Brevet FR3021279A1 — publié le 20151127

Système de freinage apte à équiper un fauteuil roulant à propulsion électrique, Kit d'aide à la propulsion électrique et fauteuil roulant électrique comportant un tel système La présente invention concerne un système de freinage apte à équiper un fauteuil roulant à propulsion électrique. Elle concerne également un kit d'aide à la propulsion électrique pour équiper un fauteuil roulant et un fauteuil roulant électrique comportant un tel système. Il existe sur le marché divers types de fauteuils roulants, du plus simple dans une version manuelle aux plus sophistiqués dans une version tout électrique. Face aux difficultés rencontrées dans la vie quotidienne, nombre de personnes à mobilité réduite renoncent au fauteuil roulant manuel. En effet, ces fauteuils nécessitent un effort physique important de la part des utilisateurs et ne sont pas toujours faciles à manoeuvrer, limitant finalement l'autonomie des personnes. Ces dernières doivent alors faire des choix parmi l'ensemble des fauteuils disponibles sur le marché en fonction notamment de leur handicap, de leurs possibilités physique et de leurs moyens financiers. Une plusieurs solution pour permettre à ces personnes de retrouver une plus grande autonomie est d'utiliser un fauteuil tout électrique équipé d'un organe de commande. A partir de cet organe de commande, l'utilisateur peut activer le fauteuil dans toutes les directions, le fauteuil étant propulsé au moyen d'un moteur électrique, des mains courantes couplées aux roues étant par ailleurs toujours prévues pour permettre une activation manuelle notamment en cas d'indisponibilité de la propulsion électrique. Une autre solution, moins coûteuse, consiste à équiper un fauteuil roulant classique avec un kit de motorisation additionnel. Parmi les kits de motorisation, il existe les kits d'assistance électrique à la propulsion. Les normes exigent un système de débrayage que permet de passer en mode manuel de propulsion. Elles exigent également un système de freinage qui comporte plusieurs freins : - un frein de service qui amène le fauteuil à l'arrêt sans dépasser une certaine distance dite d'arrêt et qui est fonction de la vitesse initiale ; - un frein de service qui permet d'arrêter le fauteuil même si le fauteuil roulant est en mode roues libres, les moteurs étant débrayés ; - un frein automatique qui fonctionne en libérant le dispositif de commande des moteurs ; - et enfin un frein de stationnement. En théorie, tous les systèmes de freinage ne doivent pas dépendre du gonflage et de la pression des pneus. La plupart des kits ou des fauteuils existant utilisent un frein à manque de courant qui combine le frein automatique et le frein de stationnement, seulement si les moteurs des roues sont embrayés. Quant au freinage alors que le moteur est débrayé, il n'existe pas de façon intégré aux autres types de freinage. Il existe des leviers de frein de stationnement qui dépendent beaucoup du gonflage des roues. Toutes les solutions actuelles optent pour un débrayage mécanique. Les normes imposent également que l'on empêche l'utilisation du système d'entraînement des roues si une partie seulement du système de débrayage est activée. Cela implique notamment l'utilisation de deux capteurs pour le système de débrayage. Le frein à manque de courant, qui est aussi un frein de stationnement et qui est utilisé très largement sur les systèmes de motorisation actuels, empêche l'utilisateur d'entraîner manuellement son fauteuil roulant si les moteurs sont embrayés. Le seul moyen de lever ce frein est de débrayer les moteurs. En théorie il est aussi possible de lever ce frein électroniquement mais cela consomme l'énergie de la batterie et suppose alors que la batterie est chargée. Le seul moyen pour remédier à ces problèmes, tout en respectant les normes, est d'utiliser un système de freinage activable soit de façon électronique, soit par l'utilisateur, ce système servant comme frein automatique, frein de service et frein de stationnement. Un but de l'invention est notamment de permettre la réalisation d'un tel système de freinage. A cet effet, l'invention a pour objet un