Brevet FR2891801A1 — publié le 20070413

Vélo électrique La présente invention est relative aux vélos électriques. En particulier, l'invention concerne un vélo électrique comprenant : - au moins une roue, - un pédalier adapté pour entraîner en rotation ladite roue lorsqu'il est soumis au pédalage d'un 10 utilisateur, - une source d'énergie, - un moteur électrique adapté pour participer à l'entraînement en rotation d'au moins une roue en appliquant à ladite roue un couple moteur à partir d'une 15 énergie électrique en provenance de ladite source d'énergie. De tels vélos électriques sont connus, qui sont des vélos dans lesquels un moteur électrique est utilisé pour assister l'utilisateur qui pédale, en entraînant en 20 rotation la roue à partir d'énergie fournie par une batterie. L'énergie fournie au moteur peut être relativement constante, mais il est préférable de pouvoir faire varier le niveau d'assistance, par exemple pour s'adapter aux conditions variables du terrain ou 25 climatiques. Dans US 5,491,390, par exemple, l'utilisateur connecte aucun, l'un, l'autre ou les deux moteurs à la batterie pour obtenir différents niveaux d'assistance. Cependant, cette disposition n'offre pas un très grand confort d'utilisation pour l'utilisateur, puisque 30 celui-ci doit changer lui-même le niveau d'assistance, par exemple lorsqu'il arrive en bas d'une côte. En outre, de tels changements sont brutaux car ils offrent peu de niveaux possibles d'assistance. La présente invention a notamment pour but de 35 pallier ces inconvénients. A cet effet, selon l'invention, un vélo électrique du genre en question est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend : - un capteur de pédalage adapté pour fournir une 5 information relative au pédalage, et -une unité centrale adaptée pour faire appliquer par le moteur ledit couple moteur dépendant de ladite information relative au pédalage. Grâce à ces dispositions, on indexe le couple 10 moteur fourni par le moteur à la roue sur l'information relevée par le capteur de pédalage. On asservit ainsi le couple délivré par le moteur directement sur la nature du pédalage, prenant ainsi en compte directement les variations du pédalage, sans que l'utilisateur n'ait besoin 15 de changer lui-même les paramètres moteur. En outre, en influant directement sur le couple moteur plutôt que sur la vitesse moteur, on obtient un confort d'utilisation du fait que l'asservissement est beaucoup moins sensible aux variations ponctuelles de pédalage (à-coups, etc.) : un 20 asservissement de la vitesse du moteur se traduirait par des variations ponctuelles importantes et inconfortables de vitesse au niveau du moteur. Par cet asservissement en couple, on est en outre beaucoup plus sensible aux variations à long terme, qui traduisent la véritable 25 volonté de l'utilisateur du vélo. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : ledit capteur de pédalage est adapté pour 30 détecter une vitesse de rotation du pédalier ; - ledit capteur de pédalage est une dynamo entraînée en rotation par ledit pédalier, et délivrant en sortie une tension proportionnelle à ladite vitesse de rotation du pédalier ; 35 ledit capteur de pédalage est adapté pour détecter un couple appliqué au pédalier ; - ledit moteur électrique reçoit ladite énergie électrique sous la forme d'un courant électrique d'intensité I depuis ladite source d'énergie, et ladite intensité dépend de ladite information ; - ledit moteur présente des bornes auxquelles est appliquée une tension moteur U, le vélo comprend en outre un capteur moteur adapté pour mesurer un paramètre de fonctionnement du moteur, et ladite unité centrale est adaptée pour modifier ladite tension moteur en fonction dudit paramètre de fonctionnement du moteur ; - ledit paramètre moteur est une vitesse de rotation du moteur ; - ladite unité centrale est en outre adaptée pour modifier ladite tension moteur en fonction d'une consigne ; - ladite intensité est comprise dans une plage déterminable par un utilisateur ; -le vélo comprend en outre des moyens de communication adaptés pour faire varier, sous l'action d'un 20 utilisateur, ladite plage ; - ladite plage comprend une valeur maximale déterminée par un gain programmable d'un amplificateur opérationnel de l'unité centrale. D'autres caractéristiques et avantages de 25 l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins . - la figure 1 est une vue de côté schématique d'un 30 vélo susceptible d'être utilisé dans le cadre de l'invention, - la figure 2 est un schéma bloc du circuit électrique du vélo de la figure 1, - la figure 3 est un schéma électrique 35 représentant l'établissement du niveau d'assistance par l'utilisateur, et - la figure 4 est un diagramme temporel représentatif d'une commande PWM. Sur les différentes figures, les mêmes références 5 désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 représente à titre d'exemple un vélo 1 utilisable dans le cadre de l'invention. Celui-ci comporte de manière classique un cadre 2 auquel sont reliées une roue avant 3 et une roue arrière 4 entraînée en rotation 10 par une chaîne 