Brevet FR3141142A1 — publié le 20240426

L’invention concerne un procédé de pilotage d’un moteur électrique (10) d’un véhicule à pédales (1) procurant une assistance au pédalage à plusieurs niveaux, caractérisé en ce que le niveau d’assistance est sélectionné automatiquement en fonction d’un effort exercé sur les pédales (12), de sorte qu’une augmentation de l’effort augmente automatiquement le niveau d’assistance, et inversement, et en ce que le niveau d’assistance est configuré également en fonction de la fréquence de pédalage du cycliste, de sorte que la fréquence soit comprise entre 50 tr/min et 70 tr/min, de préférence entre 55 tr/min et 65 tr/min et encore plus préférentiellement égale à 60 tr/min. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Procédé de pilotage d’un moteur électrique d’un véhicule à pédales L’invention se rapporte domaine technique des véhicules à pédales à assistance électrique, tel qu’un vélo, et en particulier au procédé de pilotage du moteur de ces véhicules. Art antérieur Il est connu de l’art antérieur différents procédés de pilotage de l’assistance de véhicules électriques à pédales, tels qu’un vélo. De manière classique, l’assistance présente plusieurs niveaux correspondants à l’aide fournie par le moteur. Le niveau d’assistance est adapté en fonction des besoins de l’utilisateur, en fonction des conditions de circulation, ou de son chargement. Par exemple lorsqu’il affronte une côte, le niveau d’assistance nécessaire est plus important. La sélection du niveau d’assistance est classiquement effectuée en fonction de la fréquence de pédalage du cycliste. Néanmoins ce type de méthodes présente des inconvénients, tels que des risques de patinage si l’assistance est trop brusque, et est inadapté aux conditions de roulage (route mouillée par exemple). Il est également connu le document WO2011/154657, au nom du Demandeur, qui décrit une méthode de sélection du niveau d’assistance. D’autres modes de sélection du niveau d’assistance sont connus et dépendent du parcours prévu. Ce type de méthode permet de trouver un équilibre entre le niveau d’assistance fournie et l’autonomie de la batterie, mais impose de saisir au préalable l’itinéraire qui doit être parcouru, avec des données détaillées de localisation et de dénivelé. D’une manière générale certaines méthodes d’assistance délivrent un couple moteur trop important au démarrage, de sorte que l’utilisateur se sent embarqué, propulsé au-delà de son attente. Ces accélérations brutales sont susceptibles de causer des accidents. De plus ces accélérations brutales correspondent à des pics de la puissance délivrée par le moteur, ce qui consomme de manière prématurée la batterie, et dégrade les composants électroniques, tels que la batterie en elle-même, et les autres composants de l’électronique de puissance. L’un des buts de l’invention est de pallier les inconvénients de l’intérieur, en proposant un procédé de pilotage de l’assistance d’un véhicule électrique qui évite les dégradations prématurées de l’électronique de puissance. Un autre but de l’invention est de sécuriser l’utilisation du véhicule. Un autre but de l’invention est de proposer à véhicule à pédales qui garantissent un confort d’utilisation maximal. À cet effet, il a été mis au point un procédé de pilotage d’un moteur électrique d’un véhicule à pédales procurant une assistance au pédalage à plusieurs niveaux. Selon l’invention, le niveau d’assistance est sélectionné automatiquement en fonction d’un effort exercé sur les pédales, de sorte qu’une augmentation de l’effort augmente automatiquement le niveau d’assistance, et inversement, et le niveau d’assistance est configuré également en fonction de la fréquence de pédalage du cycliste, de sorte que la fréquence soit comprise entre 50 tr/min et 70 tr/min, de préférence entre 55 tr/min et 65 tr/min et encore plus préférentiellement égale à 60 tr/min. De cette manière les à-coups au démarrage sont évités, car le niveau de l’assistance, qui dépend de l’effort sur la pédale, démarre systématiquement à son plus faible niveau lorsque le véhicule était à l’arrêt. De plus, l’adaptation du niveau d’assistance de manière à conserver une fréquence de pédalage comprise dans les plages indiquées est synonyme d’un maintien du rythme cardiaque de l’utilisateur, sans accélération. En effet, il a été constaté que ce n’est qu’à partir de fréquences de pédalage plus élevées que le rythme cardiaque de l’utilisateur