WO2024089360A1 - Capteur de mesure de couple pour velo a assistance electrique - Google Patents

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WO2024089360A1
WO2024089360A1 PCT/FR2023/051675 FR2023051675W WO2024089360A1 WO 2024089360 A1 WO2024089360 A1 WO 2024089360A1 FR 2023051675 W FR2023051675 W FR 2023051675W WO 2024089360 A1 WO2024089360 A1 WO 2024089360A1
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WO
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casing
sensor
unit according
electrical assistance
torque
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/051675
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English (en)
Inventor
Gregory Clement
Christophe Laurens
Dharmender Singh
Original Assignee
Bontaz Centre
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J45/00—Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
    • B62J45/40—Sensor arrangements; Mounting thereof
    • B62J45/41—Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by the type of sensor
    • B62J45/411—Torque sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J45/00—Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
    • B62J45/40—Sensor arrangements; Mounting thereof
    • B62J45/42—Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by mounting
    • B62J45/421—Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by mounting at the pedal crank

Definitions

  • the invention relates to the field of electrical assistance units for electrically assisted bicycles and that of electrically assisted bicycles.
  • the sensors based on inverse magnetostriction cooperate with the movable ferromagnetic hub of the crankset, which complicates their implementation, in particular with regard to the transmission of data to the electrical assistance control means.
  • these sensors are usually installed to capture the forces coming from the two pedals, which requires positioning them in areas where other mechanical or electrical parts are already located.
  • the gauge and part of the circuit are on the hub, so rotate with it.
  • Wireless communication, or with a brush, is carried out between the mobile part and the fixed part.
  • the invention firstly relates to an electrical assistance unit for an electrically assisted bicycle comprising:
  • At least one deformation sensor of the housing fixed on and/or against it and/or placed near the shaft, capable of measuring the deformations due to the pedaling efforts of a cyclist.
  • the casing may include or possibly contain a transmission and/or gearbox system.
  • the invention makes it possible to measure the forces applied by the cyclist on the pedals.
  • the sensor(s) may be placed near the axis of the crankset, for example less than 5 cm from this axis.
  • the cyclist's effort can be calculated.
  • the invention therefore makes it possible to measure the deformation of the casing directly due to the force applied by the cyclist on the pedal.
  • a correlation is established between the pedaling forces and the deformation on the housing. Then this correlation can be used or projected to calculate the cyclists' efforts.
  • the appropriate electrical assistance can then be calculated or estimated and applied.
  • the sensor(s) is/are not connected to the pedals, crankset, or derailleur or any moving part of the bicycle. It is/are fixed in relation to the casing.
  • the invention makes it possible to measure a signal associated with the pedaling torque, different from the assistance torque, whereas known systems always measure the sum of the pedaling and assistance torques.
  • the invention does not require additional components, in particular no expensive, bulky gears that cause loss of efficiency;
  • At least one strain sensor or gauge may include an electrical resistance which may for example have a resistance value between 100 ohms and 1000 ohms or even 5000 ohms, but preferably between 120 and 500 ohms, for example 350 ohms. These values provide a good compromise between the management of energy consumption and the sensitivity of the sensor or gauge.
  • An electrical assistance unit may further comprise, or be associated or coupled with, means, for example digital means (for example at least one processor), which are, or can be, programmed or specially adapted , to evaluate or calculate the pedaling torque, separately from the assistance torque or without it, and for example to calculate a new assistance torque, preferably as a function of the pedaling torque.
  • digital means for example at least one processor
  • An electrical assistance unit may include, for example, between 2 and 6 crankcase deformation sensors, fixed thereon.
  • a reduced number of deformation sensors for example less than or equal to 3, allows material savings and simplified maintenance.
  • the sensor(s), or at least part of them, is/are preferably arranged close to the axis, for example less than 5 cm from it.
  • one of the sensors can be placed under the pedal axle, another being behind this axis (relative to the direction of movement of the bicycle);
  • the sensor(s) may be placed on only one side of the casing, or at least one sensor may be placed on each side of the casing.
  • At least one deformation sensor of the casing is arranged in or on, and/or so as to measure the stresses in, at least one well of constraint ; a stress well captures the stresses applied to the casing when the cyclist pedals or these pass through it; one or more wells can be made in the wall of the casing, for example by a local thinning of the wall of the casing, or even by a zone of the wall of the casing, this zone being made of a material different from Wall.
  • an intermediate part can serve as a stress path between the bearing of the shaft or the pedaling axle and the housing, in order to transmit the forces measured by the gauge(s) or sensor(s), located on and/or against this intermediate part.
  • At least one stress well is produced by an orifice or a recess on and/or against which a test body is positioned; this test body preferably has a thickness (e'i) less than the thickness e of the casing.
  • An electrical assistance unit may also include means adapted or programmed for:
  • windowing the signal, this windowing being temporal and/or in amplitude; windowing allows you to select a portion of the signal of interest;
  • the invention also relates to an electrically assisted bicycle comprising an electrical assistance unit according to the invention.
  • Such a bicycle may also include a temperature sensor.
  • the invention also relates to a method for producing an electrical assistance unit for an electrically assisted bicycle, this unit comprising an electric motor in a casing, said method comprising:
  • deformation sensor(s) for example between 2 and 6 sensors, in said zones of the casing identified in the previous step; a reduced number of deformation sensors, for example less than or equal to 3, allows material savings and simplified maintenance;
  • At least one deformation sensor or gauge may include an electrical resistance which may for example have a resistance value between 100 ohms and 1000 ohms or even 5000 ohms, but preferably between 120 and 500 ohms, for example 350 ohms. These values provide a good compromise between the management of energy consumption and the sensitivity of the sensor or gauge.
  • At least one crankcase deformation sensor can be positioned less than 5 cm from the crankset axle.
  • a method according to the invention may further comprise the formation of at least one stress well (in the sense already explained above) in the wall of the casing, and the positioning of at least one sensor in and/or on and /or against said well constraint.
  • at least one stress well can be produced by local thinning of the wall of the casing, and/or:
  • one or more sensor(s) can be glued or fixed, for example by their ends, above or near a zone of the wall of the casing, this zone being made of a material different from the wall and forming a stress sinks;
  • test body serves as a stress path between the bearing of the pedaling shaft and the housing, in order to transmit the forces measured by at least one sensor and gauge, located on and/or against this intermediate piece.
  • At least one stress well is produced by forming a recess on which a test body is positioned, said test body being able to have a thickness (e'i) less than the thickness e of the casing.
  • the means for example digital means (for example at least one processor), programmed or specially adapted, for evaluating or calculating the pedaling torque , separately from the assistance torque or without it, can allow:
  • FIG IA and [FIG IB] represent an example of an embodiment of a bicycle and a casing to which the invention can be applied,
  • FIG 2 represents a particular embodiment of a bicycle casing according to the invention.
  • FIG 3A], [FIG 3B] and [FIG 3C] represent an embodiment of a bicycle casing according to the invention and the detection of forces applied in various directions;
  • FIGS 4A], [FIG 4B] and [FIG 4C] each represent a wall of a casing according to the invention provided with one or more stress wells or one or more stress capture zones;
  • FIG 5 represents an example of an embodiment of a bicycle to which the invention can be applied, one or more sensors being arranged on one side of the casing.
  • FIG 6A] and [FIG 6B] represent a measuring system according to the invention.
  • Figure IA represents an example of an embodiment of a bicycle to which the invention can be applied.
  • This bicycle 10 comprises, in known manner, a frame 16 (composed of several assembled tubes), a front wheel 4, a rear wheel 6, a handlebar 8 connected to the front wheel by a fork 12, a saddle 14.
  • a pedal board comprises two pedals 22, 24, connected by cranks 22', 24' to an axle which enters a housing.
  • the orifice 21 or hub orifice
  • the action of the cyclist on the crankset drives a chain 28.
  • an electric motor is housed in a casing 20 which is crossed by the housing which houses the axle of the crankset.
