Brevet FR2337637A1 — publié le 19770805

La présente invention concerne un dispositif de commande électronique pour un véhicule auto-moteur, en particulier un fauteuil roulant pour handicapé physique, du type comportant deux roues motrices entraînées en rotation indépendamment l'une de l'autre par deux moteurs électriques et au moins une roue porteuse montée en rotation libre autour d'un axe vertical. L'utilisation de roues séparément motrices1 généralement les roues arrières, et de roues porteuses folles, généralement placées à l'avant, permet de guider le véhicule en donnant aux dites roues motrices des vitesses de rotation différentes. On peut donc éliminer, sur ces véhicules, les moyens de guidage à action manuelle tels que volants ou guidons, associés aux véhicules à roues directrices, dont l'emploi peut être génant ou même impossible, ce qui est le cas pour certains handicapés physiques par exemple. Cependant, les véhicules du type précité actuellement connus sont commandés à partir de systèmes qui mettent en service, par "tout ou rien", un ou les deux moteurs d'entrainement. Il en résulte, au départ et lors des changements de direction, des accoups désagréables qui risquent de déséquilibrer l'utilisateur et rendent la conduite malaisée en particulier dans des appartements. De plus, ces systèmes obligent, sur voie bombée ou en vir3ge, à rectifier continuellement et manuellement la vitesse de rotation des moteurs pour maintenir le véhicule sur sa trajectoire. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients des s,ts- tèmes actuellement connus et propose, à cet effet, un dispositif de commande comportant - un manipulateur potentiométrique nseni d'un levier de manoeuvre pouvant occuper dif,érentes positions, ledit manipulateur délivrant -deux tensions potentiométriques continues U1 et U2 variant, en fonction de la position du levier, entre deux valeurs extrêmes fixes de m2me module mais de sens opposés ; - un circuit d'adressage recevant les dites tensions potentiométriques et délivrant deux informations ae vitesses IA et 1B qui sont fonctions des dites tensions ;; - et deux systèmes de pilotage, chacun associé à l'un des dits moteurs et recevant l'une des informations de vitesses précitées, les dits systèmes étant prévus pour asservir la vitesse ainsi que le sens de rotation des moteurs aux dites informations de sorte que le positionnement du levier de manoeuvre détermine la vitesse et le sens de rotation de chacune des roues motrices et par conséquent la vitesse, le sens et la direction de déplacement du véhicule. Un tel dispositif permet d'utiliser les ressources des circuits électroniques et d'obtenir une action progressive des moteurs, donc un entratnement sans accoups du véhicule, ainsi qu'une compensation automatique des variations de vitesse des moteurs qui évite toute nécessité de rectification manuelle. Selon une autre car;ctéristique de l'invention, le manipulateur potentiométrique comporte deux potentiomètres dont les deux extrémités opposées sont alimentées par des tensions symétriques par rapport à une tension de référence donnée, chacun des dits potentiomètres délivrant l'une des tensions U1 ou U2 précitées. Ces tensions sont utilisables pour les commandes de marche avant marche arrière et de direction droite-gauche respectivement. Selon une autre caractéristique de l'invention, le levier de manoeuvre est mobile angulairement à partir d'une position centrale, la valeur des tensions U1 et U2 délivrée par les dits potentiomètres étant fonction de la position angulaire dudit levier de manoeuvre par rapport à ladite position centrale. La commande du véhicule en vitesse et direction peut être obtenue par une simple orientation du levier vers l'avant, vers l'arriSre, vers la droite ou vers la gauche donc par une manoeuvre particulièrement facile, en correspondance avec les déplacements effectifs du véhicule. Selon encore une autre caractéristique de l'invention chacun des systèmes de pilotage comporte un générateur de rampe recevant les informations IA ou 