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FR3116796A1 - Procédé de pilotage pour un ensemble de transmission - Google Patents

Procédé de pilotage pour un ensemble de transmission Download PDF

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FR3116796A1
FR3116796A1 FR2112476A FR2112476A FR3116796A1 FR 3116796 A1 FR3116796 A1 FR 3116796A1 FR 2112476 A FR2112476 A FR 2112476A FR 2112476 A FR2112476 A FR 2112476A FR 3116796 A1 FR3116796 A1 FR 3116796A1
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FR
France
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gear
electric motor
control unit
mobility device
sensor
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FR2112476A
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Jonathan CAILLAUD
Jean-Baptiste Siegwart
Quentin DORET
Christophe Laurens
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Original Assignee
Valeo Embrayages SAS
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Abstract

L’invention concerne un procédé adaptatif (P) de pilotage pour un ensemble de transmission (700) d’engin de mobilité (900), ledit ensemble de transmission comportant un moteur électrique (400) agencé pour assurer tout ou partie de la propulsion d’un engin de mobilité, un dispositif de changement de vitesse (100) présentant une pluralité de k rapports entre un premier rapport dit rapport n° 1 et un rapport supérieur dit rapport n° k, ledit dispositif de changement de vitesse comportant un actionneur de changement de vitesse (140),une unité de pilotage (800) agencée pour piloter le dispositif de changement de vitesse (100) et le moteur électrique (400) à partir d’au moins une donnée instantanée en provenance d’au moins un capteur (80) de l’engin de mobilité (900). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 7

Description

Procédé de pilotage pour un ensemble de transmission
d’engin de mobilité – Unité de pilotage associée
Le domaine de la présente invention est celui de la mobilité dite douce, et plus particulièrement celui des engins de mobilités combinant propulsion électrique et force musculaire, par exemple les vélos à assistance électrique.
L’invention concerne notamment les vélos de ville à assistance électriques aussi bien que les vélos de montagne ou de randonnée ainsi que les vélos cargo.
La demande DE102009029655 A1 décrit une méthode de régulation de l’entraînement électrique auxiliaire d'un vélo. Une unité de commande est prévue pour commander l'entraînement électrique auxiliaire de telle manière qu'une force d'entraînement uniforme est continuellement générée à partir de la composante de puissance appliquée par le conducteur et de la composante de puissance appliquée par l'entraînement auxiliaire électrique.
Il existe un besoin pour prendre en compte le profil de l'utilisateur et sa façon naturelle de pédaler dans les méthodes de commande d’assistance électrique.
Alors que le domaine des véhicules légers à pédalier pour le transport de biens ou des personnes se diversifie il existe également un besoin pour piloter une boite de vitesse automatique et électrique pour cycle.
Pour répondre au moins en partie à ces besoins, l’invention, selon un premier aspect un procédé adaptatif de pilotage pour ensemble de transmission d’engin de mobilité,
ledit ensemble de transmission comportant
  • un moteur électrique agencé pour assurer tout ou partie de la propulsion d’un engin de mobilité,
  • un dispositif de changement de vitesse présentant une pluralité de k rapports entre un premier rapport dit rapport n° 1 et un rapport supérieur dit rapport n° k, ledit dispositif de changement de vitesse comportant un actionneur de changement de vitesse,
  • une unité de pilotage agencée pour piloter le dispositif de changement de vitesse et le moteur électrique à partir d’au moins une donnée en provenance d’au moins un capteur.
L’actionneur de changement de vitesse du dispositif de changement de vitesse est agencé pour engager un rapport sélectionné. Chacun des rapports présente un ratio entre la vitesse de sortie et la vitesse d’entrée du dispositif de changement de vitesse.
La au moins une donnée correspond notamment à un signal temps réel en provenance du capteur. Le procédé selon l’invention permet de traiter des informations instantanées. L’unité de pilotage peut être agencée pour traiter des données en provenance de plusieurs capteurs.