  • the casing 20 may also contain a control system 40 (in broken lines in Figures 1 and 2), which makes it possible to control the assistance provided to the cyclist by the electric motor.
  • Reference 32 designates an electric battery.
  • Figure IB shows the casing of Figure IA in more detail.
  • Numerical references identical to those in Figure IA represent the same technical elements.
  • the cyclist's force Fl is transmitted by a force path between the pedaling axle 21' (or hub) and the attachment points 20i, 20? to the frame.
  • This force path largely passes through the hub and the area surrounding it; it is therefore this area, the hub and its periphery, which undergoes the greatest deformation.
  • the points of attachment also see this effort, but to a lesser extent.
  • Figure 2 shows a side view of the casing 20, from which the axle and its pedals have been removed.
  • the references 23, 25, Tl represent three sensors, for example strain gauges, for example electrical and/or rosette type resistors.
  • a gauge formed from an electrical resistance can for example have a resistance between 100 ohms and 1000 ohms or even 5000 ohms, but preferably between 120 and 500 ohms, for example 350 ohms.
  • a resistance gauge that is too strong will consume little energy but will not have the desired sensitivity; a resistance gauge that is too low will have too much sensitivity.
  • a gauge can be fixed by its ends to an area intended to deform.
  • Each gauge has specific coordinates in the 2D plane to pass or apply maximum deformation to it. Additionally, any interference from the body under stress can be compensated for if the gauge is applied in the correct orientation.
  • the sensor Tl is arranged above the position of the axis, the sensor 23 is arranged behind it (relative to the direction of travel of the bicycle), and the sensor 25 is arranged below.
  • the Gauges are shown outside the casing, but it will subsequently be preferable to place them against the interior wall of the casing for reasons of protection. Whether they are placed indoors or outdoors, they are preferably located in areas with high levels of stress.
  • Figures 3A-3C represent the case of only 2 sensors 23, 25, but arranged as described above in connection with Figure 2 (the sensor 23 is arranged behind the axis of the crankset, and the sensor 25 is arranged below).
  • the sensor 25 detects the effort applied by a vertical force, as illustrated in Figure 3A; the two sensors 23, 25 each detect part of the force applied by a force F which has the diagonal direction shown in Figure 3B and the sensor 23 detects the force applied by a horizontal force, as illustrated in Figure 3C.
  • FIG. 6A Another arrangement of 3 sensors or gauges 23, 25, Tl is shown in Figure 6A: they are all oriented in the direction of the axis of the crankset; they can form between them 2 equal angles a and the gauges 23, Tl, arranged on either side of the central gauge 25 (for example oriented horizontally), can be arranged at an angle P relative to the vertical axis AA'.
  • At least one temperature sensor can be provided on or in the casing 20 or elsewhere on the bicycle: such a sensor can provide information on temperature variations, which can be integrated into the processing of the signals from the sensors 23-27 in order to to correct them for possible drifts due to these temperature variations.
  • the sensors or strain gauges form a Wheatstone bridge, one of these sensors being used as a witness to provide temperature compensation.
  • the sensor(s) 23-27 is/are arranged near the crankshaft.
  • At least one sensor or gauge placed a few centimeters away, for example less than 1 cm, for example 5 mm, or even less than 4 cm, for example 10 mm or 20 mm, or still less than 5 cm or even 10 cm from the crankset hub, it is possible to clearly measure the deformations of the crankcase which result from the cyclist's effort.
  • the wall 30 has a zone 30a of different configuration (for example thinner) and/or of different material from the other parts of the wall 30 and against which a gauge 23b is positioned; this zone 30a forms a stress well.
  • the gauge 23b is for example fixed by its ends 23bi, 23b?.
  • the casing 30 can be made of aluminum or magnesium or steel, or any other metallic material.
  • a different material for zone 30a is for example a plastic material.
  • the wall 30 has a hole or orifice or recess 30o above which, preferably on the interior side of the casing, a test body 30b, for example made of plastic material, is positioned and is fixed to the edges of the hole 30o for example by its lateral ends 30bi, 30bz.
  • this test body has a thickness e'i less than the thickness e of the casing.
  • a gauge 23c On or against this test body 30b is fixed a gauge 23c, which will detect deformations of the body 30b.
  • the position and/or orientation of the sensors or gauges and/or the position of the stress wells can be adapted by applying the indications above to best capture the stresses resulting from the cyclist's efforts. For example, practically:
  • - tests can be carried out with one or more gauges placed at different locations on the casing and/or in different orientations to test deformations;
  • an electrical assistance unit for an electrically assisted bicycle, a casing is first produced, then:
  • - one or more zones of the wall 30 of the casing 20 can be identified in which the deformations thereof are mainly or solely due to the pedaling efforts of a cyclist; - one or more stress wells can optionally be produced, as explained above in said zones;
  • Tl can be positioned at 90° from each other, or distributed with angles different from 90° between them, of deformations in said zones of the casing, identified in the 1st step above, and/or possibly in or on or against one or more stress wells, produced in the previous step.
  • the electric motor can be introduced or positioned in the casing, as can one or more electronic card(s).
  • a preliminary calibration can be carried out at the factory. Once the effects of the engine on the deformations of the crankcase are known, the influence of these effects can be subtracted from the measurements made by the gauges according to the invention. It should be noted that we know how to recognize the cyclist's effort just before applying assistance, we also know about electric assistance so, for example by mapping the different cases of cyclist effort and engine torque, we know go back to the cyclist's torque.
  • the distribution of disturbances can depend on the properties of the material (for example: aluminum, or magnesium, or steel, or plastic); it may not be equally and/or progressively distributed: we can therefore for example look for the maximum area then select the zone(s) capturing the maximum deformation.
  • an average of the measurements can be taken. Such an average makes it possible to reduce the influence of parasites over a short period. For example, if a cyclist comes down from a sidewalk, there will be a peak of deformation. The average makes it possible to reduce the influence of this peak.
  • bias coefficient(s) can be found in the laboratory, and for example then gradually corrected once the cyclist starts using the bike in different conditions each day.
  • Figure 5 represents an application of the invention in which several sensors (only sensor 23 is shown in this figure) are distributed on a single side of the casing, for example on the right side lOd of the bicycle 10. These sensors provide different measurements depending on which leg produces the force. We can therefore detect which leg produces the force on the corresponding pedal and adjust the assistance of the electric motor. For example, in the case of a person with reduced mobility with a prosthesis in the left leg, the motor can increase the motor power (or electrical assistance) when the left leg with the prosthesis produces the force on the pedal and vice versa, the driving power (or electrical assistance) is reduced when the right leg produces the force on the pedal. In the case where gauges are present on the 2 lateral sides of the casing, we can also identify the forces provided by one leg and those produced by the other leg and adapt the electrical assistance accordingly.
  • the sensors of a bicycle according to the invention are arranged inside the casing, which makes it possible to protect them.
  • the sensors are fixed in relation to the casing, their assembly and use therefore do not require complex parts.
  • the gauges can be glued against the crankcase, using cold glue, but preferably using hot glue which will better withstand temperature variations.
  • the transmission of the signal produced by the sensor(s) to the control system 40 can be carried out by wire or wirelessly.
  • This control system 40 is itself preferably arranged in the casing. It comprises elements programmed to implement electrical assistance for the pedaling of a cyclist, for example according to one of the processes described in this application. It also makes it possible to process the measurement data provided by the sensor(s) 23-27.
  • the associated torque can be for example 23Nm.
  • the gauge gives a voltage of 8mV for a torque of 0 (therefore without electrical assistance).
  • Nm 1.9166xmV-15.33
  • This formula can be programmed, for example in unit 50 (see Figure 6A, description below) to convert the measured voltage, for example into a torque value.
  • This correspondence table can be stored in storage means, for example in unit 50 (see Figure 6A, description below).
  • the values can be read, for example in real time and/or with a delay, for example 10 ms, in a list(s) and a moving average can be calculated to eliminate jolts or noise peaks . If this system somehow fails, a pre-recorded chart can be used as a reference until the system is corrected or replaced.