1B précitées, un redresseur et un comparateur recevant l'information délivrée par ledit générateur et un circuit variateur de marche recevant les informations délivrées par ledit redresseur et ledit comparateur et prévu pour commander la vitesse et le sens de rotation de l'induit du moteur associé. Le générateur de rampe assure l'action progressive sur les moteurs. Toujours selon l'invention le variateur précité comporte un oscillateur ; un générateur de tension délivrant un signal dont la valeur est l'image de la force contre-électromotrice du moteur, un circuit limiteur d'intensité contbBlant l'intensité du courant dans le moteur, un circuit de commutation contro^lalt le courant dans l'induit et un sommateur recevant les informations dudit oscillateur, dudit générateur de tension et dudit circuit limiteur d'intensité et délivrant le signal de sommation avait circuit de commutation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre. Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple ncn limitatif : - la figure 1 montre le schéma électrique, sous forme de blocs, d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention. - la figure 2 montre, de façon schématique, l'ensemble de roues motrices et porteuses du véhicule. - la figure 3 montre les positionements possibles du levier de manoeuvre du manipulateur potentiométrique. - les figures 4a et 4b sont des courbes expliquant l'action du générateur de rampe. - la figure 5 montre la configuration schématique du circuit de puissance d'un moteur. - la figure 6 est une courbe montrant les variation de l'intensité du courant dans le moteur. Surles figures 1 et 2 on a désigné par 1A et 13 (fig.2) deux moteurs électriques dont les induits sont désignés par 2A et 2B (fig.1), ces moteurs étant associés, directement ou par l'intermédiaire l'un démultiplicateur (non représenté), à chacune des deux roues motrices arrière 3A et 3B d'un véhicule indiqué schématiquement en 4 et bruni par ailleurs de deux roues porteuses 5, chacune montée en rotation libre autour d'un axe vertical. Les moteurs 1A et lB sont des moteurs à courant continu à excitation séparée, par exemple des moteurs à aimant inducteur.L'énergie nécessaire à l'alimentation de ces moteurs et à l'alimentation (directe ou indirecte) des différents composants du dispositif de commande électronique est assurée par une source de courant continu 6 délivrant trois tensions Vo, V1 et V2 (V2 > VI > Vo). La source 6 peut être constituée par une batterie dtaccuuulateurs de type classique de 24 volts, avec prisc centrale, donc susceptible de délivrer des tensions de 0,12 et 24 volts, Le dispositif de commande électronique comporte essentiellement un manipulateur potentiométrique 10, un circuit d'adressage 20 et deux circuits ou systèmes de pilotage 30A et 30B associés aux moteurs 1A et 1B respectivement. Le manipulateur potentiométrique 10 comporte deux potentiomètres 71 et 12 aux deux extrêmités desquels sont appliquées deux tensions d'alimentl- tion +VA et -VA, symétriques par rapport à une tension de référence MA, , ces tensions tant obtenues par des moyens qui seront décrits ci-après. Sur chacun des potentiomètres 11 et 12 sont prélevées, par l'intermédiaire de curseurs ou analogues 13 ou 14 respectivement, des tensions U1 et U2 utilisées pour les commandes marche avant - marche arrière et droite-gauche respectivement. Les deux curseurs sont commandés en mouvement, de facon classique, par un levier de manoeuvre 15 mobile angulairement à partir d'une position centraLe pour laquelle U1 = U2 = 0, de sorte que la valeur et le signe des tensions U1 et U2 dépendent de la position dudit levier. Le schéma de la figure 3 montre clairement quels sont les signes des dites tensions selon le sens du déplacement du levier 15 à partir de la position centrale. Le déplacement du curseur 13 relativement au potentiomètre 11, le curseur 14 restant fixe au point neutre du potentiomètre 12 (U2 = O) permet de donner à U1 soit des valeurs positives (marche avant) soit des valeurs négatives (marche