s’accélère, entraînant par exemple sa sudation. Le procédé selon l’invention permet donc de garantir à la fois : - la sécurité de l’utilisateur, de par la suppression des à-coups au démarrage ; et - son confort, le maintien d’une fréquence de pédalage raisonnable évitant au maximum la sensation d’un effort physique. Dans un mode de réalisation particulier, le passage d’un niveau d’assistance à un autre passe par tous les niveaux intermédiaires, et de préférence la durée de maintien à chaque niveau intermédiaire est comprise entre 0,3 et 2 secondes, de préférence entre 0,5 et 1 secondes , par exemple 0,5 secondes. De cette manière, l’évolution du niveau d’assistance est progressive, sans discontinuité, ce qui permet d’éviter les à-coups ou les sur-couples. Même en cas de démarrage difficile, par exemple en côte, l’utilisateur n’est pas surpris par un couple immédiatement trop élevé, ou qui augmente trop rapidement, ou par sauts. Afin de faciliter le redémarrage du moteur après freinage, l’actionnement de freins du vélo est détecté par un contrôleur, qui réduit significativement la puissance d’alimentation du moteur, mais le moteur reste alimenté avec une puissance plus faible que celle fournie lors de l’assistance au pédalage. Avantageusement, l’actionnement d’une commande manuelle augmente la puissance fournie par le moteur. Cela permet à l’utilisateur de bénéficier d’un élan supplémentaire, à la demande, lors d’un besoin ponctuel. L’invention concerne également un véhicule à pédales, tel qu’un vélo à assistance électrique, comprenant une batterie, un moteur, et un contrôleur pilotant le moteur et mettant en œuvre le procédé selon les caractéristiques précitées. De manière qu’une vitesse du véhicule de 25 km/h corresponde à une fréquence de pédalage comprise entre 50 tr/min et 70 tr/m, le développement du véhicule est compris entre 6 et 8, de préférence entre 6,5 et 7,5, et encore plus préférentiellement entre 6,9, et 7,1. Afin de simplifier la conception du véhicule, et notamment la transmission cinématique, le moteur est disposé sur un moyeu de la roue arrière du véhicule. est une illustration d’un véhicule selon l’invention. est un graphe illustrant différents profils de niveaux d’assistance. Description détaillée de l’invention L’invention se rapporte essentiellement à un nouveau procédé de sélection des niveaux d’assistance pour véhicule (1) à pédales (12) et à assistance électrique. Le véhicule (1) peut être du type d’une bicyclette, un vélocimane, un triporteur, encore une rosalie. Dans la suite de la description détaillée, il sera fait référence à un vélo (1), sans toutefois limiter le périmètre de l’invention. En référence à la , le vélo (1) comprend une roue avant reliée à une roue arrière par un cadre, des pédales (12) montées sur le cadre et reliées à la roue arrière par une transmission, un moteur (10), une batterie (15), un contrôleur (16), une commande manuelle (14), ainsi que des freins (13). L’axe du pédalier est muni d’un capteur d’efforts (11) ou de couple. En alternative, le capteur d’efforts pourrait être disposé sur les manivelles des pédales (12), ou sur les pédales (12) elle-même. Le moteur (10), la batterie (15), le capteur d’efforts (11), la commande (14), et les freins (13) sont reliés au contrôleur (16) par tous moyens appropriés, de préférence par des câblages (17) schématisés sur la . Le procédé selon invention consiste à ce que le niveau d’assistance du vélo (1) électrique ne soit pas principalement basé sur la fréquence de pédalage du cycliste comparée à la vitesse du vélo (1), mais soit basée sur l’effort de pédalage du cycliste. C’est-à-dire que plus le cycliste appuie fort sur les pédales (12), plus le niveau de l’assistance est élevé. À l’inverse plus l’effort sur les pédales (12) est faible et plus le niveau d’assistance sera faible. Cela permet de garantir que l’assistance procurée par le moteur (10) est maximale lorsque le besoin du cycliste est maximal et qu’il force sur les pédales (12), alors qu’à l’inverse, lorsque le cycliste souhaite ralentir, ou s’arrête, alors le niveau d’assistance redescend. Dans le cas d’un arrêt du cycliste, l’effort sur la pédale (12) étant nul, alors niveau d’assistance est au plus bas. Ce procédé permet de garantir qu’au démarrage du vélo (1), le niveau d’assistance est systématiquement le premier niveau, de sorte qu’il n’y a pas d’à-coups ou de sur-couple au démarrage. En outre, le contrôleur (16) est programmé pour que