur (2) pour maintenir le dispositif (1 ) à une vitesse sensiblement équivalente à une vitesse acquise à l’étape (b) ou à une vitesse prédéfinie. 11. Control method according to any one of claims 1 to 8, in which, if the speed of the device (1) is greater than a first speed threshold (Vstop) and if the estimated force (F ut ) is comprised between a first effort threshold value (F1) and a second effort threshold value (F2), then it is determined that the user is in the cruising phase, and step (f) comprises the variation or maintaining a setpoint of the at least one motor (2) to maintain the device (1) at a speed substantially equivalent to a speed acquired in step (b) or at a predefined speed.
12. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel, si des efforts (Fut) différents sont estimés sur chaque roue et que la différence en valeur absolue de ces efforts est supérieure à un troisième seuil d’effort (Fvirage), et que chaque effort (Fut) estimé est supérieur à un deuxième seuil d’effort (F2), alors il est déterminé que l’utilisateur est en phase de virage. 12. Control method according to any one of claims 1 to 8, in which, if different forces (F ut ) are estimated on each wheel and the difference in absolute value of these forces is greater than a third threshold of effort (F turn ), and each estimated effort (F ut ) is greater than a second effort threshold (F2), then it is determined that the user is in the turning phase.
13. Procédé de contrôle selon la revendication 12, dans lequel l’étape (f) comprend la mise hors tension électrique de l’au moins un moteur (2), pour positionner le dispositif (1 ) dans l’état d’extinction de l’au moins un moteur (2)· 13. Control method according to claim 12, in which step (f) comprises the electrical de-energization of the at least one motor (2), to position the device (1) in the state of extinction of the at least one engine (2)
14. Procédé de contrôle selon la revendication 12, dans lequel l’étape (f) comprend l’application d’un différentiel de courant sur deux moteurs (2) respectifs, le différentiel de courant étant proportionnel à un écart de vitesse de rotation entre les deux moteurs (2). 14. Control method according to claim 12, in which step (f) comprises the application of a current differential to two respective motors (2), the current differential being proportional to a rotational speed difference between the two motors (2).
15. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel, si la valeur absolue de la différence des vitesses de rotation de chaque moteur (2) est inférieure à une deuxième valeur de seuil de vitesse (Vseuilfinvirage) et que le niveau d’effort (Fut) est supérieur au deuxième niveau d’effort (F2), alors il est déterminé que la phase de virage est terminée. 15. Control method according to any one of claims 12 to 14, in which, if the absolute value of the difference in rotational speeds of each motor (2) is less than a second speed threshold value (V thresholdendturn ) and the effort level (F ut ) is greater than the second effort level (F2), then it is determined that the turn phase is complete.
16. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel, l’étape (f) comprend la comparaison d’une vitesse du dispositif (1) déterminée à l’étape (b) avec une troisième valeur seuil de vitesse (Vstop2) dite vitesse de déclenchement. 16. Control method according to any one of claims 1 to 8, in which step (f) comprises comparing a speed of the device (1) determined in step (b) with a third threshold value of speed (V s top2) called triggering speed.
17. Procédé de contrôle selon la revendication 16, dans lequel, si la vitesse du dispositif (1 ) est supérieure à la vitesse de déclenchement (Vstop2), alors l’étape (f) comprend l’augmentation progressive d’une consigne de l’au moins un moteur (2) jusqu’à ce que la vitesse du dispositif (1) atteigne une valeur de seuil de vitesse de croisière, puis, l’étape (f) comprend la stabilisation d’une consigne de l’au moins un moteur (2) pour maintenir la vitesse du dispositif (1) sensiblement égale à la valeur de seuil de vitesse de croisière. 17. Control method according to claim 16, in which, if the speed of the device (1) is greater than the trigger speed (V stop2 ), then step (f) comprises the progressive increase of a setpoint of the at least one motor (2) until the speed of the device (1) reaches a cruising speed threshold value, then, step (f) comprises the stabilization of a setpoint of the au at least one motor (2) to maintain the speed of the device (1) substantially equal to the cruising speed threshold value.
18. Dispositif d’assistance électrique (1) pour un véhicule à propulsion humaine, configuré pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, comprenant au moins un moteur (2) présentant un rotor (22) relié à un pignon (4) venant frotter sur un pneumatique (110) d’une roue (104, 105) d’un véhicule et comprenant des moyens d’acquisition inertielle, le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un contrôleur (302) adapté pour mesurer la vitesse de rotation dudit au moins un moteur (2) et au moins un organe de commande (303) adapté pour piloter ledit au moins un moteur (2). 18. Electric assistance device (1) for a human-powered vehicle, configured to implement a method according to any one of claims 1 to 17, comprising at least one motor (2) having a rotor (22) connected to a pinion (4) which rubs against a tire (110) of a wheel (104, 105) of a vehicle and comprising inertial acquisition means, the device being characterized in that it comprises at least one controller (302) adapted to measure the speed of rotation of said at least one motor (2) and at least one control member (303) adapted to drive said at least one motor (2).
19. Dispositif d’assistance électrique (1) selon la revendication 18, caractérisé en ce que le contrôleur (302) est adapté pour transmettre audit au moins un moteur (2) une consigne de pilotage émise par ledit au moins un organe de commande (303). 19. Electric assistance device (1) according to claim 18, characterized in that the controller (302) is adapted to transmit to said at least one motor (2) a control instruction issued by said at least one control device (303).
20. Dispositif d’assistance électrique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 18 ou 19, comprenant une centrale inertielle (301 ). 20. Electrical assistance device (1) according to any one of claims 18 or 19, comprising an inertial unit (301).
21. Dispositif d’assistance électrique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 18 à 20, dans lequel l’organe de commande (303) est un ordinateur adapté pour exécuter le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 17. 21. Electrical assistance device (1) according to any one of claims 18 to 20, wherein the control member (303) is a computer adapted to execute the method according to any one of claims 1 to 17.
22. Véhicule à propulsion humaine étant un fauteuil roulant (100) comprenant deux roues arrière (104, 105) présentant chacune un pneumatique (110), caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif d’assistance électrique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 18 à 21. 22. Human-powered vehicle being a wheelchair (100) comprising two rear wheels (104, 105) each having a tire (110), characterized in that it comprises at least one electric assistance device (1) according to the any of claims 18 to 21.
23. Fauteuil roulant (100) selon les revendications 20 et 22 en combinaison, comprenant un siège (103) et un châssis comprenant une structure, l’organe de commande (303) et la centrale inertielle (301 ) étant fixés sous le siège (103) ou intégré dans la structure du châssis (102). 23. Wheelchair (100) according to claims 20 and 22 in combination, comprising a seat (103) and a frame comprising a structure, the control member (303) and the inertial unit (301) being fixed under the seat ( 103) or integrated into the frame structure (102).
24. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, lorsqu’il est exécuté par un ordinateur. 24. Computer program product comprising code instructions for performing a method according to any one of claims 1 to 17, when executed by a computer.
25. Moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel un produit programme d’ordinateur comprend des instructions de code pour l’exécution d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 17. 25. Storage medium readable by computer equipment on which a computer program product comprises code instructions for the execution of a method according to one of claims 1 to 17.
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