système de freinage apte à équiper un fauteuil roulant à propulsion électrique, ledit système comportant au moins : - deux freins hydrauliques aptes à équiper chacun une roue motrice dudit fauteuil, lesdits freins étant activables par un signal électrique et par une commande manuelle ; - un dispositif de commande, commandable par un utilisateur, fournissant ledit signal électrique ; - une commande manuelle pour activer et désactiver lesdits freins indépendamment dudit signal électrique ; - un module de pilotage des freins, générant un signal de commande desdits freins en fonction dudit signal électrique fourni par le dispositif de commande et de la consigne de régulation de vitesse du fauteuil. Dans un mode de réalisation possible, lesdits freins étant actionnables par pression hydraulique, la pression hydraulique dans lesdits freins est générée par un électro-aimant tubulaire commandable par le signal de commande fourni par le module de pilotage. Dans un autre mode de réalisation possible, lesdits freins étant actionnables par un fil, la tension du fil dans lesdits freins est générée par un électro- aimant tubulaire commandable par le signal de commande fourni par le module de pilotage. L'électro-aimant est par exemple contraint de telle manière qu'en l'absence de signal d'activation, lesdits freins hydrauliques sont activés. Ledit signal d'activation est par exemple une combinaison du signal de commande fourni par le module de pilotage et de signaux représentatifs du bon fonctionnement d'éléments de propulsion du fauteuil, le signal d'activation étant présent lorsque chaque signal représentatif indique un bon fonctionnement. Ledit système comporte par exemple un capteur, ledit capteur indiquant que les freins sont activés ou désactivés, dans ce dernier cas le fonctionnement électrique des moteurs étant inhibé en l'absence d'une commande auxiliaire. L'invention a également pour objet un kit d'aide à la propulsion électrique apte à équiper un fauteuil roulant comportant deux moteurs électriques aptes chacun à équiper une roue motrice dudit fauteuil, ledit kit comportant un système de freinage tel que décrit précédemment. Le dispositif de commande produit par exemple des signaux de commande de vitesse des moteurs et des signaux de commande d'activation des freins. Le module de pilotage produit par exemple des signaux de commande de vitesse des moteurs et des signaux de commande d'activation des freins. L'invention a également pour objet un fauteuil roulant électrique ayant deux motrices équipée chacune d'un moteur électrique, ledit fauteuil roulant étant équipé d'un système de freinage tel que décrit précédemment. Le dispositif de commande produit par exemple des signaux de commande de vitesse des moteurs et des signaux de commande d'activation des freins. Le module de pilotage produit par exemple des signaux de commande de vitesse des moteurs et des signaux de commande d'activation des freins. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard de dessins annexés qui représentent : - la figure 1, une personne se déplaçant dans un fauteuil roulant ; - la figure 2, un frein hydraulique d'un système selon l'invention monté sur une roue motrice de fauteuil roulant ; - la figure 3, un schéma fonctionnel présentant différents éléments impliqués dans un système de propulsion électrique d'un fauteuil roulant ; - la figure 4, un schéma fonctionnel présentant différents éléments d'un système selon l'invention intégré dans le système précédent ; - la figure 5, un exemple de réalisation d'une commande d'activation des freins d'un fauteuil roulant, dans un système selon l'invention. La figure 1 représente une personne se déplaçant dans un fauteuil roulant manuel. La personne commande le déplacement du fauteuil en exerçant une poussée circulaire avant ou arrière sur la main courante 2 couplée à chaque roue 1 motrice, entraînant le roulement de ces roues. Deux petites roues 5 situées à l'avant complètent le dispositif à quatre roues pour assurer la stabilité au sol du fauteuil, ces dernières qui son libre en rotation autour d'un axe vertical aide l'utilisateur du fauteuil à se diriger. Un dispositif