la sélection du niveau d’assistance prenne en compte la fréquence de pédalage du cycliste, de manière à garantir que celle-ci reste dans une plage comprise entre 50 et 70 tr/m. Cette plage de fréquence de pédalage permet que la fréquence cardiaque de l’utilisateur n’augmente pas. De préférence, la fréquence de pédalage est comprise entre 55 tr/min et 65 tr/m, et encore plus préférentiellement vaut 60 tr/m. La combinaison de la corrélation du niveau d’assistance à l’effort de pédalage, ainsi que le maintien de la fréquence de pédalage dans les plages précitées permettent d’obtenir un vélo (1) électrique dont l’assistance est progressive, souple, sans à-coups, et confortable pour utilisateur. La commande (14), de préférence disposée sur le guidon du vélo (1), et prenant la forme d’une gâchette ou d’un bouton-poussoir, permet à l’utilisateur d’obtenir sur demande un élan supplémentaire. En effet, lors d’un appui sur la commande (14), alors le contrôleur (16) pilote le moteur (10) pour qu’il délivre une puissance supérieure à celle normalement prévue par le niveau d’assistance sélectionné. Cet élan supplémentaire permet à l’utilisateur de franchir un obstacle tel qu’un court raidissement d’une montée, ou encore d’obtenir une augmentation temporaire de sa vitesse lorsqu’il souhaite s’insérer dans le trafic urbain. Les freins (13) sont munis de capteurs, de sorte que leur utilisation indique au contrôleur (16) de couper l’alimentation du moteur (10). Néanmoins, il ne s’agit pas d’une coupure totale, dans la mesure où le moteur (10) reste alimenté à une faible puissance. Cette puissance est insuffisante pour faire avancer le vélo (1), néanmoins elle permet de relancer plus facilement le moteur (10) à la suite du freinage. L’intensité de l’appel de courant au redémarrage est réduite, ce qui préserve le bon fonctionnement de l’électronique de puissance (batterie (15), moteur (10)). En référence à la , différentes courbes de niveau d’assistance sont proposées. Il y a toujours autant de niveaux d’assistance (par exemple cinq), mais le passage d’un niveau à un autre n’est pas calibré pour les mêmes valeurs d’effort sur les pédales (12). Un profil économique (ECO) nécessite un appui plus important pour enclencher le passage à un niveau d’assistance supérieure, alors qu’un profil dynamique (BOOST) atteint les niveaux d’assistance plus élevés pour un effort d’appui plus faible. Un profil intermédiaire (CONFORT) permet d’obtenir un compromis entre la consommation de la batterie (15) et le niveau d’assistance obtenue. Partant du premier niveau d’assistance, lorsque l’utilisateur exerce un effort important sur une pédale (12) et correspondant par exemple au niveau d’assistance numéro cinq du profil dynamique, le niveau d’assistance ne passe pas directement du niveau un au niveau cinq : le niveau d’assistance va transiter par chacun des niveaux intermédiaires, de manière que l’augmentation du niveau assistance soit progressif. Ici encore, on évite la sensation d’à-coup pour l’utilisateur. Toujours dans ce but, chaque niveau assistance intermédiaire est maintenu durant une durée prédéterminée, par exemple de 0,5 seconde. L’augmentation du niveau d’assistance est donc progressive. Cette transition progressive contribue elle aussi à éviter les pics de tension au sein de l’électronique de puissance. La conception et la cinématique du vélo (1) font intervenir une multitude de paramètres, tels que le nombre de dents du ou des plateau(x), le nombre de dents du ou des pignon(s), le diamètre de la roue arrière du vélo (1). Le vélo (1) est néanmoins configuré pour que son développement, c’est-à-dire la distance parcourue au moyen d’un tour de pédales (12), soit compris entre6 et 8, de préférence entre 6,5 et 7,5, et encore plus préférentiellement entre 6,9 et 7,1. De cette manière, lorsque le vélo (1) circule à une vitesse de 25 km/h, alors la fréquence de rotation des pédales (12) est comprise entre 50 tr/min et 70 tr/m, et a plus préférentiellement une valeur proche de 60 tr/m. Ce mode de réalisation permet de garantir de manière simple que la fréquence cardiaque de l’utilisateur reste aux alentours de 60 battements par minute et évite ainsi son inconfort. Ce mode de réalisation est simple à mettre en œuvre et réduit la complexité du programme d’ordinateur exécuté par le contrôleur (16). Le vélo (1) et le procédé selon l’invention évitent les variations brusques du pilotage du moteur (10), et évitent donc les