Brevet FR3131729A1 — publié le 20230714

L’invention est relative à un procédé de commande d'un moteur électrique de véhicule à pédalier, comprenant les étapes suivantes : mesurer un couple appliqué sur le pédalier ; appliquer au moteur électrique une commande proportionnelle au produit du couple par un niveau d'assistance variable (γ) ; déterminer un paramètre indicatif d'un écart de la résistance à l'avancement du véhicule par rapport à des conditions nominales, comme une combinaison linéaire d'une mesure du couple du moteur, indicative d'une force instantanée fournie par le moteur, de la mesure du couple appliqué sur le pédalier, indicative d'une force instantanée résultant du pédalage, et d'une force nominale de résistance à l'avancement, fonction de la vitesse et de coefficients de frottement constants déterminables pour des conditions de roulement nominales ; moduler continument le niveau d'assistance (γ) en fonction du paramètre indicatif de l'écart. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Système d'adaptation de la commande d'un moteur de vélo électrique à la résistance à l'avancement. L’invention est relative à l'amélioration de l'agrément de conduite d'un vélo à assistance électrique. Arrière-plan Dans le cas de vélos électriques équipés d’un capteur de couple, une boucle de régulation classique est configurée pour fournir au moteur une commande de couple (ou de courant) proportionnelle à l’effort fourni par le cycliste. Le coefficient de proportionnalité peut souvent être sélectionné par le cycliste entre plusieurs niveaux préprogrammés, souvent désignés par "niveaux d'assistance". Pour un niveau d'assistance donné, l’utilisateur doit cependant adapter son effort aux changements des conditions de roulement (variations de pente, de vent, de nature du terrain). Par exemple, quand il attaque une pente, il doit augmenter son effort de pédalage s'il ne veut pas ralentir. Si l'effort ressenti devient trop important, l'utilisateur peut sélectionner un niveau d'assistance plus élevé ou un rapport de vitesses moins élevé, ou les deux. Pour éviter que l'utilisateur n'ait à modifier souvent le niveau d'assistance dans des conditions difficiles, par exemple dans une montée technique en VTT, les systèmes de commande « Bosch® » proposent un mode dit "eMTB". Dans ce mode, le système de commande sélectionne automatiquement un niveau d'assistance adapté parmi les niveaux préprogrammés en fonction du couple mesuré au niveau du pédalier – lorsque le couple au pédalier augmente significativement, le contrôleur sélectionne automatiquement un niveau d'assistance plus élevé, et inversement. La est un schéma bloc d’un circuit de commande à flux orienté classique, utilisable pour commander un moteur de vélo avec plusieurs niveaux d'assistance. Le moteur est par exemple de type sans balais à courant continu, comprenant un rotor aimanté et un stator à trois bobinages ou phases. Le circuit de commande à flux orienté, aussi appelé circuit à commande vectorielle, reçoit un vecteur de consigne ayant une composante de flux Ids* et une composante de couple Iqs*. A ce vecteur de consigne est soustrait en 12 un vecteur de retour (Ids, Iqs) déterminé à partir des courants Ia, Ib, Ic mesurés dans les trois phases du moteur 10 et de la vitesse de rotation ωr du moteur. Chacune des composantes du vecteur différence est traité par un filtre PID respectif pour produire un vecteur rotorique de composantes de tension Vds, Vqs. Le vecteur rotorique subit une transformée de Park inverse en 14 pour produire un vecteur statorique de composantes de tension Vα et Vβ. La transformée de Park inverse utilise la vitesse de rotation ωr. Le vecteur statorique sert à commander un modulateur de largeur d’impulsions 16. Le modulateur 16 produit trois signaux Va, Vb, Vc servant à commander chacune des trois phases du moteur par un étage de commutation de puissance 18. Une boucle de retour comprend des capteurs 20 qui mesurent les courants Ia, Ib, Ic dans les trois phases, et la vitesse de rotation ωr du moteur. Les courants Ia, Ib, Ic subissent une transformée de Clarke en 22 pour produire un vecteur statorique mesuré de composantes de courant Iα et Iβ. Une transformée de Park 24 reçoit le vecteur statorique mesuré et la vitesse de rotation mesurée ωr pour produire un vecteur rotorique mesuré de composantes de courant Ids et Iqs, les composantes qui sont soustraites à la consigne en 12. Pour