L’unité de pilotage comporte par exemple ou est reliée à au moins un capteur sélectionné parmi :
- un capteur de détermination de la position du pédalier,
- un capteur de vitesse de rotation du pédalier,
- un capteur de vitesse de l’engin de mobilité,
- un accéléromètre pour mesurer une accélération de l’engin de mobilité,
- un capteur de pente pour mesurer une pente de la zone de roulage,
- un capteur de couple pour mesurer un couple généré par l’utilisateur.
L’unité de pilotage est par exemple agencée pour recevoir des consignes de l’utilisateur et /ou des données en provenance du système de localisation/navigation.
Dans un exemple de réalisation l’unité de pilotage traite, successivement ou simultanément, les données reçues du ou des capteurs et des consignes d’un utilisateur.
Le procédé peut commander la rotation du moteur électrique dans un sens correspondant à un déplacement de l’engin de mobilité en marche avant. De façon complémentaire, le procédé peut commander la rotation du moteur électrique dans un sens opposé correspondant à un déplacement de l’engin de mobilité en marche arrière.
Le moteur électrique est relié à au moins un pignon de sortie du dispositif de changement de vitesse.
De façon avantageuse, le procédé selon l’invention présente, seule ou en combinaison, au moins l’une ou l’autre des une étape ci-dessous concernant le pilotage du dispositif de changement de vitesse ou le pilotage du moteur électrique:
  • une étape d’analyse de la au moins une donnée sur une durée d'échantillonnage.
  • une étape d’ajustement du niveau d'assistance disponible de façon instantanée. L’unité de pilotage reçoit les informations en temps réel de l'ensemble des capteurs de l’engin de mobilité et les analyse sur une durée d'échantillonnage. La durée d'échantillonnage est glissante sur le temps.
    Le procédé selon l’invention ajuste ainsi en permanence le seuil d’effort à fournir par le cycliste au niveau d'assistance disponible de façon instantanée. Le niveau d’assistance fournie par le moteur électrique est de préférence adaptée en fonction des conditions de roulage, notamment lors des montées durant lesquelles il existe un besoin temporaire d'assistance supplémentaire pour rester à vitesse constante.
  • une étape d’ajustement de la vitesse de pédalage L'ajustement de vitesse de pédalage se fait de telle sorte que si le cycliste a une vitesse de pédalage élevée, le procédé selon l’invention l’ajuste progressivement en proposant au cycliste un intervalle correspondant à un rapport de plus en plus élevé.
  • une étape de renforcement du couple du moteur électrique notamment en réponse à un signal correspondant à une demande de changement de rapport. Le signal correspond par exemple à une instruction de changement de rapport de la part d’un conducteur de l’engin de mobilité. Dans une variante le signal résulte d’une étape de calcul du rapport optimal comme décrit plus loin.
Dans le cas d’un engin à assistance électrique, l’application d’un couple moteur instantané et important au moment où le cycliste génère le moins d’effort permet un relâchement optimal des contraintes dans le dispositif de changement de vitesse au moment où l’actionneur de changement de vitesse procède à un changement. En outre, un capteur de vitesse de l’engin de mobilité ou un estimateur de position, par exemple via un profil de couple, permet de définir un rapport optimal instantané, en fonction du temps.
  • une étape de réduction du couple du moteur électrique. Préalablement à l’étape décrite ci-dessus, il peut être avantageux de réduire le couple moteur
  • étape d’enclenchement d’un rapport sélectionné du dispositif de changement de vitesse. Lors de cette étape, l’unité de pilotage peut commander l’actionneur de changement de vitesse à partir d’une consigne de l’utilisateur pour indiquer le rapport choisi. Dans une variante préférentielle la consigne est le résultat d’un calcul effectué par l’unité de pilotage.
  • étape de calcul du rapport optimal du dispositif de changement de vitesse.
