Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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Titre : Procédé de contrôle d'un dispositif d'assistance électrique
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine de la mobilité pour les
personnes handicapées, et concerne plus particulièrement un procédé de
contrôle pour un dispositif d'assistance électrique pour un fauteuil roulant.
ETAT DE LA TECHNIQUE
D'une manière générale, on connait deux types de fauteuils roulants. D'une
part, les fauteuils entièrement manuels, qui présentent classiquement deux
1.0 grandes
roues arrière et deux petites roues avant. Les roues avant sont
mobiles en rotation autour d'un axe transversal et les roues arrière sont
bloquées en rotation autour de ce même axe transversal.
Le plus souvent, une poignée annulaire est disposée sur le flanc de chaque
roue arrière. La propulsion et le guidage du fauteuil sont assurés soit par
l'utilisateur en utilisant les poignées annulaires pour faire tourner les
roues
arrière, soit par une tierce personne poussant le fauteuil.
Un deuxième type de fauteuils roulants connus est les fauteuils motorisés.
Ces fauteuils sont souvent beaucoup plus massifs et lourds que les fauteuils
manuels. D'une manière traditionnelle ces fauteuils comprennent quatre
ou six roues, de diamètre réduit par rapport aux roues arrière d'un fauteuil
manuel. En outre, le fauteuil intègre des moteurs électriques, d'imposantes
batteries et un système de guidage. En effet, les fauteuils motorisés connus
ne peuvent être pilotés qu'avec un système de guidage. Le plus souvent, il
s'agit d'un manche de type - joystick . Cette disposition rend le fauteuil
particulièrement utile dans le cas d'un polyhandicap, mais interdit toute
manoeuvre manuelle.
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En outre, le fauteuil ne pouvant se déplacer qu'à la force des moteurs, il
est nécessaire d'avoir des batteries de grande capacité, ce qui alourdi
énormément le fauteuil.
Un troisième type de fauteuils roulants, moins usuels, concerne les
fauteuils manuels transformés en fauteuils électriques.
Ainsi, on connait par exemple des fauteuils manuels dans lesquels un
moteur est intégré dans le moyeu de chaque roue arrière. Le moteur est un
moteur d'assistance électrique. Ce qui signifie, que les moteurs ne
permettent pas à eux seuls de déplacer le fauteuil, mais ils fournissent un
surcroit de force demandant moins d'efforts à l'usager.
Le contrôle du fauteuil est toujours réalisé avec les poignées annulaires.
Cette solution est particulièrement avantageuse car elle permet d'avoir
une assistance lorsque l'utilisateur est en montée par exemple, ou pour
éviter la fatigue sur de longues distances.
Néanmoins, cette solution n'est utilisable que sur un fauteuil roulant
spécifiquement adapté pour. En d'autres termes, cette solution n'est pas
adaptable à n'importe quel fauteuil manuel.
Une autre solution, pour motoriser un fauteuil manuel consiste à ajouter au
fauteuil un dispositif avec une roue motorisée. Le plus souvent, ce dispositif
prend la forme d'une roue avant, avec un guidon. Le dispositif est alors fixé
à l'avant du fauteuil. Le guidon fonctionne comme un guidon de moto avec
une poignée rotative pour commander la vitesse du moteur, et une autre
poignée, pour freiner. Ce dispositif n'est pas un système d'assistance, mais
bien un système de motorisation complète. Ainsi, l'utilisateur n'utilise plus
ses bras pour déplacer et orienter le fauteuil. En cas de panne, de même
que sur un fauteuil motorisé standard, il est impossible pour l'utilisateur de
déplacer le fauteuil.
La demande de brevet FR 1901231 décrit un dispositif d'assistance
électrique pour un fauteuil roulant qui comprend au moins un moteur
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présentant un rotor relié à un pignon denté adapté pour engrener une
denture complémentaire d'un pneumatique d'une roue du fauteuil roulant,
qui ne présente pas les désavantages de l'art antérieur.
EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention a pour objectif de proposer un procédé de contrôle
d'un dispositif d'assistance électrique pour un véhicule à propulsion
humaine.
Selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de contrôle d'un
dispositif d'assistance électrique pour un véhicule à propulsion humaine, le
dispositif d'assistance électrique comprenant au moins un moteur
permettant de compléter la propulsion humaine et comprenant des moyens
d'acquisition inertielle, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend
au moins les étapes suivantes :
(a) acquisition de grandeurs physiques de l'au moins un moteur, dont une
vitesse de rotation et un couple ;
(b) obtention d'une ou plusieurs grandeurs physiques du dispositif, dont au
moins une accélération et une inclinaison ;
(e) estimation d'un effort d'un utilisateur du dispositif, à partir du couple
de l'au moins un moteur, de l'accélération du dispositif et de l'inclinaison
du dispositif ;
(f) détermination d'une phase de mouvement au moins en fonction de
l'effort estimé et pilotage de l'au moins un moteur, au moins en fonction
de la phase de mouvement déterminée, la phase de mouvement étant
déterminée parmi une phase d'accélération, une phase de croisière, ou un
phase de décélération, entre au moins un état de fonctionnement de
l'assistance électrique dans lequel l'assistance électrique complète la
propulsion humaine et au moins un état d'extinction de l'au moins un
moteur dans lequel seule la propulsion humaine peut déplacer le dispositif.
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Ainsi, le procédé selon l'invention permet d'adapter l'assistance électrique
aux efforts d'un utilisateur du véhicule à propulsion humaine.
Le procédé peut comprendre une étape (d) d'estimation d'un niveau de
rugosité d'un sol sur lequel roule le véhicule comprenant le dispositif.
L'estimation de la rugosité de l'étape (d) peut être effectuée en fonction
de vibrations engendrées par un roulage du véhicule sur le sol.
L'estimation de la rugosité de l'étape (d) peut être effectuée en fonction
de la détermination d'une variation d'une composante verticale de
l'accélération provoquée par des vibrations engendrées par le roulage du
véhicule sur le sol.
L'étape (d) peut comprendre l'estimation des frottements en fonction de
l'estimation de la rugosité de l'étape (d).
L'estimation des frottements peut comprendre une correction de
l'estimation des frottements par intégration et/ou par régression linéaire.
L'effort de l'utilisateur à l'étape (e) peut être exprimé comme une somme
de termes dont au moins l'inclinaison du dispositif, le couple de l'au moins
un moteur et l'accélération du dispositif.
La somme exprimant l'effort de l'utilisateur peut comprendre aussi les
frottements estimés.
Si une vitesse du dispositif est supérieure à un premier seuil de vitesse et
si le niveau d'effort est supérieur à une première valeur de seuil d'effort,
alors il peut être déterminé que l'utilisateur est en phase d'accélération et
l'étape (f) peut comprendre la mise sous tension électrique de l'au moins
un moteur pour positionner le dispositif dans l'état de fonctionnement de
l'assistance électrique, ou l'étape (f) peut comprendre l'augmentation de
la tension électrique délivrée à l'au moins un moteur pour positionner le
dispositif dans un état de renforcement de l'assistance électrique.
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Si la vitesse du dispositif est supérieure à un premier seuil de vitesse et si
l'effort estimé est inférieur à une deuxième valeur de seuil d'effort, alors
il peut être détecté que l'utilisateur est en phase de décélération et l'étape
(f) peut comprendre la mise hors tension électrique de l'au moins un
5 moteur,
pour positionner le dispositif dans l'état d'extinction de l'au moins
un moteur.
Si la vitesse du dispositif est supérieure à un premier seuil de vitesse et si
l'effort estimé est compris entre une première valeur de seuil d'effort et
une deuxième valeur de seuil d'effort, alors il peut être déterminé que
l'utilisateur est en phase de croisière, et l'étape (f) peut comprendre la
variation ou le maintien d'une consigne de l'au moins un moteur pour
maintenir le dispositif à une vitesse sensiblement équivalente à une vitesse
acquise à l'étape (b) ou à une vitesse prédéfinie.
Si des efforts différents sont estimés sur chaque roue et que la différence
en valeur absolue de ces efforts est supérieure à un troisième seuil d'effort,
et que chaque effort peut être estimé est supérieur à un deuxième seuil
d'effort, alors il peut être déterminé que l'utilisateur est en phase de
virage.
L'étape (f) peut comprendre la mise hors tension électrique de l'au moins
un moteur, pour positionner le dispositif dans l'état d'extinction de l'au
moins un moteur.
L'étape (f) peut comprendre l'application d'un différentiel de courant sur
deux moteurs respectifs, le différentiel de courant étant proportionnel à
un écart de vitesse de rotation entre les deux moteurs.