agir sur le niveau d'assistance, on multiplie la consigne de couple Iqs* en 26 par un coefficient de modulation γ, qui est classiquement sélectionné parmi des valeurs discrètes, s'échelonnant souvent entre 1 et 3. Résumé On prévoit de façon générale un procédé de commande d'un moteur électrique de véhicule à pédalier, comprenant les étapes suivantes : mesurer un couple appliqué sur le pédalier ; appliquer au moteur électrique une commande proportionnelle au produit du couple par un niveau d'assistance variable ; déterminer un paramètre indicatif d'un écart de la résistance à l'avancement du véhicule par rapport à des conditions nominales, comme une combinaison linéaire d'une mesure du couple du moteur, indicative d'une force instantanée fournie par le moteur, de la mesure du couple appliqué sur le pédalier, indicative d'une force instantanée résultant du pédalage, et d'une force nominale de résistance à l'avancement, fonction de la vitesse et de coefficients de frottement constants déterminables pour des conditions de roulement nominales ; moduler continument le niveau d'assistance en fonction du paramètre indicatif de l'écart. La combinaison linéaire implique de préférence une différenciation de mesures de vitesse instantanée, indicative d'une accélération du véhicule. Le paramètre indicatif de l'écart peut être la somme de la force instantanée fournie par le moteur et de la force instantanée fournie par le pédalage, à laquelle est soustraite la force nominale de résistance à l'avancement et une force d'inertie égale au produit de l'accélération par une masse moyenne du véhicule avec sa charge. Le niveau d'assistance peut augmenter proportionnellement au paramètre indicatif de l'écart entre deux seuils du paramètre indicatif. Le paramètre indicatif de l'écart peut être soumis à un lissage. Description sommaire des dessins Des modes de réalisation seront exposés dans la description suivante, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La , précédemment décrite, représente un schéma-bloc d'un système de commande classique à flux orienté utilisé pour des moteurs électriques de vélo, auquel la présente invention est applicable ; La illustre un mode de réalisation de courbe de variation continue du niveau d'assistance en fonction de la résistance à l'avancement ; et La , la et la sont des courbes illustrant, dans un exemple d'utilisation réel, les évolutions respectives du niveau d'assistance, du courant moteur, et du couple au pédalier exercé par un cycliste attaquant une pente. Procédé de commande d'un moteur électrique de véhicule à pédalier, comprenant les étapes suivantes : mesurer un couple (Iqs*) appliqué sur le pédalier ; et appliquer au moteur électrique une commande (26) proportionnelle au produit du couple par un niveau d'assistance variable (γ) ; caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : déterminer un paramètre (∆Fr) indicatif d'un écart de la résistance à l'avancement du véhicule par rapport à des conditions nominales, comme une combinaison linéaire de : une mesure du couple du moteur (Iqs), indicative d'une force instantanée fournie par le moteur (Fm), la mesure du couple appliqué sur le pédalier, indicative d'une force instantanée résultant du pédalage (Fc), et une force nominale de résistance à l'avancement (Fr ref ), fonction de la vitesse et de coefficients de frottement constants déterminables pour des conditions de roulement nominales ; moduler continument le niveau d'assistance (γ) en fonction du paramètre indicatif de l'écart (∆Fr). Procédé selon la revendication 1, dans lequel la combinaison linéaire implique également une différenciation de mesures de vitesse instantanée, indicative d'une accélération du véhicule (Av). Procédé selon la revendication 2, dans lequel le paramètre indicatif de l'écart (∆Fr) est la somme de la force instantanée fournie par le moteur (Fm) et de la force instantanée fournie par le pédalage (Fc), à laquelle est soustraite la force nominale de résistance à l'avancement (Fr ref ) et une force d'inertie égale au produit de l'accélération (Av) par une masse moyenne (Mt) du véhicule avec sa charge. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le niveau d'assistance (γ) augmente proportionnellement au paramètre indicatif de l'écart (∆Fr) entre deux seuils du paramètre indicatif. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le paramètre indicatif de l'écart (∆Fr) est soumis à un lissage.