d'aide électrique à la propulsion permet de réduire ou de supprimer ces efforts physiques. Un tel dispositif comporte deux moteurs électriques, un moteur étant couplé à chaque roue pour l'entraîner en rotation. Les moteurs utilisés peuvent être du type moteur sans balais encore appelés moteurs «brushless ». On peut aussi utiliser d'autres types de moteurs, notamment des moteurs à courant continu. Le couple moteur délivré par un moteur peut être fonction du mouvement d'entraînement appliqué sur la main courante 2. Dans ce cas, plusieurs solutions sont possibles pour détecter le couple de propulsion alors produit par l'utilisateur et commander les moteurs d'entraînement en fonction de ce couple appliqué. Une autre solution pour commander les moteurs d'entraînement des roues consiste à utiliser un organe de commande tel qu'une manette par exemple, encore appelée « joystick » fixée sur le châssis du fauteuil et plus particulièrement sur l'accoudoir pour faciliter sa manipulation par l'utilisateur. La manette permet ainsi de commander les moteurs vers l'avant ou vers l'arrière, de régler la vitesse d'entraînement des roues, et de tourner à gauche ou à droite en activant l'un ou l'autre des moteurs. La propulsion électrique fonctionne parfaitement sur des sols réguliers. Les dispositifs de propulsion électrique selon l'art antérieur permettent en effet aux utilisateurs de fauteuils roulants de se déplacer aisément dans des intérieurs, pourvu qu'il y ait la place nécessaire et qu'il n'y ait pas de dénivelés. Ils permettent aussi des déplacements aisés sur trottoirs ou des routes planes. Parallèlement au système d'entraînement électrique des roues 1, il faut prévoir un système de freinage répondant notamment aux normes. Un système de freinage selon l'invention prévoit un frein de service qui, lorsqu'il est actionné et alors que le fauteuil roulant est en mode roues libres est capable d'amener le fauteuil à l'arrêt, tous les autres types de freinages imposés par les normes étant intégrés dans ce même système. Selon l'invention, un tel système comporte deux freins hydrauliques commandés électriquement et manuellement, un frein étant prévu pour chaque roue motrice 1. 302 1 2 7 9 6 La figure 2 illustre le montage d'un frein hydraulique pour une roue motrice. Le disque de frein 21 est monté sur la roue en regard du moteur 20 tandis que l'étrier est solidaire mécaniquement du châssis 22 du fauteuil roulant. Plus précisément le disque est fixé sur le moyeu de la roue, des plaquettes 5 non représentées venant frotter de chaque côté du disque. Ces plaquettes sont maintenues dans l'étrier. Les plaquettes sont soumises à une pression hydraulique selon un mécanisme bien connu. Afin de pouvoir retirer la roue en cas de besoin, l'étrier est monté sur un bras escamotable 23 permettant d'éloigner l'étrier du disque de frein, une 10 languette 24 étant prévue pour libérer l'étrier. La figure 3 présente le schéma de connexion entre les différents modules impliqués dans la propulsion électrique d'un fauteuil roulant. Une carte de pilotage 31 contient les circuits d'asservissement et de calcul de la valeur de 15 couple à appliquer au moteur droit 32 et de la valeur de couple à appliquer au moteur gauche 33. Les valeurs de couples moteurs à appliquer sont par exemple transmises aux moteurs via une tension de consigne. A cet effet, une liaison électrique 34, 35 est prévue respectivement entre la carte et le moteur droit et la carte et le moteur gauche. La carte de pilotage comporte 20 les moyens d'interface et d'amplification nécessaire pour transmettre les tensions de consigne vers les moteurs. Etant donné que les calculs de couples sont effectués par des circuits numériques, la carte comporte par ailleurs les convertisseurs analogique-numérique et les convertisseurs numérique-analogique nécessaires pour s'interfacer aux autres modules. En 25 particulier, la carte de pilotage 31 est reliée à un dispositif de commande 36. Ce dispositif peut-être du type joystick ou autre. Il envoie à la carte de pilotage un signal de commande analogique ou numérique. La liaison 37 entre le dispositif de commande 36 et la carte de pilotage 