Si la valeur absolue de la différence des vitesses de rotation de chaque
moteur est inférieure à une deuxième valeur de seuil de vitesse et que le
niveau d'effort est supérieur au deuxième niveau d'effort, alors il peut être
déterminé que la phase de virage est terminée.
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L'étape (f) peut comprendre la comparaison d'une vitesse du dispositif
déterminée à l'étape (b) avec une troisième valeur seuil de vitesse dite
vitesse de déclenchement.
Si la vitesse du dispositif est supérieure à la vitesse de déclenchement,
alors
l'étape (f) peut comprendre l'augmentation progressive d'une consigne de
l'au moins un moteur jusqu'à ce que la vitesse du dispositif atteigne une
valeur de seuil de vitesse de croisière, puis, l'étape (f) peut comprendre la
stabilisation d'une consigne de l'au moins un moteur pour maintenir la
vitesse du dispositif sensiblement égale à la valeur de seuil de vitesse de
croisière.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un dispositif d'assistance
électrique pour un véhicule à propulsion humaine, configuré pour mettre
en oeuvre un procédé selon l'invention, comprenant au moins un moteur
présentant un rotor relié à un pignon venant frotter sur un pneumatique
d'une roue d'un véhicule et comprenant des moyens d'acquisition
inertielle, le dispositif comprend au moins un contrôleur adapté pour
mesurer la vitesse de rotation dudit au moins un moteur et au moins un
organe de commande adapté pour piloter ledit au moins un moteur.
Le contrôleur peut être adapté pour transmettre audit au moins un moteur
une consigne de pilotage émise par ledit au moins un organe de commande.
Le dispositif d'assistance électrique peut comprendre une centrale
inertielle.
L'organe de commande peut être un ordinateur adapté pour exécuter le
procédé selon l'invention.
Le véhicule à propulsion humaine peut être un fauteuil roulant comprenant
deux roues arrière présentant chacune un pneumatique, et comprenant au
moins un dispositif d'assistance électrique selon l'invention.
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Le fauteuil roulant comprenant un siège et un châssis comprenant une
structure, l'organe de commande et la centrale inertielle peuvent être fixés
sous le siège ou intégré dans la structure du châssis.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un produit programme
d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution d'un
procédé selon l'invention, lorsqu'il est exécuté par un ordinateur.
Selon un autre aspect, l'invention concerne des moyens de stockage lisible
par un équipement informatique sur lequel un produit programme
d'ordinateur comprend des instructions de code pour l'exécution d'un
procédé selon l'invention.
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DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de
la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et
qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une représentation partielle, en perspective, d'un fauteuil
roulant muni d'un dispositif d'assistance électrique selon l'invention, en
position de transport.
La figure 2 est une représentation partielle, en perspective, d'un fauteuil
roulant muni d'un dispositif d'assistance électrique selon l'invention, en
position de transport, selon un autre angle de vue.
La figure 3 est une représentation d'un boitier ouvert contenant des
contrôleurs et un organe de pilotage selon l'invention.
La figure 4 est une représentation d'un boitier fermé contenant des
contrôleurs et un organe de commande selon l'invention.
La figure 5 est une représentation d'un boitier de commande fixé sous
l'assise d'un fauteuil roulant.
La figure 6 est un schéma d'un fauteuil roulant selon l'invention face à une
pente.
La figure 7 est un schéma bloc d'un procédé de contrôle d'un dispositif
d'assistance électrique selon l'invention.
La figure 8 est un schéma bloc de l'étape (f) selon un premier mode de
fonctionnement.
La figure 9 est un schéma bloc de l'étape (f) selon un deuxième mode de
fonctionnement.
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références
identiques.
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DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Selon un aspect, l'invention concerne un procédé de contrôle d'un dispositif
d'assistance électrique pour un véhicule à propulsion humaine. Par
propulsion humaine, il est entendu une propulsion issue d'un effort du corps
humain. Ainsi, le véhicule peut par exemple être, une trottinette, un vélo,
ou un fauteuil roulant tel que cela sera décrit ci-après.
Dispositif d'assistance électrique
Le dispositif d'assistance électrique comprend au moins un moteur
permettant de compléter la propulsion humaine,
Le dispositif d'assistance électrique 1 comprend notamment un moteur 2,
un pignon 4 et un bras 6.