arrière).De même le déplacement du curseur 14 relativement au potentiomètre 12, le curseur 13 restant fixe au point neutre du potentiomètre 11 (U1 = O), a pour effet de donner à U2 des valeurs positives (droite) ou des valeurs négatives (gauche). Le déplacement relatif simultané des deux curseurs obtenu en inclinait le levier 15 d'un angle # par rapport à une position d'origine (par exemple la position de déplacement vers l'avant) donne à U1 et à U2 des valeurs positives ou des valeurs négatives selon la valeur de l'angle #, qui peut varier entre O et 360 . Le circuit d'adressage 20 est constitué par un sommateur analogique qui reçoit les deux tensions potentiométriques U1 et U2 et délivre deux tensions continues (positive ou négative) z IA = U1 + U2 1B = @@ - U2 qui constituent les informations ou consignes de vitesse pour les moteurs 1A, 1B, ces informations étant prévues pour commander le module et le signe de vitesse de rotation w A et # B des dits moteurs. Chacun des systèmes ou circuits de pilotage 30 A et 30 B comporte un générateur de tension 31A, 31B respectivement, alimenté par la source 6 (par exemple sous 24 volts) et délivrant deux tensions continues stabilisées + VA - V A et + V B' - VB (par exemple + 13 volts) symétriques par rapport à des tensions MA et MB respectivement (par exemple O volt).Ces générateurs stabilisés permettent de s'affranchir des fluctuations de la source 6 et permettent également de choisir les masses électriques MA et MB des circuits de pilotage en des points appropriés (ces masses étant indiquées sur la fig. 1 par des flèches répertoriées A ou MB). Chacun des générateurs 31A et 31B alimente l'ensemble des composants électroniques basse puissance du circuit de pilotage qui lui est associé 30A et 30B respectivement. Le générateur 31A alimente en outre le circuit d'adressage 20 ainsi que les deux potentiomètres il et 12 qui reçoi vent, à leurs extrtmités, les tensions + VA et - V mentionnées précédemment. A Chacun des systèmes ou circuits de pilotage 30A et 30B comprend également un générateur de rampe 32A, 32B qui reçoit directement l'information 1A ou 1B et délivre une information I'A, I' I'B, sa redresseur 33A, 33B et un compara- teur 34A, 34B qui reçoivent les informations I'A et I'B et enfin un circuit variateur de marche 40A, 403 qui reçoit les informations délivrées par ledit redresseur et ledit comparateur. Le générateur de rampe 32A, 32B a pour fonction de transformer une tension d'entrée abrupte ou échelon d'entrée en une rampe de pente donnée à un niveau correspondant à l'amplitude dudit échelon (positive ou négative), comme indiqué sur les figures 4a et 4b qui représente les informations IA et t I'A en fonction du temps, à l'entrée et à la sortie respectivement du générateur 32A. Le générateur 32A, 32B évite ainsi l'application de tensions à front raide lors de la manipulation du levier 15. Le redresseur 33A, 33B a pour fonction de transformer l'information I'A, I'B qui peut être positive ou négative, en une information (I'A), (I'B), représentant le module de I'A ou I'B. Le comparateur 34A, 34B a pour fonction de comparer l'information 1,A' I'B à la tension de référence MA MB, ( volt) fournie par le générateur stabilisé 31A, 31B et délivre un niveau logique qui est fonction du signe de I'A, I'B et est appliqué, comme il sera expliqué plus loin, au variateur 40A, 40B. Le variateur 40A, 40 B comporte un oscillateur 50A, 50B qui délivre une tension en dents de scie, par exemple à la fréquence de 7 XHz, un générateur de tension 60A, 60B, un circuit limiteur d'intensité 70A, 70B, un circuit de commutation 80A, 80B et un sommateur 90A, 90B qui reçoit les informations délivrées par le redresseur, l'oscillateur, le générateur, le circuit limiteur d'intensité, et délivre le signal de sommation au circuit de commutation. Le variateur 40A, 40B a pour fonction de réguler la vitesse de rotation #A,# B du moteur 1A, 1B, de façon qu'on ait #A = K(I'A) #B = K(I'B) avec K = constante. Le circuit de commutation 80A, 80B comporte un comparateur 81A, 