10 et un pédalier 5 mis en mouvement par le pédalage d'un utilisateur (non représenté). Le vélo 1 est un vélo électrique comprenant en outre un moteur électrique 6 contribuant à l'entraînement en rotation de la roue arrière 4 (comme représenté sur la 15 figure 1) ou la roue avant 3. Le moteur peut par exemple être un moteur roue du type décrit dans EP-A-1 137 154, ou tout autre type de moteur électrique approprié. Le moteur porte une électronique de puissance commandée par une électronique de commande située dans une unité centrale 8 20 du vélo. L'unité centrale 8 peut alternativement également contenir l'électronique de puissance et être réalisée sous la forme d'un ou plusieurs circuits électroniques fixés au cadre, dans le moteur, ou autre. A titre d'exemple, le moteur 6 est alimenté par un onduleur en trois phases, 25 comprenant trois demi-ponts fournissant des créneaux de courant. Le rapport cyclique X de ces créneaux [rapport du temps de conduction à la période] est commandable par l'unité centrale selon la technologie PWM de modulation linéaire d'impulsion (MLI). Le courant et la tension 30 correspondants sont représentés sur la figure 4. Comme représenté schématiquement sur la figure 2, le moteur 6 reçoit une énergie en provenance d'une batterie 7 telle qu'une batterie nickel-cadmium ou une batterie nickel-métal hydrure, ou autre. L'unité centrale 8 reliée à 35 la batterie 7 et au moteur 6 commande l'électronique de puissance, pour délivrer un niveau d'assistance satisfaisant. A ce titre, le couple appliqué par le moteur à la roue est sensiblement proportionnel à l'intensité reçue par le moteur, alors que la vitesse de rotation du moteur est sensiblement proportionnelle à la tension à ses bornes. L'unité centrale peut également être reliée à un boîtier de commande 9 permettant une interface entre l'utilisateur et le vélo électrique 1. Le boîtier de commande 9 peut par exemple présenter un ou plusieurs boutons 9a, 9b et optionnellement un voyant 9c pouvant représenter l'évolution d'un paramètre du vélo 1. A titre d'exemple, des boutons 9a, 9b peuvent comporter un bouton marche/arrêt, ou peuvent être utilisés par un utilisateur pour entrer un code d'accès, sous la forme d'une séquence de touches mémorisée dans une mémoire 15 de l'unité centrale. La correspondance entre la séquence de touches entrée par l'utilisateur et celle contenue dans la mémoire 15 autorise le démarrage du vélo 1. Pour des soucis de sécurité ou d'esthétisme, on peut rassembler la batterie 7, l'unité centrale 8 et le boîtier de commande 9 dans un boîtier 20 fixé au cadre 2 tel que représenté sur la figure 1. L'unité centrale 8 est en outre reliée à un capteur 11 fournissant une information quant à l'utilisation du vélo. Le capteur 11 peut par exemple être un capteur de vitesse de pédalage mesurant la vitesse de rotation du pédalier. On peut par exemple prévoir un capteur optique fixé sur le cadre du vélo en regard du pédalier 5 et adapté pour détecter un marquage optique telle qu'une bande de couleur formée sur une partie tournante du pédalier 5. Le capteur émettant un signal à chaque passage du marquage en regard du capteur 11, l'unité centrale obtient une information relative à la fréquence de rotation du pédalier 5. Alternativement, on peut utiliser un moteur entraîné en rotation comme une dynamo par le pédalier 5 et délivrant à l'unité centrale 8 une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du pédalier. Alternativement, on peut prévoir que le capteur 11 transmet à l'unité centrale 8 une information relative au couple de pédalage. A titre d'exemple, on peut par exemple mesurer la tension exercée sur la chaîne 10 au cours du pédalage. A cet effet, on peut par exemple obtenir cette information en mesurant la fréquence de vibration de la chaîne en regard de deux points fixes choisis du cadre, dans le plan de la chaîne orthogonalement à son trajet. Une telle information fournie à l'unité centrale 8 peut être utilisée telle quelle ou traitée pour obtenir le couple de pédalage. Le niveau d'assistance proposé par le moteur 6 est compris entre zéro et une valeur maximale qui peut être soit fixe, soit déterminée par l'utilisateur. A cet effet, l'utilisateur peut changer le gain d'un amplificateur opérationnel 12 compris dans l'unité centrale en influant à l'aide du boîtier de commande 9 sur la position de la connexion de la résistance R2 sur la résistance R. On peut ainsi prévoir deux ou plus niveaux d'asservissement maximal autorisé entre lesquels l'utilisateur peut choisir par pression sur les boutons 9a, 9b du boîtier de commande 9. La tension en sortie de l'amplificateur 12 est comparée au courant moyen délivré par la batterie. A cet effet, on peut par exemple comparer la tension délivrée par l'amplificateur 12 et une tension "image" du courant délivré par la batterie, par exemple la tension aux bornes d'un shunt dans lequel passe le courant délivré par la batterie, dans un circuit PID (proportionnel, intégrateur, dérivateur). Si la vitesse de pédalage augmente par rapport à l'intensité du courant batterie, on augmente la valeur de