Plus particulièrement, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, le
dispositif d'assistance électrique 1 comprend un moteur 2
préférentiellement électrique. Le moteur 2 présente un rotor 22 et un
stator 21. Selon le mode de réalisation ici présenté, il s'agit d'un moteur 2
de type moteur 2 à rotor 22 extérieur. Il pourrait s'agir de manière
alternative à un moteur 2 plus conventionnel à rotor 22 interne.
Le rotor 22 est relié au pignon 4. Le rotor 22 est monté sur le stator 21 à
l'aide de roulements à billes. Le pignon 4 est entraîné directement par le
rotor 22. Dans une variante, il peut être entraîné par le rotor 22 par
l'intermédiaire d'une roue libre.
Le pignon 4 est destiné à coopérer avec un pneumatique 110 d'une roue
104, 105 du fauteuil roulant 100, i.e. à venir en contact avec une bande de
roulement 110a ou, de façon préférée, un flanc 110b de ce pneumatique
110, de sorte à pouvoir lui transmettre une force permettant de mettre en
rotation le pneumatique 110 et déplacer le fauteuil roulant 100.
Le pignon 4 peut être denté (c'est-à-dire qu'il n'est pas lisse et présente
une denture, en d'autres termes une pluralité d'éléments saillants
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améliorant le contact et le frottement entre le pignon 4 et le pneumatique
110), lisse ou peut présenter une surface rugueuse (par surface rugueuse,
il est entendu une surface présentant une pluralité d'aspérités augmentant
les frottements entre le pignon 4 et le pneumatique 110). Comme on le
5 verra, le
pneumatique 110 peut être astucieusement également denté (de
sorte à pouvoir s'engrener avec la denture du pignon 4) de manière
complémentaire ou lisse ou peut présenter une surface rugueuse
complémentaire. On comprend alors que l'effort est transmis bien plus
efficacement directement par appui des dentures ou par friction. Ainsi,
10
préférentiellement, dans le cas où le véhicule est un fauteuil roulant 100,
au moins l'un des flancs 110b, 110c du pneumatique 110
(préférentiellement un flanc dit - interne 110b car la roue 104, 105 est
souvent munie d'une poignée annulaire 106 du côté de l'autre flanc dit
externe 110c, voir plus loin) présente la denture (non représentée) ou la
surface rugueuse, ce qui permet de garder sur la bande de roulement 110a
une sculpture pour une bonne adhérence au sol du pneumatique 110.
Alternativement, on pourra utiliser des dentures droites, hélicoïdales ou
encore, à chevrons.
Le pignon 4 est de préférence réalisé en métal, par exemple en acier par
superposition de tôles estampées d'épaisseur comprise entre 0,5 et 2 mm
ou par fraisage.
La denture ou la surface rugueuse du flanc 110b, 110c du pneumatique est
de préférence constituée de mélange de caoutchouc d'une dureté Shore A
comprise de préférence entre 55 et 95 et encore plus préférentiellement
entre 75 et 95 pour favoriser la valeur de la force motrice transmissible par
le moteur. La denture ou la surface rugueuse peut - par exemple - être
moulée en même temps que le pneumatique 110 ou alors, elle peut être
rapportée sur un pneumatique 110 moulé précédemment.
Le moteur 2 est relié au fauteuil roulant par le bras 6 mobile.
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Tel que cela sera détaillé, selon le mode de réalisation ici présenté, le bras
6 mobile permet de manoeuvrer le moteur entre trois positions, une position
embrayée dans laquelle la denture du pignon 4 est en contact (i.e.
engrenée) avec la denture du pneumatique 110 (l'assistance électrique est
alors possible), une position débrayée dans laquelle le pignon 4 n'est pas
en contact avec le pneumatique 110 (i.e. non-engrené avec la denture du
pneumatique 110, en d'autres termes - légèrement - éloigné du
pneumatique 110) (le fauteuil 100 revient en mode manuel) et une position
de transport dans laquelle le pignon 4 est éloigné du pneumatique 110 et
rétracté sous le siège 103. En d'autres termes, le bras 6 permet d'approcher
ou d'éloigner le pignon 4 du pneumatique 110.