  • the deformation of the casing 20 is identical or close to the applied torque, but on a different scale, the deformation can be converted using a gain coefficient to deduce the torque.
  • the conversion can be carried out by electronic means or a circuit specifically programmed for this purpose, for example a processor, for example contained in the unit 50 described later in connection with the figure
  • the processing means for example the processor, calculate and inject electrical assistance into the engine
  • the processing means for example the processor, can deduce the value of the new electrical assistance torque to be applied.
  • the processor of the means 40 can implement digitization and/or calculation steps which make it possible to convert the measurements made by the gauge(s) into calculated or estimated values of the torques. applied by the cyclist, either by a calculation (linear law or gain) or by a correspondence table.
  • windowing the signal (or “trimming”) around the region of interest of the signal; this windowing can be temporal (part of the signal is selected in a time window) and/or amplitude (part of the signal between a maximum intensity value and a minimum intensity value is selected);
  • the torque and/or effort (or force) applied by the cyclist can be estimated or calculated based on the signal(s) measured and possibly one or more of the steps described above .
  • the treatment may be more or less easy to carry out depending on the quality of positioning of the gauges as described above.
  • FIGS. 6A and 6B represent a functional diagram of a measurement implementing steps such as described above. These steps can be implemented by electronic components, for example comprising one or more processors, specifically adapted or programmed to implement said processing steps, all of these components being for example integrated in the form of a printed circuit (PCB) 50.
  • PCB printed circuit
  • step SI the signal from sensor(s) 23-27 is digitized. It can then be filtered (step S2 and/or S6), then corrected (step S3, which concerns for example a correction of the gain applied to the signal and a possible temporal windowing thereof), depending on a temperature measurement (step S4) and windowing (step S5).
  • the steps of measuring temperature (step S4) and windowing the signal can condition a step of selection and/or calculation of the gain applied to the signal.
  • S8 represents the storage in memory of coefficient(s) and/or software parameters, with a view to processing the signal using these coefficient(s) and/or parameters. Processing may be carried out with hardware and/or software components and/or with parameters specified by users.
  • S7 represents the grouping (in a central unit) of the software parameters, the filtered signal and possibly the temperature compensation(s) (after windowing).
  • a hysteresis compensation step (S9) of the sensor(s) is then applied.
  • a windowing step in amplitude (a maximum value and a minimum value of the signal are selected);
  • step S13 the torque or effort (step S13) of the cyclist can be calculated or estimated, for example based on values given above or previously estimated or measured. At least part of the calculated or estimated values can be stored, for example to calculate a moving average. A calculation of the electrical assistance torque to be applied can also be carried out in this step S13. The signal obtained in S12 therefore makes it possible to carry out, in S13, a calculation of the electrical assistance torque to be applied.
  • step S14 the angle a of the pedal can be calculated, from the information on the torque or the effort estimated or calculated during step S13 and for example according to the orientation of the sensors /gauges.
  • the electrical assistance torque to be applied to the motor can then be transmitted to the motor.
  • This can be achieved by the module 52 for controlling the gearbox, for example produced in the form of a PCB, again for example as illustrated in Figure 6B.
  • the data is processed to be transmitted to an inverter (step S16), then to the motor (step S17), to a reducer (step S18) and finally an electrical assistance torque is transmitted to the axis (step S19).
  • the means, or electronic components, for implementing the steps mentioned above in connection with Figures 6A and 6B are preferably located (see the means 40 of Figures 1A-2) inside the casing 20.

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Abstract

L'invention concerne une unité d'assistance électrique pour une bicyclette à assistance électrique comportant : un moteur électrique dans un carter (2); un axe de pédalier qui traverse le carter; au moins un capteur (23, 25, 27) de déformations du carter, fixe sur celui-ci et apte à mesurer les déformations dues aux efforts de pédalage d'un cycliste; des moyens (40, 50, 52), programmés ou spécialement adaptés, pour évaluer ou calculer un couple de pédalage, séparément d'un couple d'assistance ou sans celui-ci, et pour calculer un nouveau couple d'assistance électrique.

Description

DESCRIPTION
Titre : CAPTEUR DE MESURE DE COUPLE POUR VELO A ASSISTANCE ELECTRIQUE
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR
L'invention concerne le domaine des unités d'assistance électrique pour bicyclettes à assistance électrique et celui des bicyclettes à assistance électrique.
Afin de fournir la puissance ou le couple nécessaire à l'assistance, on cherche à avoir une mesure de l'effort appliqué par le cycliste lorsqu'il pédale.
Généralement, des solutions utilisant des capteurs fonctionnant à base de magnétostriction inverse sont mises en œuvre : ces capteurs sont disposés sur l'axe du pédalier, la déformation de ce dernier induisant des modifications de champ magnétique vu par le capteur ; ce dernier peut donc générer un signal qui est envoyé à l'unité de contrôle de la bicyclette. D'autres solutions existent, à base de jauges de déformation, ou de capteurs optiques ou magnétiques.
Les capteurs à base de magnétostriction inverse coopèrent avec le moyeu ferromagnétique mobile du pédalier, ce qui en complique la mise en œuvre, en particulier en ce qui concerne la transmission des données aux moyens de contrôle de l'assistance électrique. De plus, ces capteurs sont habituellement installés pour capter les efforts en provenance des deux pédales, ce qui nécessite de les positionner dans des zones où d'autres pièces mécaniques ou électriques sont déjà disposées. Pour les jauges de déformation, la jauge et une partie du circuit sont sur le moyeu, donc tournent avec celui- ci. Une communication sans fil, ou bien avec balai, est réalisée entre la partie mobile et la partie fixe.
Il se pose donc le problème de trouver un système plus simple et moins encombrant pour capter les efforts du cycliste. De préférence, un tel système permet de détecter ces efforts, mais pas le couple fourni par l'assistance électrique. De préférence également, un tel système est moins coûteux que ceux mettant en œuvre des techniques par exemple de type magnétostrictives. EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention concerne d'abord une unité d'assistance électrique pour bicyclette à assistance électrique comportant :
- un moteur électrique dans un carter ;
- un axe de pédalier qui traverse le carter ;
- au moins un capteur de déformations du carter, fixe sur et/ou contre celui-ci et/ou disposé à proximité de l'arbre, apte à mesurer les déformations dues aux efforts de pédalage d'un cycliste.
Le carter peut comprendre ou contenir éventuellement un système de transmission et/ou de boite de vitesse.
L'invention permet de mesurer les forces appliquées par le cycliste sur les pédales. De préférence, le ou les capteur(s) peut/peuvent être disposé(s) à proximité de l'axe du pédalier, par exemple à moins de 5 cm de cet axe.
Ces forces alternatives sont transmises par les pédales au carter, dans lequel elles créent des contraintes ou déformations, qui reflètent directement l'effort du cycliste.
En mesurant la contrainte, à l'aide d'un ou plusieurs capteurs, par exemple une ou plusieurs jauge(s) de déformation, monté(s) dans ou sur le carter, l'effort du cycliste peut être calculé. L'invention permet donc de mesurer la déformation du carter directement due à l'effort appliqué par le cycliste sur la pédale. Selon un exemple de réalisation, on établit une corrélation entre les efforts de pédalage et la déformation sur carter. Puis cette corrélation peut être utilisée ou projetée pour calculer les efforts des cyclistes. L'assistance électrique adéquate peut ensuite être calculée ou estimée et appliquée. Le(s) capteur(s) n'est/ne sont pas relié(s) aux pédales, au pédalier, ou au dérailleur ou à une quelconque partie mobile de la bicyclette. Il est/sont fixe(s) par rapport au carter. L'invention permet de mesurer un signal associé au couple de pédalage, différent du couple d'assistance, alors que les systèmes connus mesurent toujours la somme des couples de pédalage et d'assistance.