81B qui reçoit l'information en dents de scie du sommateur 90A, 90B, un transistor 82A, 82B monté en série dans le circuit d'alimentatian de l'induit 2A, 2B et à la base duquel est appliqué le signal délivré par ledit comparateur, une diode 84A, 84B montée en dérivation sur l'induit et un selecteur de sens de rotation 85A, 85B. Le sélecteur 85A, 85B est constitué par un relais (par exemple électromagnétique) qui a pour fonction de commander, selon sa position (excitée ou en repos) le sens du courant dans l'induit 2A, 2B du moteur à excitation séparée 1A, lB la position dudit relais étant commandée par le signal délivré par le comparateur 34A, 34B, donc selon le signe de I'A, I'B. L'alimentation du moteur 1A, 1B est commandée par le comparateur 81A, 81B qui fonctioejie par découpage de la tension en dents de scie délivrée par l'oscillateur 50A, 50B (7KHz) et applique une tension en créneaux a la base du transistor. On a représenté à la figure 5 le schéma équivalent 1A (identique à celui de l'induit du moteur 1B), ce schéma équivalent étant une force électromotrice E' A en série avec une résistance R (résistance d'induit) et une self L (self d'induit). Deux états sont à considérer selon que le transistor 82A, 82B et la diode 84A, 84B sont ou non conducteurs . Etat 1 : transistor conducteur et diode bloquée . Etat 2 : transistor bloqué et diode conductrice. En fonction de ces deux états le diagramme du courant est celui représenté à le figure 6. Au cours de l'état 1 le courant circule dans le moteur et dans le transistor et croît exponentiellement avec une constante de temps L/R. Au cours de l'état 2 le courant circule, toujours dans le même sens, dans le moteur et dans la diode mais décroît exponentiellement avec une constante de temps L/R. Le courant est donc périodique à la fréquence des impulsions en créneaux qui sont appliquées sur la base du transistor et c'est la durée relative des états 1 et 2 (rapport cyclique) qui caractérise, pour une vitesse w A,# B, donnée,la valeur du courant moyen Io résultant. Le couple obtenu sur l'arbre du moteur est bien entendu proportionnel à Io. Le générateur de tension 60A, 60B élabore un signal correspondant à la force contre-électromotrice E'At E'B du moteur 1A, 1B et qui constitue l'image de la vitesse de rotation dudit moteur. il comporte à cet effet, deux filtres 61A, 62A ; 61B, 62B et un sommateur 63A, 63B.Le sommateur 63A, 63B, constitué par exemple par un réseau, effectue la différenciation entre les tensions EA, EB aux bornes du moteur 1A, 1B et la chute d'induit (RI)A, (RI)B dudit moteur (R et I étant respectivement la résistance d'induit et l'intensité dans l'induit), de sorte que l'on ait E'A = EA - (RI)A E'B = EB - (RI)B les dites tensions EA, EB et chutes d'induit (RI)A, (RI)B' étant fournies ?ar les filtres 61A, 61B (reliés au collecteur du transistor) et 62A, 62B (reliés à V2), qui permettent d'obtenir une valeur moyenne continue des tensions qui leur sont appliquées. Le circuit 70A, 70B a pour fonction de limiter l'intensité de courant dans le moteur et comporte à cet effet un comparateur 71A,71B qui reçoit d'une part une tension de référence VI MAX prélevée à partir des alimentations + VA et - VA et correspondant à une intensité maximale admissible dans le moteur et d'autre part la tension aux bornes d'un shunt 41A, 41B monté en série avec l'induit 2A, 2B du moteur 1A, 1B, cette tension lui étant appliquée par l'intermédiaire d'un amplificateur 72A, 72B. Le comparateur 71A, 71B délivre, au sommateur 90A, 90B, un signal négatif dès que la tension délivrée par l'ampli- ficateur 72A, 72B dépasse la valeur VI MAX' Ce signal a pour effet de réduire l'intensité dans le moteur.Le fait que la tension à la sortie de l'amplifica- teur soit inféreure à VI MAX se traduit par une absence de signal à la sortie du comparateur. Le sommateur 90A, 90B peut être constitué par un réseau qui permet de faire la somme algébrique des signaux délivrés par ltoscillateur 50A, 50B, le redresseur 33A, 33, le générateur CA et le limiteur d'intensité 70A, 