  • étape d’enclenchement d’un rapport neutre pour lequel la sortie du dispositif de changement de vitesse n’est pas reliée au pédalier. Un tel rapport neutre peut être enclenché par exemple suite à une consigne de l’utilisateur.
  • étape de freinage moteur pour notamment recharger une batterie. Le dispositif de changement de vitesse est notamment en rapport neutre. L’étape de freinage moteur, qui réalise un freinage régénératif est, dans une variante, suivie d’une étape de freinage mécanique dans laquelle l’unité de pilotage commande le système de freinage
  • étape de commande du moteur électrique en sens inverse pour un déplacement en marche arrière de l’engin de mobilité, c’est-à-dire dans un sens correspondant à un déplacement de l’engin de mobilité en marche arrière. Le dispositif de changement de vitesse est notamment en rapport neutre. Dans une mise en œuvre particulière, l’utilisateur peut se déplacer à côté de l’engin qui recule.
  • étape de blocage d’au moins une roue de l’engin, indifféremment roue avant ou roue arrière. Cette étape permet une solution antivol de l’engin de mobilité particulièrement simple à mettre en œuvre.
Selon un autre de ses aspects, l’invention porte aussi sur une unité de pilotage pour un ensemble de transmission d’engin de mobilité, ladite unité de pilotage étant agencée pour mettre en œuvre un procédé tel que décrit précédemment.
L’ensemble de transmission comporte
  • un moteur électrique agencé pour assurer tout ou partie de la propulsion de l’engin de mobilité,
  • un dispositif de changement de vitesse présentant une pluralité de rapports entre un premier rapport dit rapport n° 1 et un rapport supérieur, ledit dispositif de changement de vitesse comportant un actionneur de changement de vitesse agencé pour engager un rapport, ,
  • ladite unité de pilotage.
L’unité de pilotage est en particulier agencée pour piloter en outre au moins un d’un système de freinage, un système d’éclairage, un système de localisation et/ou navigation, un système interface homme-machine.
Selon encore un autre de ses aspects, l’invention porte aussi sur un engin de mobilité, notamment engin de mobilité à assistance électrique, comportant une unité de pilotage telle que décrite dans la présente demande.
Le moteur électrique de l’engin de mobilité est en particulier relié à un pignon de sortie du dispositif de changement de vitesse.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
La est une vue d’un engin de mobilité selon un des aspects de l’invention,
la illustre un ensemble de transmission de l’engin de mobilité de la ,
la illustre un boitier pour loger l’ensemble de transmission de la ,
la est une illustration du chemin de couple,
la illustre en coupe le chemin de couple pour un mode de réalisation particulier de l’invention,
la présente une courbe montrant la relation entre le seuil d’effort à fournir par le cycliste et le niveau d'assistance disponible de façon instantanée, et
la illustre graphiquement plusieurs exemples de mise en œuvre de l’invention.
.
La illustre un engin de mobilité 900 selon un des aspects de l’invention. L’engin 900 est ici un vélo à assistance électrique comportant un moteur électrique 300 d’axe de rotation Xm. Ledit moteur électrique est agencé pour assurer une partie de la propulsion dudit engin.
Lors du déplacement sans assistance électrique, la force motrice est fournie par le cycliste, elle est transmise aux roues 950 par l'intermédiaire de deux pédales tournant autour d'un axe de pédalier Xp qui entraîne la roue arrière par une chaîne.
Comme le montre la , l’engin 900 comporte une unité de pilotage 800 ainsi que plusieurs capteurs 80, situés en particulier au niveau du pédalier, sur le cadre du vélo ou au niveau d’une roue. L’unité de pilotage 800 est notamment agencée pour piloter le moteur électrique 300 et le dispositif de changement de vitesse 100.