Par rapport aux solutions existantes : - l'invention ne nécessite pas de composants supplémentaires, notamment pas de pignons chers, encombrants et faisant perdre du rendement ;
- elle permet de mesurer l'effort au plus près du cycliste, sans que la mesure soit polluée par des frottements induits par l'installation.
Dans le cadre de la présente invention, au moins un capteur de déformations ou jauge peut comporter une résistance électrique qui peut par exemple avoir une valeur de résistance comprise entre 100 ohms et 1000 ohms ou même 5000 ohms, mais de préférence comprise entre 120 et 500 ohms, par exemple 350 ohms. Ces valeurs permettent d'avoir un bon compromis entre la gestion de la consommation d'énergie et la sensibilité du capteur ou de la jauge.
Une unité d'assistance électrique selon l'invention peut en outre comporter, ou être associée ou couplée avec, des moyens, par exemple des moyens numériques (par exemple au moins un processeur), qui sont, ou peuvent être, programmés ou spécialement adaptés, pour évaluer ou calculer le couple de pédalage, séparément du couple d'assistance ou sans celui-ci, et par exemple pour calculer un nouveau couple d'assistance, de préférence en fonction du couple de pédalage.
Une unité d'assistance électrique selon l'invention peut comporter par exemple entre 2 et 6 capteurs de déformation du carter, fixes sur celui-ci. Un nombre réduit de capteur de déformations, par exemple inférieur ou égal à 3, permet une économie du matériel et une maintenance simplifiée.
Le(s) capteur(s), ou au moins une partie d'entre eux, est/sont disposé(s) de préférence à proximité de l'axe, par exemple à moins de 5 cm de celui-ci.
Par exemple :
- un des capteurs peut être disposé sous l'axe de pédalier, un autre étant en arrière de cet axe (par rapport à la direction de déplacement de la bicyclette) ;
- et/ou un des capteurs peut être disposé au-dessus de l'axe de pédalier.
Le ou les capteur(s) peut/peuvent disposé(s) sur un seul côté du carter, ou bien au moins un capteur peut être disposé de chaque côté du carter.
Selon une réalisation particulière, au moins un capteur de déformations du carter est disposé dans ou sur, et/ou de sorte à mesurer les contraintes dans, au moins un puits de contrainte ; un puits de contrainte capte les contraintes appliquées au carter lorsque le cycliste pédale ou celles-ci transitent par lui ; un ou plusieurs puits peut/peuvent être réalisé(s) dans la paroi du carter, par exemple par un amincissement local de la paroi du carter, ou encore par une zone de la paroi du carter, cette zone étant réalisée en un matériau différent de la paroi.
Selon encore une autre réalisation particulière, une pièce intermédiaire, ou "corps d'épreuve", peut servir de chemin de contrainte entre le roulement de l'arbre ou de l'axe de pédalage et le carter, en vue de faire transiter les efforts mesurés par la ou les jauge(s) ou le(s) capteur(s), situé(e)(s) sur et/ou contre cette pièce intermédiaire.
Par exemple, au moins un puits de contrainte est réalisé par un orifice ou un évidement sur et/ou contre lequel un corps d'épreuve est positionné ; ce corps d'épreuve a de préférence une épaisseur (e'i) inférieure à l'épaisseur e du carter.
Une unité d'assistance électrique selon l'invention peut en outre comporter des moyens adaptés ou programmés pour :
- corriger ou compenser le signal ou les signaux issu(s) du ou des capteur(s) en fonction de la température, par exemple pour corriger une valeur de gain appliquée au signal/aux signaux; c'est par exemple le cas si plusieurs capteurs ou jauges de déformation sont utilisés en formant un pont de Wheatstone, un de ces capteurs étant utilisé en tant que témoin pour faire une compensation en température ;
- et/ou réaliser une ou plusieurs étapes de fenêtrage du signal, ce fenêtrage étant temporel et/ou en amplitude ; un fenêtrage permet de sélectionner une portion d'intérêt du signal ;
- et/ou corriger le signal issu du ou des capteur(s) pour une éventuelle hystérésis du/des capteur(s) ;
- et/ou corriger le signal avec une fonction d'auto-adaptation, par exemple pour prendre en compte les différents biais du terrain;
- et/ou linéariser le signal issu du ou des capteur(s) dans au moins une zone d'un signal délivré par au moins un capteur ou au moins un des capteur(s).
- et/ou réaliser une ou plusieurs étapes de filtrage du signal ou des signaux issu(s) du ou des capteur(s). L'invention concerne également une bicyclette à assistance électrique comportant une unité d'assistance électrique selon l'invention.
Une telle bicyclette peut en outre comporter un capteur de température.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une unité d'assistance électrique pour bicyclette à assistance électrique, cette unité comportant un moteur électrique dans un carter, ledit procédé comportant :
- l'identification d'une ou plusieurs zone(s) du carter dans laquelle ou lesquelles les déformations du carter sont principalement ou uniquement dues aux efforts de pédalage d'un cycliste ;
- le positionnement d'un ou plusieurs capteur(s) de déformations, par exemple entre 2 et 6 capteurs, dans lesdites zones du carter identifiées dans l'étape précédente ; un nombre réduit de capteur de déformations, par exemple inférieur ou égal à 3, permet une économie du matériel et une maintenance simplifiée;
- le positionnement du moteur électrique sur et/ou contre le carter dans une ou plusieurs desdites zone(s).
Il est également possible de positionner dans le carter des moyens, par exemple des moyens numériques (par exemple au moins un processeur), programmés ou spécialement adaptés, pour évaluer ou calculer le couple de pédalage, séparément du couple d'assistance ou sans celui-ci et éventuellement pour calculer un nouveau couple d'assistance électrique en fonction du couple de pédalage.
Au moins un capteur de déformations ou jauge peut comporter une résistance électrique qui peut par exemple avoir une valeur de résistance comprise entre 100 ohms et 1000 ohms ou même 5000 ohms, mais de préférence comprise entre 120 et 500 ohms, par exemple 350 ohms. Ces valeurs permettent d'avoir un bon compromis entre la gestion de la consommation d'énergie et la sensibilité du capteur ou de la jauge.
Au moins un capteur de déformations du carter peut être positionné à moins de 5 cm de l'axe du pédalier.
Un procédé selon l'invention peut comporter en outre la formation d'au moins un puits de contrainte (au sens déjà expliqué ci-dessus) dans la paroi du carter, et le positionnement d'au moins un capteur dans et/ou sur et/ou contre ledit puits de contrainte. Par exemple, au moins un puits de contrainte peut être réalisé par un amincissement local de la paroi du carter, et/ou :
- un ou plusieurs capteur(s) peuvent être collés ou fixés, par exemple par leurs extrémités, au-dessus ou au voisinage d'une zone de la paroi du carter, cette zone étant réalisée en un matériau différent de la paroi et formant un puits de contraintes ;
- et/ou une pièce intermédiaire, ou "corps d'épreuve", sert de chemin de contrainte entre le roulement de l'arbre de pédalage et le carter, en vue de faire transiter les efforts mesurés par au moins un capteur une jauge, située sur et/ou contre cette pièce intermédiaire.
Par exemple au moins un puits de contrainte est réalisé en formant un évidement sur lequel un corps d'épreuve est positionné, ledit corps d'épreuve pouvant avoir une épaisseur (e'i) inférieure l'épaisseur e du carter.
Dans une unité d'assistance électrique selon l'invention ou dans un procédé selon l'invention, les moyens, par exemple les moyens numériques (par exemple au moins un processeur), programmés ou spécialement adaptés, pour évaluer ou calculer le couple de pédalage, séparément du couple d'assistance ou sans celui-ci, peuvent permettre :
- de calculer ou d'estimer, partir des signaux du/des capteur(s), l'effort du cycliste uniquement ;
- et/ou de calculer et d'injecter de l'assistance électrique dans le moteur ;
- et/ou de calculer ou d'estimer, partir des signaux du/des capteur(s), le nouveau niveau de couple, mais avec une assistance connue, puis éventuellement d'en déduire la valeur du nouveau couple d'assistance électrique à appliquer ;
- et/ou d'isoler, par un traitement du signal ou des signaux en provenance du/des capteur(s), ce qui vient principalement ou uniquement du cycliste.