31 peut être filaire ou du type réseau sans fil. Les modules 31, 32, 33, 36 et leurs connexions 30 peuvent être fixés par construction sur le fauteuil, si celui-ci est tout électrique de base. Ils peuvent aussi faire partie d'un kit équipant un fauteuil à propulsion manuelle de base. La figure 4 présente un schéma fonctionnel du système de freinage qui se superpose au schéma de connexion des éléments de propulsion électrique de la figure 3. Un électro-aimant tubulaire 41 est relié au dispositif de commande 36 et à un organe de commande manuel 42, par exemple une manette. La liaison de l'électro-aimant au dispositif de commande, de type filaire ou du type réseau sans fil, permet une commande électrique de l'électro-aimant. La liaison mécanique reliant la manette 42 à l'électro-aimant permet une commande mécanique de l'électro-aimant. Le circuit hydraulique de l'électro-aimant tubulaire 41 est prolongé par des durites 43, 44 conduisant le liquide actionnant les disques de frein. L'électroaimant est ainsi lui-même relié par une durite 43, 44 au disque de frein 21 de la roue droite et au disque de frein 211 de la roue gauche. L'électro-aimant peut être activé et désactivé par un signal électrique ou par une commande manuelle 42. En ce qui concerne la commande électrique de l'électro-aimant, elle est particulièrement adaptée aux normes de sécurité imposées à un fauteuil roulant. En effet, l'électro-aimant est forcé par un ressort de poussée des cylindres émetteurs du circuit hydraulique, signifiant que le frein hydraulique est actif en l'absence de l'alimentation de l'électro-aimant. Le circuit d'alimentation électrique est tel qu'en cas de défaillance d'un module, l'électro-aimant n'est pas alimenté électroniquement. Dans l'exemple de la figure 4, le dispositif de commande 36, la carte de pilotage 31 et les moteurs électriques 32, 33 constituent chacun un module. La carte de pilotage 31 peut éventuellement être séparée en deux cartes, une carte étant affectée à chaque moteur avec les composants nécessaires pour obtenir un fonctionnement équivalent à une solution à une seule carte de pilotage. La figure 5 illustre un exemple de schéma d'alimentation de l'électro- aimant 41 répondant aux contraintes ci-dessus. Une borne de la bobine de l'électro-aimant est reliée à une alimentation Vcc alors que son autre borne est reliée à un ensemble de transistors T1, T2, T3 en série, le dernier transistor T3 étant relié à un potentiel de référence 50, une masse mécanique par exemple. L'exemple de la figure 5 comporte trois transistors. On peut prévoir une solution comportant autant de transistors qu'il y a de modules. Pour que la bobine de l'électro-aimant soit alimentée, il faut que le circuit entre l'alimentation Vcc et le potentiel de référence 50 soit fermé, c'est-à-dire que tous les transistors T1, T2, T3 en série avec la bobine soient commandés à la fermeture. Chaque transistor est commandé par un signal Vp, Vc, VM provenant d'un module. Lorsque le module est en bon fonctionnement, il envoie un signal de commande de son transistor associé, typiquement une tension. En cas de défaillance du module, par exemple une carte de pilotage en panne ou un moteur en panne, le signal n'est plus généré et le transistor correspondant n'est plus commandé à la fermeture. L'ouverture du transistor provoque la coupure d'alimentation de l'électroaimant 41, ce qui active les freins hydrauliques, le frein ne pouvant plus être désactivé. Cela augmente la sécurité pour l'utilisateur. Dans l'exemple de la figure 5, la carte de pilotage envoie une tension Vp pour maintenir le premier transistor T1 en fermeture, une carte électronique du dispositif de commande envoie une tension Vc sur le deuxième transistor T2 et le circuit interne de chaque moteur envoie une tension VM sur le troisième transistor T3. Ici, un même transistor est associé aux deux moteurs, la tension VM étant multiplexée. On peut également prévoir un transistor pour chaque moteur. Le montage de la figure 5 équivaut à fournir un signal d'activation de l'électro- aimant, combinaison des trois signaux Vp, Vc, VM, de telle sorte qu'en l'absence de ce signal d'activation