Il est remarquable qu'en position débrayée, le moteur 2 reste à proximité
de la roue 104 ou 105, et a fortiori en position débrayée le pignon 4 n'est
pas retracté sous le siège 103. En outre, comme on peut le remarquer sur
les figures 3 et 4, une portion proximale 63 du bras 6 fixée au moteur 2 est
orientée selon un axe sensiblement parallèle à un plan de la roue arrière
104 ou 105. Cette disposition permet à un utilisateur de pouvoir aisément
positionner le dispositif d'assistance électrique 1 en position embrayée, s'il
le souhaite. A contrario, en position de transport, le moteur est rétracté
sous le siège 103, à distance de la roue 104 ou 105 (i.e. en position de
transport, le moteur 2 est plus loin de la roue 104 ou 105 qu'en position
débrayée). En outre, comme on peut le remarquer sur les figures 5 et 6, en
position de transport la partie proximale 61 du bras 6 est orientée selon un
axe sensiblement perpendiculaire avec le plan de la roue arrière 104 ou
105.
La présence distincte d'une position débrayée et d'une position de
transport est particulièrement avantageuse. En effet, la position débrayée
est particulièrement pratique lors du roulage, la proximité du moteur 2
avec la roue 104 ou 105 permet d'embrayer rapidement le dispositif
d'assistance électrique 1. En revanche la position débrayée ne permet pas
de replier le fauteuil roulant 100. La position de transport, quant à elle,
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permet de replier le fauteuil roulant 100. Ainsi, ces deux positions (position
débrayée et position de transport) sont complémentaires et ont des effets
différents.
Le bras 6 est fixé a la structure du fauteuil en utilisant par exemple une
pince 61 adaptée pour s'accrocher à la structure du fauteuil roulant 100.
La pince 61 présente deux demi-mâchoires. Les deux demi-mâchoires sont
vissées l'une à l'autre. Cet assemblage permet à la fois de pouvoir fixer, à
volonté, le dispositif 1 sur un fauteuil roulant 100, tout en garantissant une
sécurité maximale. En effet, lorsque les deux demi-mâchoires sont vissées
elles garantissent une tenue fiable du dispositif 1.
Organe de commande
De plus, le dispositif d'assistance électrique 1 comprend un organe de
commande 303 et un ou plusieurs contrôleurs.
Chaque contrôleur 302 est adapté pour mesurer la vitesse de rotation w
d'un moteur 2 correspondant. Ainsi, le dispositif d'assistance électrique 1
comprend autant de contrôleurs 302 que de moteurs 2.
L'organe de commande 303 est adapté pour piloter le ou chaque moteur 2.
En d'autres termes, tel que cela sera détaillé ci-après, l'organe de
commande 303 est adapté pour recevoir des données acquises par les
contrôleurs 302, pour traiter ces données et émettre une consigne de
commande en conséquence.
Typiquement, l'organe de commande 303 peut être un ordinateur.
Tel que cela sera décrit ci-après, chaque contrôleur 302 est adapté pour
transmettre à un moteur 2 correspondant une consigne de pilotage émise
par l'organe de commande 303. En d'autres termes, les contrôleurs 302
permettent à la fois d'effectuer des mesures et de transmettre des
consignes de commande.
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Typiquement, les contrôleurs 302 peuvent être des composants de mesure
et de contrôle de la tension et du courant électrique aux bornes de chaque
moteur 2. Ainsi, en mesurant la tension et le courant, il est possible d'en
déduire une vitesse de rotation w du moteur 2, et en agissant sur les
grandeurs électriques, il est possible de modifier la vitesse de rotation ou
le couple du moteur 2. En d'autres termes, les contrôleurs 302 permettent
de contrôler la vitesse de rotation et le couple développé par le ou les
moteurs. Ils permettent du même coup d'avoir accès aux informations de
couple et de vitesse du ou des moteurs.
Dans la suite du texte, on entendra par vitesse du moteur (ou des moteurs),
la vitesse linéique mesurée au niveau des moteur mais rapporté à la roue
en m/s ; ladite vitesse linéique est égale à la vitesse linéique des roues
quand il n'y a pas de phénomène de glissement dans la transmission au
niveau du pignon, ou au niveau du sol, dans ce cas, ladite vitesse linéique
est la vitesse du fauteuil par rapport au sol.
L'assistance soutient l'utilisateur en agissant sur le couple développé par
le ou les moteurs, il est possible de modifier le couple du moteur 2.