- et/ou corriger le signal avec une fonction d'auto-adaptation, par exemple pour prendre en compte les différents biais du terrain;
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Un exemple de réalisation de l'invention sera maintenant décrit en référence aux dessins annexés dans lesquels ; Les [FIG IA] et [FIG IB] représentent un exemple d'un mode de réalisation d'une bicyclette et d'un carter auxquels l'invention peut être appliquée,
La [FIG 2] représente une réalisation particulière d'un carter de bicyclette selon l'invention.
Les [FIG 3A], [FIG 3B] et [FIG 3C] représentent une réalisation d'un carter de bicyclette selon l'invention et la détection de forces appliquées suivant diverses directions ;
Les figures [FIG 4A], [FIG 4B] et [FIG 4C] représentent chacune une paroi d'un carter selon l'invention muni d'un ou plusieurs puits de contraintes ou d'une ou plusieurs zones de capture de contraintes ;
La [FIG 5] représente un exemple d'un mode de réalisation d'une bicyclette à laquelle l'invention peut être appliquée, un ou plusieurs capteurs étant disposé(s) sur un seul côté du carter.
Les [FIG 6A] et [FIG 6B] représentent un système de mesure selon l'invention.
Dans les figures des éléments techniques similaires ou identiques sont désignés par les mêmes numéros de référence.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION
La figure IA représente un exemple d'un mode de réalisation d'une bicyclette à laquelle l'invention peut être appliquée.
Cette bicyclette 10 comporte, de manière connue, un cadre 16 (composé de plusieurs tubes assemblés), une roue avant 4, une roue arrière 6, un guidon 8 relié à la roue avant par une fourche 12, une selle 14.
Un pédalier comporte deux pédales 22, 24, reliées par des manivelles 22', 24' à un axe qui pénètre dans un boîtier. On voit, en figure 2, l'orifice 21 (ou orifice du moyeu) d'un côté de ce boîtier. L'action du cycliste sur le pédalier entraîne une chaîne 28. S'agissant d'une bicyclette à assistance électrique, un moteur électrique est hébergé dans un carter 20 laquelle est traversée par le boîtier qui héberge l'axe du pédalier. Le carter 20 peut contenir également un système 40de commande (en traits interrompus sur les figures 1 et 2), qui permet de commander l'assistance fournie au cycliste par le moteur électrique. La référence 32 désigne une batterie électrique. L'effort Fl appliqué par un cycliste sur la pédale 22 se traduit par des efforts correspondant F2 et F'2 appliqués sur le carter 20: comme on le voit sur la figure IA, et plus en détail en figure IB, l'effort F2 appliqué sur la partie avant du carter est supérieur à celui (F'2) qui est appliqué, en sens inverse, sur la partie arrière.
La figure IB représente le carter de la figure IA plus en détail. Des références numériques identiques à celles de la figure IA y représentent les mêmes éléments techniques. La force Fl du cycliste se transmet par un chemin d'effort entre l'axe 21' (ou moyeu) de pédalage et les points d'accroche 20i, 20? au cadre. Ce chemin d'effort passe en grande partie par le moyeu et la zone qui lui est périphérique ; c'est donc cette zone, le moyeu et sa périphérie, qui subit la plus grande déformation. Les points d'attache voient aussi cet effort, mais de façon moins importante.
La figure 2 représente une vue de côté du carter 20, dont l'axe et ses pédales ont été retirés.
Sur cette figure, comme sur les suivantes, les références 23, 25, Tl représentent trois capteurs, par exemple des jauges de déformation, par exemple des résistances électriques et/ou de type rosette. Dans le cadre de la présente invention, une jauge formée d'une résistance électrique peut par exemple avoir une résistance comprise entre 100 ohms et 1000 ohms ou même 5000 ohms, mais de préférence comprise entre 120 et 500 ohms, par exemple 350 ohms. Une jauge de résistance trop forte consommera peu d'énergie mais n'aura pas la sensibilité souhaitée ; une jauge de résistance trop faible aura une sensibilité trop importante. On veillera par ailleurs à l'orientation de la jauge, afin qu'elle soit orientée ou collée dans le bon sens de déformation. En variante, une jauge peut être fixée par ses extrémités sur une zone prévue pour se déformer.
Chaque jauge a des coordonnées spécifiques dans le plan 2D pour lui faire passer ou lui appliquer une déformation maximale. De plus, toute interférence du corps sous contrainte peut être compensée si la jauge est appliquée dans la bonne orientation.
Ces jauges vont permettre de mesurer les déformations du carter 20 lors de l'effort du cycliste. Dans l'exemple illustré, le capteur Tl est disposé au-dessus de la position de l'axe, le capteur 23 est disposé en arrière de celui-ci (par rapport à la direction d'avancement de la bicyclette), et le capteur 25 est disposé en dessous. En figure 2, les jauges sont représentées à l'extérieur du carter, mais il sera préférable, par la suite, de les disposer contre la paroi intérieure du carter pour des raisons de protection. Qu'elles soient disposées à l'intérieur ou à l'extérieur, elles le sont, de préférence, dans des zones de forts niveaux de contraintes.
Les figures 3A-3C représentent le cas de seulement 2 capteurs 23, 25, mais disposés comme décrit ci-dessus en lien avec la figure 2 (le capteur 23 est disposé en arrière de l'axe du pédalier, et le capteur 25 est disposé en dessous). Le capteur 25 détecte bien l'effort appliqué par une force verticale, comme illustré en figure 3A; les deux capteurs 23, 25 détectent chacun une partie de l'effort appliqué par une force F qui a la direction en diagonale représentée en figure 3B et le capteur 23 détecte bien l'effort appliqué par une force horizontale, comme illustré en figure 3C.
Une autre disposition de 3 capteurs ou jauges 23, 25, Tl est représentée en figure 6A : elles sont orientées toutes 3 en direction de l'axe du pédalier ; elles peuvent former entre elles 2 angles égaux a et les jauges 23, Tl , disposées de part et d'autre de la jauge centrale 25 (par exemple orientée à l'horizontale), peuvent être disposées selon un angle P par rapport à l'axe vertical AA'.
Au moins un capteur de température peut être prévu sur ou dans le carter 20 ou ailleurs sur la bicyclette : un tel capteur peut donner une information sur des variations de température, lesquelles peuvent être intégrées dans le traitement des signaux issus des capteurs 23-27 afin de les corriger d'éventuelles dérives dues à ces variations de température. Selon un exemple de réalisation, les capteurs ou jauges de déformation forment un pont de Wheatstone, un de ces capteurs étant utilisé en tant que témoin pour faire une compensation en température.
Comme on le voit sur ces figures, le ou les capteur(s) 23-27 est/sont disposé(s) à proximité de l'arbre du pédalier.
Plus généralement, on cherche à disposer le(s) capteur(s) ou la/les jauge(s) dans des zones dans lesquelles les contraintes liées à l'effort de pédalage seront les plus mesurables par le/les capteur(s) ou la/les jauge(s). En fait, le couple créé par le moteur d'assistance est un couple, donc la somme des forces est nulle. L'effort du cycliste se traduit par, ou est, un couple, mais généré par un effort asymétrique, dont l'annulation provient de la réaction du carter : on capte donc les efforts de réaction qui traversent le carter, pour aller dans les accroches du moteur, dans le cadre, et, finalement, à travers les roues pour compenser la force verticale et dirigée vers le bas du cycliste. Un traitement du signal permet de reconnaître cet effort par opposition à un couple d'assistance.
Par exemple, au moins un capteur ou une jauge disposé(e) à quelques centimètres, par exemple à moins de 1 cm, par exemple à 5 mm, ou encore à moins de 4 cm, par exemple à 10 mm ou 20 mm, ou encore à moins de 5 cm ou même de 10 cm, du moyeu du pédalier permet de bien mesurer les déformations du carter qui résultent de l'effort du cycliste.