L’engin 900 ici représenté comporte également un dispositif de stockage d’énergie sous forme d’une batterie 910, un système d’éclairage 920, un pédalier 940 d’axe Xp, un système de localisation et/ou navigation 980 ainsi qu’un système interface homme-machine 990 comportant notamment un écran tactile apte à afficher des informations pour et/ou prendre en compte les demandes dudit utilisateur. Le système interface homme-machine 990 est en particulier relié au système de localisation 980 et sert d’interface de navigation. L’invention n’est pas limitée à un système interface homme-machine particulier, et peut comporter tout système connu de l’homme du métier.
Les roues 950 sont munies d’un système de freinage 960, comportant notamment des freins à disque 965.
L’engin 900 comporte un ensemble de transmission 700 illustré . L’ensemble de transmission 700 comporte un dispositif de changement de vitesse 100 et un moteur électrique 400 d’axe de rotation Xm pour fournir une partie de la puissance pour la propulsion de l’engin.
L’ensemble de transmission 700 est au moins en partie logé dans un boîtier 600 ici positionné au niveau du pédalier 940 dont l’axe est confondu avec l’axe de sortie X3du dispositif de changement de vitesse 100.
Le changement de vitesse est automatique et électrique.
La illustre plus en détail le boîtier 600 de l’engin de mobilité 900 de la .
Le boitier 600 comporte un carter 660 délimitant un premier logement 610 agencé pour loger les engrenages du dispositif changement de vitesse 100. Le carter 660 délimite également plusieurs deuxièmes logements, distincts les uns des autres. Le premier logement 610 est Les logements 640, 630, 615, et 680 sont agencés pour loger respectivement le moteur électrique 400, respectivement le réducteur 300, l’actionneur de changement de vitesse 150 et l’unité de pilotage 800 de l’engin de mobilité. Les deuxièmes logements sont de préférence étanches, en particulier celui agencé pour contenir l’unité de pilotage 800.
Le carter 660 logeant le dispositif changement de vitesse 100 est fermé par deux flasques latéraux 667. Le boitier 600 est illustré vide et avec seulement un flasque 667sur la afin de rendre mieux visibles les différents premier et deuxièmes logements. Le premier logement 610 présente deux trous en regard dans les flasques latéraux 667 pour accueillir l’axe de pédalier de l’engin de mobilité 900.
La illustre de façon schématique le chemin de couple dans le cadre d’un procédé P de pilotage selon l’invention.
Lors de la conduite de l’engin de mobilité 900 en mode roulage le conducteur pédale à une vitesse de pédalage Sp correspondant à un couple d’entrée Tp du dispositif de changement de vitesse 100. En fonction du rapport Gi engagé présentant un ratio ri, la vitesse en sortie S’p du dispositif de changement de vitesse 100 est égale à la vitesse de pédalage divisée par le ratio ri: S’p = Sp / ri,
Le moteur électrique 400 tourne à une vitesse Sm. Il est associé à un réducteur 300 présentant un rapport Ra. La vitesse en sortie du réducteur S’m = Sm / Ra,
le couple fournit est égal au couple moteur multiplié par le rapport du réducteur 300 : T’m = Tm x Ra.
La illustre en traits pleins le chemin de couple Cwu pour le couple fourni par l’utilisateurs, en particulier sans assistance électrique. L’entrée de couple se fait par un arbre 200p du pédalier 940, le couple passe par un premier pignon de multiplication primaire 11 qui engrène un deuxième pignon de multiplication primaire 12. Le premier pignon de multiplication primaire 11 est solidaire en rotation de l’arbre 200p du pédalier et le deuxième pignon de multiplication primaire 12 est solidaire en rotation d’un arbre primaire 200. Il existe un rapport de réduction permanent entre l’arbre 200p du pédalier et l’arbre primaire 200
L’arbre primaire 200 supporte une série de pignons d’entrée 20 agencés pour engrener avec une série de pignons de sortie 30. Le nombre de pignons d’entrée 20 et de pignons de sortie 30 correspond au nombre de rapports du dispositif de changement de vitesse, ici égale à 7. Dans l’exemple les pignons d’entrée 20 sont référencés Fri de Fr1 à Fr7 et les pignons de sortie 30 Fi de F1 à F7 selon le rapport i sélectionné. Les pignons d’entrée 20 sont libres et les pignons de sortie 30 sont fixes par rapport à un arbre de sortie 230. Tous les pignons de sortie 30 sont ainsi liés au pignon de chaîne 955 par l’arbre de sortie 230.