Dans le cadre d'une réalisation particulière du dispositif d'assistance 1, la
consigne de couple du moteur 2 est contrôlée par une méthode de
commande vectorielle ou FOC (field-oriented control). Ces méthodes sont
bien connues par l'homme du métier et ne sont pas détaillées ici.
Selon une disposition particulièrement avantageuse, le dispositif
d'assistance électrique 1 comprend aussi des moyens d'acquisition
inertielle qui comprennent au moins un accéléromètre et
préférentiellement au moins un gyromètre et un magnétomètre. D'une
manière particulièrement préférentielle, les moyens d'acquisition
inertielle peuvent être une centrale inertielle 301. De façon avantageuse,
cette centrale inertielle peut être placée au plus près de l'axe de rotation
des roues arrière du dispositif 1, et à égale distance des deux roues. Cette
disposition minimise la contribution des accélérations provenant de la
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rotation du dispositif (basculement avant/arrière correspondant à une
rotation par rapport à l'axe des roues arrière, ou changement de direction
induisant une rotation selon l'axe verticale). Dans ce mode de réalisation
particulier, l'utilisation d'un gyromètre n'est donc pas indispensable.
Néanmoins, le gyromètre est une disposition avantageuse qui permet de
gagner en précision plus particulièrement sur la détection de l'angle que
fait le fauteuil par rapport à l'horizontale.
Préférentiellement, la centrale inertielle 301 comporte un accéléromètre
utilisant trois degrés de liberté et un gyroscope utilisant trois autres
degrés
de liberté. La centrale inertielle 301 permet de déterminer l'accélération
et l'inclinaison A du dispositif 1.
Tel que représenté sur les figures 3, 4 et 5, l'organe de commande 303 et
les contrôleurs 302 peuvent avantageusement être regroupés dans un
boitier 300. Cette disposition permet avantageusement de regrouper dans
un seul boitier 300 de protection les différents éléments électroniques
pouvant être fragiles. Le boitier 300 pourra présenter une structure
résistante au choc, isolante d'éventuelles décharges d'électricité statique
et étanche aux projections d'eau (ou d'autres liquides). Le boitier 300 peut
par exemple être réalisé en matériau plastique ou composite. Selon une
disposition particulièrement avantageuse, le boitier 300 peut être
miniaturisé pour être intégré dans le châssis du fauteuil.
Fauteuil roulant
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un fauteuil roulant 100
équipé d'un ou plusieurs dispositifs d'assistance électrique 1.
D'une manière classique, le fauteuil roulant 100, est un fauteuil roulant
manuel connu, comprenant un châssis constitué d'une pluralité de tubes
102, un siège 103, deux roues arrière 104, 105 et deux roues avant 107.
D'une manière traditionnelle, les deux roues arrière 104, 105 présentent
un diamètre nettement supérieur au diamètre des deux roues avant 107.
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Les deux roues arrière 104,105 sont munies chacune d'une poignée
annulaire 106. Les poignées annulaires permettent à un utilisateur de
propulser et diriger le fauteuil roulant 100.
D'une manière particulièrement avantageuse, chaque roue arrière 104,105
5 est munie
d'un pneumatique 110. Chaque pneumatique 110 présente une
bande de roulement 110a destinée à entrer en contact avec le sol, deux
flancs 110b et 110c, dont un flanc interne 110b (orienté vers le milieu du
fauteuil 100 et un flanc externe 110c (orienté vers l'extérieur du fauteuil
100 et du côté duquel on trouve la poignée annulaire 106).
10 Le
fauteuil 100 est équipé d'au moins un dispositif d'assistance électrique
1 adapté pour coopérer avec au moins une roue 104, 105, en particulier la
roue arrière 104 droite ou gauche 105 (puisqu'il s'agit des roues de plus
grande taille supportant la majorité du poids de son utilisateur, et donc
capables de transmettre un effort de traction important au sol sans perte
15
d'adhérence entre le pneumatique et le sol). Par abus de langage, on
pourra dire qu'au moins une roue 104, 105 du fauteuil est munie du
dispositif 1.