Selon un autre exemple, on peut identifier ou créer un ou des puits de contrainte local/locaux pour permettre une bonne lecture des déformations qui résultent de l'effort du cycliste avec des capteurs ou jauges loca lisé(e)(s) sur et/ou contre ou dans ces puits. Par exemple, la paroi du carter 20 peut être localement plus fine comme illustré en figure 4A, qui représente la paroi 30 du carter, paroi d'épaisseur e, dans laquelle une ou des zones 34, 36, d'épaisseur ei < e (par exemple ei = 2mm et e = 3 mm) est/sont amincie(s) pour y positionner (ou pour positionner contre la ou les zone(s) amincie(s)) des capteurs ou jauges 23a, 25' de mesure de contraintes, lesquelles sont principalement dues aux efforts du cycliste, comme expliqué ci-dessus.
Lors de la fabrication d'un tel carter, on peut identifier préalablement, par des tests mécaniques d'efforts (ou une simulation 3D par ordinateur) les zones les plus aptes à concentrer les déformations qui résultent de l'effort du cycliste : ce sont ces zones que l'on cherchera à amincir, comme illustré en figure 4A, pour y positionner des jauges. En variante, illustrée en figure 4B, la paroi 30 présente une zone 30a de configuration différente (par exemple plus fine) et/ou de matériau différent des autres parties de la paroi 30 et contre laquelle une jauge 23b est positionnée ; cette zone 30a forme un puits de contraintes. La jauge 23b est par exemple fixée par ses extrémités 23bi, 23b?. Par exemple, d'une manière générale, le carter 30 peut être en aluminium ou en magnésium ou en acier, ou en tout autre matériau métallique. Un matériau différent pour la zone 30a est par exemple un matériau en plastique. Encore en variante, illustrée en figure 4C, la paroi 30 présente un trou ou orifice ou évidement 30o au-dessus duquel, de préférence du côté intérieur du carter, un corps d'épreuve 30b, par exemple en matériau plastique, est positionné et est fixé aux bords du trou 30o par exemple par ses extrémités latérales 30bi, 30bz. Par exemple, ce corps d'épreuve a une épaisseur e'i inférieure épaisseur e du carter. Sur ou contre ce corps d'épreuve 30b est fixée une jauge 23c, laquelle va détecter les déformations du corps 30b.
Par exemple, on peut tester plusieurs carters, avec différents capteurs ou différentes jauges, différentes rotations angulaires des capteurs ou des jauges et à différentes proximités des axes, avec des instruments calibrés et comparer les résultats avec un autre capteur de couple. Différents carters auront différents modules d'élasticité et/ou différentes imperfections de symétrie, ce qui permet de compenser les imperfections de la chaîne de mesure et de traitement du signal.
En fonction de la forme exacte et du matériau de chaque carter, la position et/ou l'orientation des capteurs ou des jauges et/ou la position des puits de contrainte pourra être adaptée en appliquant les indications ci-dessus pour capter au mieux les contraintes qui résultent des efforts du cycliste. Par exemple, pratiquement :
- on peut effectuer des tests avec une ou des jauge(s) disposée(s) à différents endroits du carter et/ou suivant différentes orientations pour tester les déformations ;
- et/ou des tests en trois points de proximité différents donnent des indications sur la façon dont la déformation est fonction de la proximité à l'axe du pédalier ;
- et/ou 3 jauges au même point, ce qui permet de déterminer la jauge qui, pour un point donné, qui sera la mieux adaptée.
On peut en déduire de ces tests une meilleure cartographie de l'intensité de déformation sur le carter et de la contribution des efforts du cycliste à ces déformations.
Pour la réalisation d'une unité d'assistance électrique selon l'invention, pour une bicyclette à assistance électrique, on réalise d'abord un carter, puis :
- on peut identifier une ou plusieurs zones de la paroi 30 du carter 20 dans lesquelles les déformations de celui-ci sont principalement ou uniquement dues aux efforts de pédalage d'un cycliste ; - on peut réaliser éventuellement un ou plusieurs puits de contraintes, comme expliqué ci-dessus dans lesdites zones ;
- on peut positionner un ou plusieurs capteur(s) 23, 25, Tl , à 90° l'un de l'autre, ou réparties avec des angles différents de 90° entre elles, de déformations dans lesdites zones du carter, identifiées dans la 1ère étape ci-dessus, et/ou éventuellement dans ou sur ou contre un ou plusieurs puits de contraintes, réalisés dans l'étape précédente. Enfin, le moteur électrique peut-être introduit ou positionné dans le carter, de même qu'une ou plusieurs carte(s) électronique(s).
Pour prévenir tout parasite résiduel sur les mesures qui proviendrait des effets du moteur ou de l'assistance électrique, une calibration préalable peut être effectuée en usine. Une fois les effets connus du moteur sur les déformations du carter, l'influence de ces effets peut être soustraite des mesures faites par les jauges selon l'invention. Il faut noter que l'on sait reconnaître l'effort du cycliste juste avant de mettre de l'assistance, on connaît également l'assistance électrique donc, par exemple par cartographie des différents cas d'effort cycliste et de couple moteur, on sait remonter au couple du cycliste.
Des tests en laboratoire, d'une part en fixant le carter sur une fixation de banc qui est sans bruit extérieur et d'autre part sur un vélo réel, peuvent permettre de déduire l'impact des perturbations sur le carter provenant du moteur interne (donc de l'assistance électrique) mais aussi de l'environnement extérieur. Il est ensuite possible de soustraire ces perturbations pour vérifier la déformation réelle du carter due aux efforts de pédalage du cycliste. De plus, des mesures plus poussées de la déformation du carter autour de l'axe de pédalage donnent plus d'informations pour mieux choisir les coordonnées où la déformation est maximale. Par exemple, la répartition des perturbations peut dépendre des propriétés du matériau (par exemple : aluminium, ou magnésium, ou acier, ou plastique); elle peut n'être pas également et/ou progressivement répartie: on peut donc par exemple chercher l'aire maximale puis sélectionner la ou les zone(s) captant la déformation maximale.
Pour éliminer d'autres déformations parasites, par exemple dues à la présence de cailloux sur une route, une moyenne des mesures peut être réalisée. Une telle moyenne permet de diminuer l'influence des parasites sur une courte période. Par exemple, si un cycliste descend d'un trottoir, il va y avoir un pic de déformation. La moyenne permet de diminuer l'influence de ce pic.
Il est aussi possible de mettre en œuvre une fonction d'auto-adaptation dans la chaîne de traitement du signal, cette fonction prenant en compte les différents biais du terrain et les corrigeant. Le(s) coefficient(s) de biais peut/peuvent être trouvés en laboratoire, et par exemple être ensuite corrigé(s) progressivement une fois que le cycliste commence à utiliser le vélo dans des conditions différentes chaque jour.
La figure 5 représente une application de l'invention dans laquelle plusieurs capteurs (seul le capteur 23 est représenté sur cette figure) sont répartis sur un seul côté du carter, par exemple sur le côté droit lOd de la bicyclette 10. Ces capteurs fournissent des mesures différentes selon la jambe qui produit la force. On peut donc détecter quelle jambe produit la force sur la pédale correspondante et ajuster l'assistance du moteur électrique. Par exemple, dans le cas d'une personne à mobilité réduite avec une prothèse à la jambe gauche, le moteur peut augmenter la puissance motrice (ou l'assistance électrique) lorsque la jambe gauche avec prothèse produit la force sur la pédale et inversement, la puissance motrice (ou l'assistance électrique) est diminuée lorsque la jambe droite produit la force sur la pédale. Dans le cas où des jauges sont présentes sur les 2 côtés latéraux du carter, on peut également identifier les efforts fournis par une jambe et ceux produits par l'autre jambe et adapter l'assistance électrique en conséquence.