celui-ci en augmentant le rapport cyclique a des transistors du pont par MLI. A contrario, si le courant fourni est trop important, le rapport cyclique a est diminué. Ainsi, l'intensité délivrée au moteur, et donc le couple appliqué par le moteur 6 sur la roue, est rendue proportionnelle à l'information provenant du capteur 11, à savoir le couple de pédalage, ou la vitesse de pédalage, ou autre. On n'utilise pas nécessairement directement la valeur fournie par le capteur 11, mais celle-ci peut être pondérée au niveau de l'unité centrale avant d'être soumise en entrée à l'amplificateur. Dans le cas particulier d'un capteur de couple de pédalage, au démarrage du vélo, l'utilisateur applique un fort couple. Une répercussion directe au niveau du moteur risquerait de produire une augmentation brutale du niveau d'assistance, et par conséquent se traduirait par un bond en avant du vélo. Ainsi, le signal provenant d'un capteur de couple pourrait être pondéré par un poids p(t) = t/T pendant quelques T premières secondes d'utilisation par un circuit de pondération de l'unité centrale, avant d'être fourni à l'amplificateur 12. Toute autre pondération appropriée pourrait également être utilisée. Selon la directive européenne 2002/24/CE, un tel vélo électrique doit voir l'alimentation réduite progressivement et finalement interrompue lorsque le véhicule atteint une vitesse de 25 km/heure, ou plus tôt, si l'utilisateur arrête de pédaler. La vitesse de rotation du moteur, qui est sensiblement proportionnelle à la tension à ses bornes, peut également faire l'objet d'un asservissement pour respecter cette directive. A cet effet, la vitesse de rotation moteur est mesurée par un détecteur approprié, tel que par exemple un capteur à effet Hall. L'information fournie par ce capteur est comparée à une consigne imposant la fourniture d'une tension nulle à une vitesse imposée, par exemple 25 km/heure comme préconisé par la direction européenne susmentionnée. En fonction du résultat de cette comparaison, la valeur de la tension délivrée au moteur par la batterie est modifiée. Pour l'alimentation en modulation de largeur 5 d'intervalles (PWM) dans laquelle la tension appliquée au moteur est proportionnelle du rapport a à la tension délivrée par la batterie, on modifie aisément la tension à délivrer au moteur en influant sur a au niveau de la commutation des semi-conducteurs de puissance. REVENDICATIONS 1. Vélo électrique comprenant : - au moins une roue (4), - un pédalier (5) adapté pour entraîner en rotation ladite roue lorsqu'il est soumis au pédalage d'un utilisateur, - une source d'énergie (7), - un moteur électrique (6) adapté pour participer 10 à l'entraînement en rotation d'au moins une roue en appliquant à ladite roue un couple moteur à partir d'une énergie électrique en provenance de ladite source d'énergie, caractérisé en ce qu'il comprend : 15 - un capteur de pédalage (11) adapté pour fournir une information relative au pédalage, et - une unité centrale (8) adaptée pour faire appliquer par le moteur ledit couple moteur dépendant de ladite information relative au pédalage. 20 2. Vélo selon la revendication 1, dans lequel ledit capteur de pédalage (11) est adapté pour détecter une vitesse de rotation du pédalier. 3. Vélo selon la revendication 2, dans lequel ledit capteur de pédalage (11) est une dynamo entraînée en 25 rotation par ledit pédalier (5), et délivrant en sortie une tension proportionnelle à ladite vitesse de rotation du pédalier. 4. Vélo selon la revendication 1, dans lequel ledit capteur de pédalage (11) est adapté pour détecter un couple 30 appliqué au pédalier. 5. Vélo selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit moteur électrique (6) reçoit ladite énergie électrique sous la forme d'un courant électrique d'intensité I depuis ladite source d'énergie (7), et dans 35 lequel ladite intensité dépend de ladite information.5 6. Vélo selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit moteur (6) présente des bornes auxquelles est appliquée une tension moteur U, dans lequel le vélo comprend en outre un capteur moteur adapté pour mesurer un paramètre de fonctionnement du moteur, et dans lequel ladite unité centrale (8) est adaptée pour modifier ladite tension moteur en fonction dudit paramètre de fonctionnement du moteur. 7. Vélo selon la revendication 6, dans lequel ledit paramètre moteur est une vitesse de rotation du moteur. 8. Vélo selon la revendication 6 ou la revendication 7, dans lequel ladite unité centrale (8) est en outre adaptée pour modifier ladite tension moteur en fonction d'une consigne. 9. Vélo selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel ladite intensité est comprise dans une plage déterminable par un utilisateur. lO.Vélo selon la revendication 9, comprenant en outre des moyens de communication (9) adaptés pour faire varier, sous l'action d'un utilisateur, ladite plage. 11.Vélo selon la revendication 9 ou la revendication 10, dans lequel ladite plage comprend une valeur maximale déterminée par un gain programmable d'un amplificateur opérationnel (12) de l'unité centrale (8).