Dans une variante non illustrée le dispositif de changement de vitesse présente en outre un rapport neutre qui, lorsqu’il est enclenché ne permet pas à un mouvement du pédalier de propulser l’engin de mobilité
Dans le cadre de la présente demande, par les termes « libre », respectivement « fixe », on entend « libre en rotation par rapport à son axe», respectivement « fixe en rotation par rapport à son axe».
Le premier pignon de multiplication primaire 11, le deuxième pignon de multiplication primaire 12, les pignons d’entrée de Fr1 à Fr7 forment ici avec les pignons de sortie de F1 à F7 les engrenages du dispositif changement de vitesse 100.
Le couple traverse le pignon libre Fri qui engrène avec le pignon de sortie Fi correspondant au rapport i sélectionné. Le rapport n°1 est sélectionné dans l’exemple de la : le pignon libre Fr1qui engrène avec le pignon de sortie F1. Le rapport n° 1 correspond ici à un ratio de 1, sans que cette valeur soit limitative de l’invention.
Enfin, le couple est transmis à la roue 950 par la couronne 955 reliée par une chaine ou une courroie.
De façon similaire,lechemin de coupleCwade l’assistance électrique est représenté en traits pointillés. Le couple en provenance de l’utilisateur est le même que précédemment. Cependant, il est cette fois associé à celui en provenance du moteur électrique 400.
Dans l’exemple illustré le moteur électrique 400 est relié au pignon de sortie F1 correspondant à un rapport n°1 du dispositif de changement de vitesse 100.
Le moteur électrique 400 est relié au pignon de sortie F1 via une pluralité de pignons 40 d’un réducteur 400. La pluralité de pignons 40 est formée dans l’exemple décrit de cinq pignons :
  • un premier pignon 41 co-axial au moteur électrique 400,
  • un deuxième pignon 42 engrenant avec le premier pignon, le deuxième pignon 42 étant un pignon d’entrée du réducteur 300,
  • un troisième pignon 43 , pignon de sortie du réducteur 400, solidaire en rotation du deuxième pignon 42, le troisième pignon 43 engrenant avec
  • un quatrième pignon 44, et
  • un cinquième pignon 45 engrenant avec ledit troisième pignon 43, le cinquième pignon 45 étant solidaire en rotation du quatrième pignon.
Le procédé selon l’invention ajuste en permanence le seuil d’effort à fournir par le cyclisteTp 0 au niveau d'assistance disponible de façon instantanéeTmselon une loi illustrée .
Si en fonction des paramètres de roulage remontés par les capteurs lors de l’utilisation de l’engin 900, le cycliste se trouve dans la zone en dessous de la courbe illustrée le seuil d’effort à fournir par le cyclisteTp 0 est ajusté en temps réel au niveau d'assistance disponibleTmde façon à se placer sur la courbe.
Les courbes donnant la vitesse Sp du pédalier 940 en fonction du rapport engagé Gi illustrées sur la correspondent à trois mises en œuvre d’un procédé selon l’invention. Ces exemples concernent en particulier l’engin 900 illustré précédemment dont le dispositif de changement de vitesse présente sept rapports. Pour chaque rapport Gi le procédéPdéfinit, notamment de façon adaptative, un intervalle de vitesse de l’engin de mobilité Ri de R1 à R7
La courbe E1 en traits pleins correspond à un premier exemple de mise en œuvre avec une gamme de vitesse de pédalage Sp autour de 60rpm, par exemple entre 50 rpm et 70 rpm, avantageuse pour augmenter le rapport.