De préférence, les capteurs d'une bicyclette selon l'invention sont disposés à l'intérieur du carter, ce qui permet de les protéger.
Les capteurs sont fixes par rapport au carter, leur montage et leur utilisation ne nécessite donc pas de pièce complexe. Par exemple, les jauges peuvent être collées contre le carter, par une colle à froid, mais de préférence par une colle à chaud qui supportera mieux les variations de température.
La transmission du signal produit par le ou les capteur(s) au système 40 de commande peut être réalisée par fil ou sans fil. Ce système 40 de commande est lui-même de préférence disposé dans le carter. Il comporte des éléments programmés pour mettre en œuvre une assistance électrique au pédalage d'un cycliste, par exemple selon l'un des procédés décrits dans la présente demande. Il permet également de traiter les données de mesure fournies par le ou les capteur(s) 23-27.
Selon un exemple, pour une mesure de déformation de 20mV donnée par une jauge, le couple associé peut être par exemple de 23Nm. Au repos, la jauge donne une tension de 8mV pour un couple de 0 (donc sans assistance électrique).
Si le système est linéaire, on peut alors en déduire une formule mathématique de Nm en fonction de la tension mesurée, par exemple Nm = 1.9166xmV-15.33, qui permettra pour toute mesure donnée par la jauge de calculer le couple correspondant. Cette formule peut être programmée, par exemple dans l'unité 50 (voir figure 6A, description ci- dessous) pour convertir la tension mesurée, par exemple en valeur du couple.
Si le système n'est pas linéaire, il est quand même possible de déduire le couple par association des valeurs données par le capteur aux couples correspondants appliqués par le cycliste. Par exemple on peut avoir la table de correspondance suivante : 8mV pour ONm 8.2mV pour O.INm
8.4mV pour 0.36Nm.
Etc
Cette table de correspondance peut être mémorisée dans des moyens de mémorisation, par exemple dans l'unité 50 (voir figure 6A, description ci-dessous).
Les valeurs peuvent être lues, par exemple en temps réel et/ou avec un délai, par exemple de 10 ms, dans une ou des liste(s) et une moyenne mobile peut être calculée pour éliminer les à-coups ou les pics de bruit. Si, d'une manière ou d'une autre, ce système tombe en panne, un tableau préenregistré peut être utilisé comme référence jusqu'à ce que le système soit corrigé ou remplacé. Selon une autre possibilité, si la déformation du carter 20 est identique ou proche du couple appliqué, mais à une échelle différente, on peut convertir la déformation à l'aide d'un coefficient de gain pour en déduire le couple. Là encore, la conversion peut être effectuée par des moyens électroniques ou un circuit spécifiquement programmé(s) à cet effet, par exemple un processeur, par exemple contenu dans l'unité 50 décrite plus loin en lien avec la figure
6A. Selon un exemple de réalisation ou de fonctionnement d'une unité d'assistance électrique, ou plus généralement d'une bicyclette, selon l'invention : Dans un 1er état : il n'y a pas de pédalage, et pas d'assistance ;
Dans un 2ème état : le cycliste applique un effort, qui n'est pas encore traité : le(s) capteur(s) mesure(nt) l'effort de pédalage uniquement ;
Dans un 3ème état : les moyens de traitement, par exemple le processeur, calculent et injectent de l'assistance électrique dans le moteur ;
Dans un 4ème état : le(s) capteur(s) mesure(nt) le nouveau niveau de couple, mais avec une assistance connue ; les moyens de traitement, par exemple le processeur, peuvent en déduire la valeur du nouveau couple d'assistance électrique à appliquer.
Le traitement du signal permet d'isoler ce qui vient du cycliste.
Quelle que soit la réalisation de l'invention, le processeur des moyens 40 peut mettre en œuvre des étapes de numérisation et/ou de calcul qui permettent de convertir les mesures faites par la ou les jauge(s) en valeurs calculées ou estimées des couples appliqués par le cycliste, soit par un calcul (loi linéaire ou gain) soit par une table de correspondance.
Diverses étapes de traitement du signal issu des capteurs peuvent être mises en œuvre. Par exemple, il est possible de réaliser une ou plusieurs des étapes suivantes, avant d'estimer le couple et/ou l'effort (ou la force) appliqué(e) par le cycliste :
- corriger le signal ou les signaux issu(s) du ou des capteurs en fonction de la température, par exemple pour corriger une valeur de gain appliquée au signal/aux signaux ;
- et/ou réaliser une ou plusieurs étapes de fenêtrage du signal (ou « trimming ») en terminologie anglo-saxonne) autour de la région d'intérêt du signal ; ce fenêtrage peut être temporel (on sélectionne une partie du signal dans une fenêtre temporelle) et/ou en amplitude (on sélectionne une partie du signal compris entre une valeur d'intensité maximum et une valeur d'intensité minimum) ;
- et/ou corriger le signal issu du ou des capteurs pour l'éventuel hystérésis du/des capteurs ;
- et/ou linéariser le signal issu du ou des capteurs autour du point de mesure ; - et/ou réaliser une ou plusieurs étapes de filtrage du signal ou des signaux issu(s) du ou des capteurs.
Le couple et/ou l'effort (ou la force) a ppliqué(e) par le cycliste peut être estimé ou calculé en fonction du signal/des signaux mesuré(s) et éventuellement d'une ou plusieurs des étapes décrites ci-dessus. Ainsi on pourra réaliser au moins un filtrage et/ou un ajustement de gain, et/ou l'élimination d'une ou plusieurs erreur(s) ponctuelle(s). Le traitement pourra être plus ou moins facile à faire en fonction de la qualité de positionnement des jauges tel que décrit plus haut.
Après avoir estimé ou calculé le couple et/ou l'effort (ou la force) a ppliqué(e) par le cycliste, il est possible, par exemple :
- de calculer l'angle d'une pédale en fonction du signal de couple calculé ou estimé ;
- et/ou de calculer le couple d'assistance électrique à appliquer au moteur électrique ; ce couple est transmis à la chaîne de transmission.
Les figures 6A et 6B représentent un schéma fonctionnel d'une mesure mettant en œuvre des étapes telles que décrites ci-dessus. Ces étapes peuvent être mises en œuvre par des composants électroniques, par exemple comportant un ou plusieurs processeurs, spécifiquement adaptés ou programmés pour mettre en œuvre lesdites étapes de traitement, l'ensemble de ces composants étant par exemple intégré sous forme d'un circuit imprimé (PCB) 50.
En étape SI, le signal du/des capteurs 23-27 est numérisé. Il peut être ensuite filtré (étape S2 et/ou S6), puis corrigé (étape S3, qui concerne par exemple une correction du gain appliqué au signal et un éventuel fenêtrage temporel de celui-ci), en fonction d'une mesure de température (étape S4) et de fenêtrage (étape S5).
Les étapes de mesure de température (étape S4) et de fenêtrage du signal peuvent conditionner une étape de sélection et/ou de calcul du gain appliqué au signal.
S8 représente le stockage en mémoire de(s) coefficient(s) et/ou de paramètres logiciels, en vue d'un traitement du signal par ces coefficient(s) et/ou paramètres. Un traitement peut être effectuée avec des composants matériels et/ou logiciels et/ou avec des paramètres spécifiés par les utilisateurs. S7 représente le regroupement (dans une unité centrale) des paramètres logiciels, du signal filtré et éventuellement de la ou des compensation(s) de température (après fenêtrage).
Une étape de compensation d'hystérésis (S9) du/des capteurs est ensuite appliquée.
On peut ensuite appliquer :
- une étape (S10) de linéarisation de la partie du signal qui a été sélectionnée par fenêtrage ;
- et/ou une étape de fenêtrage (SU) en amplitude (on sélectionne une valeur maximum et une valeur minimum du signal) ;
- et/ou une étape de compensation (S12) d'une éventuelle dérive, par exemple en température, du signal, en vue de la conversion du signal numérique en signal analogique.