l'électro-aimant active le freinage. La tension Vp issue de la carte de pilotage en plus de la fonction de sécurité telle que décrite ci-dessus a une fonction de commande et régulation du freinage. En effet cette tension, issue du traitement effectué par la carte de pilotage, est fonction de la commande de freinage venant de l'utilisateur via le dispositif de commande et/ou de la régulation de vitesse du fauteuil. Le montage électrique de la figure 5 est un exemple de mise en oeuvre pour la commande de l'électro-aimant. D'autres montages sont bien sûr possibles pour reproduire le signal d'activation de l'électro-aimant comme combinaison de signaux représentatifs du bon fonctionnement de certains éléments commandant et assurant la propulsion du fauteuil, la propulsion comprenant à la fois l'entraînement des roues en rotation et le freinage. Avec la commande manuelle 42, indépendante de la commande électrique de l'électro-aimant, l'utilisateur peut désactiver les freins pour, par exemple, passer en mode à propulsion manuelle ou en mode assistance électrique à la propulsion, cette dernière étant activée par l'intermédiaire des mains courantes par exemple. Cela permet de désactiver le frein sans consommer de l'énergie de la batterie, ce qui est avantageux sachant l'importance de la durée d'autonomie des batteries. Dans ce cas, le fauteuil ne peut fonctionner en tout électrique avec la commande électrique. Un capteur, disposé par exemple dans la manette de frein 42, indique si les freins sont activés ou pas, c'est-à-dire en état de marche ou pas. Si les freins sont désactivés, le fauteuil est empêché de fonctionner en mode tout électrique mais lui permet par exemple de fonctionner dans un mode d'assistance à la propulsion électrique ou dans un mode manuel. L'empêchement du fonctionnement tout électrique est par exemple produit par la carte de pilotage 31 qui arrête le fonctionnement des moteurs à partir d'un signal issu du capteur 42 indiquant que les freins sont désactivés. La carte de pilotage 31 peut néanmoins commander le fonctionnement des moteurs à partir d'une commande auxiliaire notamment dans le cas d'une assistance à la propulsion électrique, cette commande auxiliaire pouvant par exemple être une action sur la main courante. L'inhibition du fonctionnant tout électrique équivaut au débrayage décrit dans les normes en vigueur (norme NF EN 12184 de décembre 2009 notamment). Avantageusement, un système selon l'invention nécessite seulement un capteur pour assurer le débrayage. Le fonctionnement d'un fauteuil équipé d'un système de freinage selon l'invention est donc le suivant. En régime de propulsion électrique, le freinage hydraulique est commandé à la fois par l'utilisateur via le dispositif de commande 36, un joystick par exemple ou tout autre organe, ou par la carte de pilotage 31 des moteurs en fonction de la vitesse régulée. En cas de défaillance d'un module, moteur électrique, carte de pilotage ou dispositif de commande notamment, les freins hydrauliques sont activés. Si le fauteuil est en déplacement, il continue sur sa lancée jusqu'à son arrêt complet sous l'action des freins. L'utilisateur peut désactiver les freins via la manette de frein 42 et passer en mode roues libres, l'utilisateur pouvant à sa convenance activer les freins au moyens de la manette 42. Un système de freinage selon l'invention, apte à équiper un fauteuil roulant, a été décrit avec des freins hydrauliques actionnables par pression hydraulique. Il est possible que les freins hydrauliques soient actionnables par un autre moyen. Il est en particulier possible d'utiliser des freins hydrauliques du type actionnables par un fil. Dans ce cas, ce n'est plus le niveau de pression qui force le freinage mais la tension du fil. La tension du fil est alors générée par l'électro-aimant tubulaire 41, lui-même commandable par le signal de commande fourni par le module de pilotage 31. Un système selon l'invention peut prendre la forme d'un kit destiné à équiper un fauteuil roulant ou être implanté à demeure sur un fauteuil roulant tout électrique. Dans le cas d'un kit, le système de freinage selon l'invention peut être couplé