pics de puissance au sein de l’électronique de puissance. Les appels de courant sont réduits. Ces caractéristiques permettent d’augmenter la durée de vie de la batterie (15), ce qui représente une économie à long terme. De plus, la réduction des pics de puissance augmente également l’autonomie de la batterie (15). En effet, le fonctionnement complètement automatique de la sélection du niveau d’assistance évite une utilisation du moteur (10) en dehors de ses plages de fonctionnement les plus rentables. La sélection automatique empêche une mauvaise sélection de la part d’un utilisateur néophyte. En effet, un moteur (10) électrique utilisé à trop bas régime ne lui permet pas de fournir un couple suffisant. Il s’ensuit une utilisation inefficace de la batterie (15). A vélo (1) équivalent, le procédé selon l’invention permet d’obtenir gain d’autonomie de 10 % à 30 %. Cette utilisation optimisée de la batterie (15) peut être mise à profit pour réduire la capacité de la batterie (15), à autonomie constante. Au-delà de l’économie réalisée, la diminution de la capacité de la batterie (15) est directement synonyme d’une réduction de la masse de la batterie (15), ce qui est un avantage indéniable en cas d’utilisation intermodale du vélo (1). Le procédé de pilotage optimisé permet de prévoir un vélo (1) dépourvu de dérailleur. Il s’agit encore d’une économie de masse, d’une réduction et d’une simplification de l’entretien et de la conception du vélo (1). Toujours dans le but de simplification de la conception et de l’entretien, le moteur (10) est de type moteur de roue arrière, ce qui évite les sursollicitations de la transmission : on évite donc les risques de casse qui peuvent survenir avec un moteur central (disposé au niveau du pédalier). En conclusion, le procédé et le vélo (1) selon l’invention permettent d’obtenir une assistance discrète, imperceptible pour l’utilisateur. La réduction voire la suppression des appels de courants lors des redémarrages du moteur (10) permet d’obtenir une relance de l’assistance fluide, sans à-coups, et donc sécurisante. La puissance délivrée est optimale, en évitant de délivrer une surpuissance, ce qui économise la batterie (15). Par ailleurs, le procédé et le vélo (1) peuvent être conformés différemment des exemples donnés sans sortir du cadre de l’invention, qui est défini par les revendications. En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d’entre elles, combinées entre elles. Ainsi, le procédé et le vélo (1) peuvent être adaptés en termes de coût, de fonctionnalités et de performance. Procédé de pilotage d’un moteur électrique (10) d’un véhicule à pédales (1) procurant une assistance au pédalage à plusieurs niveaux, caractérisé en ce que le niveau d’assistance est sélectionné automatiquement en fonction d’un effort exercé sur les pédales (12), de sorte qu’une augmentation de l’effort augmente automatiquement le niveau d’assistance, et inversement, et en ce que le niveau d’assistance est configuré également en fonction de la fréquence de pédalage du cycliste, de sorte que la fréquence soit comprise entre 50 tr/min et 70 tr/min, de préférence entre 55 tr/min et 65 tr/min et encore plus préférentiellement égale à 60 tr/min. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage d’un niveau d’assistance à un autre passe par tous les niveaux intermédiaires, de préférence la durée de maintien à chaque niveau intermédiaire est comprise entre 0,5 et 1 secondes, par exemple 0,5 secondes. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l’actionnement de freins (13) du vélo (1), le moteur (10) est alimenté avec une puissance plus faible que celle fournie lors de l’assistance au pédalage, de manière à faciliter le redémarrage du moteur (10) après le freinage. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu ’ un actionnement d’une commande manuelle (14) augmente la puissance fournie par le moteur (10). Véhicule à pédales (1) à assistance électrique comprenant une batterie (15), un moteur (10), et un contrôleur (16) pilotant le moteur (10) et mettant en œuvre le procédé selon l’une des revendications précédentes. Véhicule (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que son développement est compris entre 6 et 8, de préférence entre 6,5 et 7,5, encore plus préférentiellement entre 6,9 et 7,1. Véhicule (1) selon l’une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le moteur (10) est disposé sur un moyeu de la roue arrière du véhicule (1).