Enfin, le couple ou l'effort (étape S13) du cycliste peut/peuvent être calculé(s) ou estimés, par exemple en fonction de valeurs données ci-dessus ou préalablement estimées ou mesurées. Au moins une partie des valeurs calculées ou estimées peut être mémorisée, par exemple pour calculer une moyenne mobile. Un calcul du couple d'assistance électrique à appliquer peut également être réalisé à cette étape S13. Le signal obtenu en S12 permet donc d'effectuer, en S13, un calcul du couple d'assistance électrique à appliquer.
Les étapes et/ou les moyens décrit(e)s ci-dessus permettent de connaître l'effort du cycliste juste avant d'appliquer l'assistance électrique : on connaît l'assistance électrique appliquée à l'instant t, donc, par exemple par cartographie ou localisation des différents cas d'effort cycliste et de couple moteur, on sait remonter au couple du cycliste à ce même instant t.
Eventuellement (étape S14), l'angle a de la pédale peut être calculé, à partir de l'information sur le couple ou l'effort estimé ou calculé lors de l'étape S13 et par exemple en fonction de l'orientation des capteurs/jauges.
En fonction du signal Sc de couple à appliquer et éventuellement du signal Sa de l'angle de la pédale, le couple d'assistance électrique à appliquer au moteur peut être ensuite transmis au moteur. Ceci peut être réalisé par le module 52 de contrôle du réducteur, par exemple réalisé sous forme de PCB, encore par exemple tel qu'illustré en figure 6B. Les données sont traitées pour être transmises à un inverseur (étape S16), puis au moteur (étape S17), à un réducteur (étape S18) et enfin un couple d'assistance électrique est transmis à l'axe (étape S19).
Les moyens, ou composants électroniques, pour mettre en œuvre les étapes mentionnées ci-dessus en lien avec les figures 6A et 6B sont de préférence situés (voir les moyens 40 des figures 1A-2) à l'intérieur du carter 20.

Claims

REVENDICATIONS
1. Unité d'assistance électrique pour bicyclette à assistance électrique comportant : un moteur électrique dans un carter (20) ; un axe de pédalier qui traverse le carter; au moins un capteur (23, 23a-23c, 25, 27) de déformations du carter, fixe sur celui-ci et apte à mesurer au moins les déformations dues aux efforts de pédalage d'un cycliste ; des moyens (40, 50, 52), programmés ou spécialement adaptés, pour évaluer ou calculer un couple de pédalage, séparément d'un couple d'assistance ou sans celui-ci, et pour calculer un nouveau couple d'assistance électrique en fonction du couple de pédalage.
2. Unité d'assistance électrique selon la revendication 1, comportant entre 2 et 6 capteurs (23, 23a-23c, 25, 27) de déformations du carter, fixes sur celui-ci et disposés à proximité de l'axe.
3. Unité d'assistance électrique selon la revendication 2, un (25) des capteurs étant disposé sous l'axe, un autre (23) étant en arrière de l'axe.
4. Unité d'assistance électrique selon la revendication 3, un (27) des capteurs étant disposé au-dessus de l'axe.
5. Unité d'assistance électrique selon l'une des revendications 1 à 4, comportant un nombre de capteurs de déformations inférieur ou égal à 3.
6. Unité d'assistance électrique selon l'une des revendications 1 à 5, au moins un capteur de déformations comportant au moins une résistance ayant une valeur comprise entre 120 ohms et 500 ohms.
7. Unité d'assistance électrique selon l'une des revendications 1 à 6, le ou les capteur(s) étant disposé(s) sur un seul côté du carter.
8. Unité d'assistance électrique selon l'une des revendications 1 à 6, au moins un capteur étant disposé de chaque côté du carter.
9. Unité d'assistance électrique selon l'une des revendications 1 à 8, au moins un capteur (23, 23a-23c, 25, 27) de déformations du carter étant disposé à moins de 5 cm de l'axe du pédalier.
10. Unité d'assistance électrique selon l'une des revendications 1 à 9, au moins un capteur (23, 23a-23c, 25, 27) de déformations du carter étant disposé dans ou contre au moins un puits de contrainte (34, 36, 30o) dans la paroi (30) du carter.
11. Unité d'assistance électrique selon la revendication 10, au moins un puits de contrainte étant réalisé par un amincissement local (34, 36) de la paroi (30) du carter.
12. Unité d'assistance électrique selon la revendication 10, au moins un puits de contrainte étant réalisé par un évidement (30o) sur lequel un corps d'épreuve (30b) est positionné.
13. Unité d'assistance électrique selon la revendication 10, ledit corps d'épreuve (30b) ayant une épaisseur (e'i) inférieure l'épaisseur e du carter (30).
14. Unité d'assistance électrique selon la revendication 10, au moins un puits de contrainte étant réalisé par une zone (30') de la paroi (30) du carter, cette zone (30') étant réalisée en un matériau différent de la paroi. Unité d'assistance électrique selon l'une des revendications 1 à 14, comportant en outre des moyens (40, 50, 52) adaptés ou programmés pour : corriger le signal ou les signaux issu(s) du ou des capteurs en fonction de la température, par exemple pour corriger une valeur de gain appliquée au signal/aux signaux ; et/ou réaliser une ou plusieurs étapes de fenêtrage du signal, ce fenêtrage étant temporel et/ou en amplitude ; et/ou corriger le signal issu du ou des capteurs pour l'éventuel hystérésis du/des capteur(s) ; et/ou corriger le signal avec une fonction d'auto-adaptation ; et/ou linéariser le signal issu du ou des capteurs dans au moins une zone d'un signal délivré par au moins un des capteurs; et/ou réaliser une ou plusieurs étapes de filtrage du signal ou des signaux issu(s) du ou des capteurs. Bicyclette à assistance électrique comportant une unité d'assistance électrique selon l'une des revendications 1 à 15. Bicyclette à assistance électrique selon la revendication 16, comportant en outre au moins un capteur de température. Procédé de réalisation d'une unité d'assistance électrique pour bicyclette à assistance électrique, cette unité comportant un moteur électrique dans un carter (20), traversé par un axe de pédalier, ledit procédé comportant : l'identification des zones (34, 36, 30') de la paroi (30) du carter (20) dans lesquelles les déformations du carter (20) sont principalement ou uniquement dues aux efforts de pédalage d'un cycliste ; le positionnement d'un ou plusieurs capteur(s) (23, 25, 27) de déformations dans lesdites zones du carter identifiées dans l'étape précédente ; le positionnement d'un moteur électrique dans le carter (20) et de moyens (40, 50, 52), programmés ou spécialement adaptés, pour évaluer ou calculer le couple de pédalage, séparément du couple d'assistance ou sans celui-ci et pour calculer un nouveau couple d'assistance électrique en fonction du couple de pédalage.
19. Procédé de réalisation d'une unité d'assistance électrique selon la revendication précédente, comportant le positionnement d'au moins un capteur (23, 25, 27) de déformations du carter à moins de 5 cm de l'axe du pédalier.
20. Procédé selon la revendication 18 ou 19, comportant la formation d'au moins un puits de contrainte (30', 34, 36) dans la paroi du carter, et le positionnement d'au moins un capteur (23, 25, 27) dans ou contre ledit puits de contrainte.
21. Procédé selon la revendication 20, au moins un puits de contrainte étant réalisé par un amincissement local (34, 36) de la paroi du carter.
22. Procédé selon l'une des revendications 18 à 21, un ou plusieurs capteurs étant collés ou fixés par leurs extrémités au-dessus ou au voisinage d'une zone (30') de la paroi (30) du carter, cette zone (30') étant réalisée en un matériau différent de la paroi.
23. Procédé selon la revendication 22, au moins un puits de contrainte étant réalisé en formant un évidement (30o) sur lequel un corps d'épreuve (30b) est positionné.
24. Procédé selon la revendication 23, ledit corps d'épreuve (30b) ayant une épaisseur
(e'i) inférieure l'épaisseur e du carter (30).
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