70B (cî dernier signal étant nul en fonctionnement normal). La tension de sortie du sommateur 90A, 90B est donc une tension en dents de scie mais avec une composante continue dépendante de |I'A|,|I'B| et E'A, E'B. Le passage par la valeur zéro du signal délivre par le sommateur 90A, 90B provoque une commutation à la sortie du comparateur BIA, 31B qui bloque ou rend conducteur le transistor 82A, 82B. Par exemple pour |I'A|donné à l'entrée du sommateur 90A, une décroissance de la vitesse du moteur 1A (donc de EA) se traduit par une augmentation de la composante continue de la tension délivrée à la sortie du sommateur 90A, ce qui entrain, à la sortie du comparateur 81A, un état 1 croissant. Il en résulte une augmentation de Io donc du couple moteur et par conséquent de la vitesse de rotation du moteur. On obtient ainsi une compensation de la décroissance de vitesse envisagée qui se fait automatique- ment c'est-à-dire sans que l'on ait à agir sur le levier 15. Il convient de remarquer que le circuit de pilotage 30 B est identique au circuit 30A à l'exception de l'adjonction, entre le circuit d'adresse 20 et le générateur de rampe 32B, d'un amplificateur différentiel 35 à gain nul. Cet amplificateur a pour but de convertir le signal U2 délivré par le circuit 20, lequel est référencé par rapport à MA, en un signal référencé par rapport à MB En effet, la tension U2 est référencée (comme on lta indiqué précédemment) par rapport à MA, mais le circuit 30 B ne peut traiter qu'un signal référencé par rapport à MB. Le fonctionnement du dispositif est le suivant : lorsque l'utilisateur du véhicule exerce, sur le levier 15, une action vers l'avant (av. fig.3) U2 = 0 donc IA = 1B = Ul > 0, les deux moteurs ont alors la même vitesse de rotation :#A = #B et le véhicule avance selon une trajectoire rectiligne. Si le levier est actionné vers l'arrière (ar.) IA et IB sont encore égaux mais négatif de sorte que les deux moteurs tournent en sens inverse à la même vitesse et e véhicule recule. Dans le cas d'une action sur le levier 15 selon l'angle # (fig.3) pour laquelle U1 > 0 et U2 entraole la roue gauche, tourne moins vite que le moteur 1B qui entraine la roue droite, de sorte que le véhicule tourne à gauche. On pourrait apporter au mode de réalisation décrit et représenté de nombreuses variantes sans sortir du cadre de l'invention. C'est ains Qe :'on pourrait utiliser, au lieu de moteurs à aimant inducteur, des moteurs à inducteur bobiné, du type shunt, série, compound, etc... On pourrait prévoir, au 1 eu du transistor unique 82A, 82B, deux transistors à montage Darlington donc simultanément bloqués ou conducteurs. Le dispositif selon l'invention est applicable non seulement aux fauteuils roulants mais aux chariots, voitures électriques, voiturettes-jouets, etc... Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté. REVENDICATIONS 1. - Dispositif de commande électronique pour un véhicule automoteur, en particulier un fauteuil roulant pour handicapé physique, du type comportant deux roues motrices entraînées en rotation indépendamment l'une de l'autre par deux moteurs électriques à courant continu et au moins tme roue porteuse montée en rotation libre autour d'un axe vertical, caractérisé en ce qu'il comporte,en combinaison - un manipulateur potentiométrique muni d'un levier de manoeuvre pouvant occu per différentes positions, ledit manipulateur dégivrant deux tensions poten tiométriques continues U1 et U2 variant, en fonction de la position du levier, entre deux valeurs extrême Fixes de même module mais de sens opposés;; - un circuit d'adressage recevant les dites tensions potentiométriques et déli vrant deux informations de vitesse IA et Ig qui sont fonctions des dites ten sions - et deux systèmes de pilotage, chacun associé à l'un des dits moteurs et rece vant l'une des informations de vitesse précitées, les dits systèmes étant prévus pour asservir la vitesse ainsi que le sens de rotation des moteurs aux dites informations de sorte que le positionnement du levier de manoeuvre pré cité détermine la vitesse et le sens de rotation de chacune des roues motri ces et par conséquent la vitesse, le sens et la direction du déplacement dudit véhicule. