Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02319848 2000-09-21
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SYST~ME DE PROPULSION Ä
ASSISTANCE PROPORTIONNELLE
La présente invention concerne un système de
propulsion à assitance proportionnelle comprenant une
jauge de contrainte pour la détection et mesure de
flexion du moyeu de la roue arrière d'une bicyclette
afin d~assister un cycliste durant certaines périodes
d'opération d'une bicyclette.
Référence est faite à la demande de brevet
PCT/CA99/00290 qui se rapporte à un moteur dc relié à
la roue arrière d'une bicyclette afin de propulser
celle-ci quand ledit moteur est en opération. Ledit
système de propulsion à assistance proportionnelle de
la présente invention a été conçu pour utilisation avec
ce dit moteur ou des moteurs similaires.
Exigences et contraintes
L'effort fourni par le cycliste est mesuré par une
jauge de contrainte siutée sur le moyeu de la roue
arrière, lequel subit une très faible mais mesurable
flexion exercée par la chaîne, laquelle est mise sous
tension par le pédalier.
Afin de s'immuniser contre toute perturbation
pouvant provenir des mouvements du cycliste sur le vélo
(stress verticaux sur le moyeu), la jauge est placée
sur une face verticale située à l'avant ou à l'arrière
du moyeu.
La plage typique de durée de rotation du pédalier
est dans la gamme de 0.5 à 2 secondes, et à deux
poussées de pédales par tour pédalier, on obtient un
signal de jauge assez périodique, de forme rappelant un
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sinusoide, et dont la fréquence se situe entre 1 et
4Hz.
Pour minimiser les coûts de matériel et
d'installation, on utilise un montage demi-pont.
S Le temps de réponse du circuit et du traitement
numérique doit être tel que le moteur doit assister
progressivement le cycliste lorsque ce dernier commence
à pédaler. De même, la propulsion motrice doit
disparaître assez rapidement lorsque le cycliste cesse
de pédaler.
La propulsion motrice doit être instantanément
annulée lorsque la manette de frein est actionnée.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture
de la description ci-après de modes de réalisation
préférés de l'invention, faite en référence aux dessins
ci-joints, dans lesquels:
la Figure 1 est un diagramme bloc du système de la
présente invention, et
la Figure 2 est un jeu de courbes comparatives.
Description du schéma fonctionnel
Le demi-pont de mesure est alimenté par une source
régulée à 5V. Le signal de jauge est d'environ 2mVac
superposé à un niveau dc de 2.5V.
La variation du signal de jauge est très faible,
on doit amplifier considérablement ce signal (par un
facteur supérieur à 1000). Mais pour éviter
d'amplifier toute composante DC qui pourrait saturer
l'amplificateur, ainsi que pour éviter d'avoir à
effectuer une mise à zéro du pont de mesure, d'autant
plus qu'une telle mise à zéro pourrait s'avérer inutile
en cas de dérive thermique ou autres, on utilise un
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couplage AC entre la jauge et l'amplificateur par
l'entremise d'un filtre passe-bande ler ordre ayant la
bande passante spécifiée en lc).
Le gain de l'amplificateur est ajusté de façon à
utiliser toute la plage de mesure du convertisseur
analogique/numérique. Ainsi le signal obtenu à la
sortie de l'amplificateur est d'environ 3Vpp (centré
autour du niveau dc de 2.5V) avec une masse équivalente
à 70kg sur les pédales, et ce avec un rapport
d'engrenage "moyen". Bien sûr, la tension crête-crête
sera différente pour un rapport différent, mais ceci
est parfaitement acceptable étant donné que le niveau
exact d'assistance n'est pas critique (une précision de
~20% est satisfaisante pour cette application).
15. ~ Le signal de l'amplificateur est échantillonné
tous les 4msec afin de pouvoir effectuer une moyenne
numérique fiable pour ce qui suit.
Afin de compenser toute dérive de l'amplificateur,
on applique un filtre numérique de constante de temps
de 10 secondes pour obtenir le niveau dc (autour de
2.5V) du signal de sortie de l'amplificateur.
Pour obtenir un temps de réponse suffisamment rapide du
système à l'effort fourni par le cycliste, on calcule
en temps réel la valeur moyenne du signal de jauge
redressé, donnée par la relation: Vout=<~°m - <vm>~>.
La Figure 1 illustre le résultat de ces opérations.
Cette technique s'avëre simple et plus rapide que la
recherche des extrémas sur le signal mesuré, ou autres
méthodes numériques similaires.
Limitations
Pour un effort donné sur les pédales, la flexion
du moyeu arrière varie selon le rapport d'engrenage
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sélectionné. Ainsi on peut exiger d'un tel systême
d'aide proportionnelle une grande précision sur le
niveau d'aide en toutes circonstances.
Si le niveau d'aide demandé est élevé, un faible
effort sur les pédales produit un torque moteur
important, il devient alors important, pour obtenir un
bon fonctionnement, que le balancement et l'alignement
de la roue arrière soit raisonnablement bien fait. Par
exemple, une excentricité importante de la roue
pourrait induire des flexions non-négligeables du moyeu
que le circuit de jauge interpréterait comme un effort
fourni par le cycliste. Ce phénomène est surtout
susceptible d'apparaître aux vitesses élevées (>20km/h)
où la fréquence de ces flexions tomberait dans la bande
passante du filtre analogue. .
On prévoit également selon l'invention un système
de propulsion pour bicyclette à assistance
proportionnelle. Le système comprend une jauge de
contrainte pour la détection et mesure de flexion du
moyeu de la roue arrière d'une bicyclette. La jauge
est placée sur une face verticale du moyeu. Le système
comprend aussi des moyens d'amplification d'un signal
de mesure provenant de la jauge. Le systëme comprend
également. Un filtre à l'entrée de l'amplificateur et
un circuit de traitement numérique pour échantillonner
le signal à la sortie de l'amplificateur et pour
compenser pour toute dérive du signal afin de calculer
en temps réel l'effort fourni par un cycliste sur
l'engrenage du moyeu et de contrôler l'effort
d'assistance d'un moteur d.c. sur le moyeu de la roue
arrière de la bicyclette pour donner une assistance
progressive au cycliste.