à un système d'aide à la propulsion électrique. Un kit selon l'invention comporte donc par exemple au moins : - un dispositif de commande 36 ; - un module ou une carte de pilotage moteurs 31 intégrant les circuits de commande de freinage ; - un système de freinage hydraulique tel que décrit précédemment. Ce kit peut également comporter un système d'aide à la propulsion électrique, le dispositif de commande 36 et la carte de pilotage 31 étant partagés entre les deux systèmes. Le kit comporte alors deux moteurs électriques 20 aptes à être montés chacun sur une roue d'un fauteuil roulant. Une batterie est bien sûr prévue pour alimenter tous les circuits électriques de tous les éléments. REVENDICATIONS1. Système de freinage apte à équiper un fauteuil roulant à propulsion électrique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : deux freins hydrauliques- (21) aptes à équiper chacun une roue motrice (1) dudit fauteuil, lesdits freins étant activables par un signal électrique et par une commande manuelle ; - un dispositif de commande (36), commandable par un utilisateur, fournissant ledit signal électrique ; une commande manuelle (42) pour activer et désactiver lesdits freins indépendamment dudit signal électrique ; - un module (31) de pilotage des freins, générant un signal de commande desdits freins en fonction dudit signal électrique fourni par le dispositif de commande et de la consigne de régulation de vitesse 15 du fauteuil. 2. Système de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits freins étant actionnables par pression hydraulique, la pression hydraulique dans lesdits freins (21) est générée par un électro-aimant tubulaire (41) commandable par le signal de commande fourni par le module 20 de pilotage (31). 3. Système de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits freins étant actionnables par un fil, la tension du fil dans lesdits freins (21) est générée par un électro-aimant tubulaire (41) commandable par le signal de commande fourni par le module de pilotage. 25 4. Système de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électro-aimant (41) est contraint de telle manière qu'en l'absence de signal d'activation, lesdits freins hydrauliques sont activés. 5. Système de freinage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit 30 signal d'activation est une combinaison du signal de commande fourni par le module de pilotage et de signaux représentatifs du bon fonctionnementd'éléments de propulsion du fauteuil, le signal d'activation étant présent lorsque chaque signal représentatif indique un bon fonctionnement. 6. Système de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (42), ledit capteur indiquant que les freins sont activés ou désactivés, dans ce dernier cas le fonctionnement électrique des moteurs étant inhibé en l'absence d'une commande auxiliaire. 7. Kit d'aide à la propulsion électrique apte à équiper un fauteuil roulant comportant deux moteurs électriques (20) aptes chacun à équiper une roue 10 motrice dudit fauteuil, caractérisé en ce qu'il comporte un système de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Kit selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de commande (36) produit des signaux de commande de vitesse des moteurs et des signaux de commande d'activation des freins. 15 9. Kit selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le module de pilotage produit des signaux de commande de vitesse des moteurs et des signaux de commande d'activation des freins. 10. Fauteuil roulant électrique ayant deux motrices équipée chacune d'un moteur électrique, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un système de 20 freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 11. Fauteuil roulant électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de commande (36) produit des signaux de commande de vitesse des moteurs et des signaux de commande d'activation des freins. 12. Fauteuil roulant électrique selon l'une quelconque des revendications 10 25 ou 11, caractérisé en ce que le module de pilotage produit des signaux de commande de vitesse des moteurs et des signaux de commande d'activation des freins. 30