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce cue le manipulateur potentiométrique précité comporte deux potentiomètres dont les deux extrémités opposées sont alimentées par deux tensions symétriques par rapport à une tension de référence donnée, chacun des dits potentiomètres délivrant l'une des tensions Ul ou U2 précitées. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le levier de manoeuvre précité est mobile angulairement à partir d'une position centrale, la valeur des tensions U1 et U2 délivrée par les dits potentiomètres étant fonction de la position angulaire dudit levier par rapport à ladite position centrale. 4. - Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit d'adressage précité est constitué par un réseau prévu pour délivrer les informations I & = U1 + U2 et 1B = U1 - U2 précitées. 5. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moteurs électriques précités sont des moteurs continus comportant un inducteur et un induit à excitations séparées et sont alimentés par une source de courant continu constituée par une batterie d'accumulateurs montée sur le véhicule. 6. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacun des systèmes de pilotage précités comporte un générateur de rampe recevant l'une des informations IA ou I3 précitées, un redresseur et un comparateur recevant l'information délivrée par ledit générateur et un variateur de marche recevant les informations délivrées par ledit redresseur et ledit comparateur et prévu pour commander la vitesse et le sens de rotation de l'induit du moteur associé. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le variateur précité comporte un oscillateur, un générateur de tension délivrant un signal dont la valeur est l'image de la force contre-électromotrice du moteur, un circuit limiteur d'intensité contrtlant l'intensitS du courant dans le moteur, un circuit de commutation commandant le courant dans I'inciuit précité et un sommateur recevant les informations dudit comparateur,dudit oscillateur, dudit générateur de tension et dudit circuit limiteur d'intensité et délivrant le signal de sommation audit circuit de comautation. 8. - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'oscillateur précité délivre une tension de sortie en forme de dents de scie. 9. - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le générateur de tension précité comporte un sommateur recevant, par l'intermédiaire de filtres, la tension délivrée aux bornes du moteur et la chute d'induit et délivrant une tension correspondant à la force contre-électromotrice dudit moteur. 10. - Dispositif selon la revtndication 7 caractérisé en ce que le circuit limiteur d'intensité précité comporte un comparateur d'intensité recevant une tension de référence correspondant à une intensité maximale admissible dans le moteur et la tension aux bornes d'un shunt inséré en série avec l'induit du moteur, ladite tension étant délivrée par l'intermédiaire d'un amplificateur. 11. - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le circuit de commutation précité comporte un comparateur recevant le signal dudit sommateur et délivrant un signal de commutation à la base d'un transistor, un sélecteur du sens de rotation du moteur et une diode, ledit transistor et la dite diode étant en série et en parallèle respectivement avec l'induit. 12. - Dispositif selon les revendications 6 et 11 caractérisé en ce que le sélecteur précité reçoit l'information délivrée par le comparateur du système de pilotage. 13. - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que chacun des systèmes de pilotage précités comporte un générateur de tension délivrant deux tensions continues stabilisées et symétriques. 14. - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'un des systèmes de pilotage comporte un amplificateur a gain nul inséré entre le circuit d'adressage et le générateur de rampe.