La courbe E2 en traits pointillés correspond à un deuxième exemple de mise en œuvre avec une gamme de vitesse de pédalage Sp autour de 70rpm, par exemple entre 60 rpm et 80 rpm, notamment privilégié pour diminuer le rapport. Sélection,
La courbe E3 correspond à un troisième exemple de mise en œuvre avec une gamme de vitesse Sp autour de 60rpm et un départ directement en rapport 3.
Le changement de rapport se faisant toujours sur un intervalle, l’unité de pilotage analyse si, lorsqu'il est à rapport stabilisé, le cycliste se situe naturellement
- centré dans l'intervalle : auquel cas la loi de passage suivie par le cycliste est parfaitement adaptée
- décalée vers la borne supérieure de l'intervalle : auquel cas le procédé propose un intervalle de vitesse plus élevé
- décalée vers la borne inférieure de l'intervalle: auquel cas le procédé propose un intervalle de vitesse plus bas
Le procédé selon l’invention prend notamment en compte les conditions de roulage. Notamment, lors des montées dans la zone de roulage, la vitesse de pédalage est augmentée pour diminuer l'effort musculaire.

Claims (10)

  1. Procédé adaptatif (P) de pilotage pour ensemble de transmission (700) d’engin de mobilité,
    ledit ensemble de transmission comportant
    • un moteur électrique (300) agencé pour assurer tout ou partie de la propulsion d’un engin de mobilité,
    • un dispositif de changement de vitesse (100) présentant une pluralité de k rapports entre un premier rapport dit rapport n° 1 et un rapport supérieur dit rapport n° k, ledit dispositif de changement de vitesse comportant un actionneur de changement de vitesse (140),
    • une unité de pilotage (800) agencée pour piloter le dispositif de changement de vitesse (100) et le moteur électrique (300) à partir d’au moins une donnée en provenance d’au moins un capteur (80).
  2. Procédé selon la revendication 1, le moteur électrique (300) étant relié à au moins un pignon de sortie (30, Fi) du dispositif de changement de vitesse (100).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 comportant une étape (830 ) d’analyse de la au moins une donnée sur une durée d'échantillonnage.
  4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comportant au moins une étape (840) d’ajustement du niveau d'assistance disponible de façon instantanéeTm (t).
  5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins une étape (850) d’ajustement de la vitesse de pédalage(Sp).
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comportant au moins une étape parmi les étapes suivantes :
    • étape (803) d’enclenchement d’un rapport neutre pour lequel le moteur électrique (300) ne fournit pas de puissance
    • étape (807) de commande du moteur électrique dans un sens correspondant à un déplacement de l’engin de mobilité en marche arrière
    • étape de renforcement (820) du couple du moteur électrique (440) notamment en réponse à un signal correspondant à une demande de changement de rapport .
  7. Unité de pilotage (800) pour ensemble de transmission (700) d’engin de mobilité, ladite unité de pilotage étant agencée pour mettre en œuvre un procédé selon une quelconque des revendications précédentes.
  8. Unité de pilotage selon la revendication précédente, étant agencée pour piloter en outre au moins un d’un système de freinage (960), système d’éclairage (920) , système de localisation et/ou navigation (980), système interface homme-machine (990)..
  9. Unité de pilotage selon l’une des deux revendications précédentes comportant ou reliée à au moins un capteur (10) sélectionné parmi un capteur de position du pédalier, capteur de vitesse de rotation du pédalier ,
    un capteur de vitesse de l’engin de mobilité, un accéléromètre, un capteur de pente , un capteur de couple.
  10. Engin de mobilité (900), notamment engin de mobilité à assistance électrique, comportant une unité de pilotage selon l’une quelconque des revendications 7 à 9.
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