De façon préférée, le fauteuil 100 est équipé d'au moins deux dispositifs
d'assistance électrique 1, i.e. au moins un pour chaque roue arrière 104 et
105, en particulier l'un avec la roue arrière gauche 105 et l'un la roue
arrière droite 104. Un tel mode de réalisation permet une propulsion
symétrique plus efficace, et permet même le cas échéant de faire tourner
le fauteuil 100 en appliquant des vitesses ou des couples de rotation
différentes à gauche et à droite. En d'autres termes, ce mode de réalisation
permet d'assurer une assistance uniforme en ligne droite tout en
permettant une assistance pendant les virages. On comprend qu'il reste
possible de monter plusieurs dispositifs 1 sur une seule roue, de sorte à
démultiplier la puissance.
Comme expliqué, ledit pneumatique 110 d'une roue 104, 105 munie du
dispositif 1 présente une denture ou une bande rugueuse complémentaire
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du pignon 4 relié au rotor 22 dudit moteur 2 du dispositif d'assistance
électrique 1
Avantageusement, au moins l'un des flancs 110b, 110c, et en particulier le
flanc interne 110b, et préférentiellement chacun des flancs 110b, 110c,
présente une denture hélicoïdale symétrique, complémentaire de la
denture hélicoïdale symétrique du pignon 4, ou présente une bande
rugueuse. L'utilisation d'une denture symétrique, qu'elle soit droite ou
hélicoïdale, permet d'utiliser indistinctement, le même type de
pneumatique 110 pour les roues arrière droite 104 ou arrière gauche 105,
i.e. on peut prévoir une configuration dans laquelle chacune des roues
arrière 104 est munie d'un dispositif 1, tout en ayant le même pneumatique
110 (présentant la denture symétrique sur chacun de ses flancs 110b, 110c).
Dans un autre mode de réalisation, on utilise une denture non symétrique
(par exemple du type tel que décrit dans la demande de brevet
W02014086727 de la demanderesse) permettant d'augmenter encore le
couple transmissible. Cependant, l'utilisation d'une telle denture
asymétrique nécessite d'avoir un pneu spécifique gauche et un pneu
spécifique droite, ou alors des pneus identiques à gauche et à droite, mais
avec une denture sur les deux flancs, augmentant ainsi légèrement le coût
de fabrication.
D'une manière préférentielle, chaque moteur 2 est fixé par un bras 6 à
proximité de chaque roue arrière 104, 105. De sorte que le pignon 4 relié à
chaque moteur 2 puisse être engrené à la denture du pneumatique 110 de
la roue arrière 104, 105 correspondante.
Lors du roulage, les bras 6 permettent de manoeuvrer les pignons 4 entre
une position embrayée dans laquelle les pignons 4 sont engrenés chacun à
une denture du pneumatique 110 correspondant, et une position débrayée
dans laquelle les pignons 4 sont écartés des pneumatiques 110.
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En d'autres termes, en position embrayée, les pignons 4 sont engrenés aux
pneumatiques et les moteurs 2 peuvent appliquer un couple sur les roues
arrière 104, 105. En position débrayée, les pignons sont à distance des
pneumatiques et les moteurs 2 ne peuvent appliquer aucun couple aux
roues arrière 104, 105.
En sus, les bras permettent aussi de manoeuvrer les dispositifs d'assistances
électrique 1 en position de transport. Dans cette position, les pignons 4 sont
éloignés des pneumatiques 110 et sont rétractés sous le siège 103. Cette
disposition est particulièrement utile lorsque le fauteuil roulant est placé
par exemple dans le coffre d'un véhicule. En étant rétractés sous le siège
103, les dispositifs d'assistance électrique 1 sont moins exposés à
d'éventuels accrochages, ou chocs, qui pourraient les endommager. De
plus, cette disposition est particulièrement avantageuse, dans le cas d'un
fauteuil roulant 100 pliable.
En outre, tel que représenté sur la figure 5, le boitier 300 et la centrale
inertielle 301 sont fixés sous le siège 103. Cette disposition permet
avantageusement de protéger l'électronique embarquée des intempéries,
et de ne pas trop modifier l'équilibre du fauteuil 100.
A l'usage, un utilisateur, peut actionner l'assistance électrique en plaçant
les bras 6 en position embrayée. Les moteurs 2 pourront alors être
déclenchés selon le procédé détaillé ci-après, et exercer un couple sur les
roues arrière 104, 105. La force transmise par les moteurs 2 soulagera
l'utilisateur qui aura moins d'effort à fournir pour déplacer le fauteuil
roulant 100 à la force de ses bras. L'utilisateur peut à tout moment placer
les bras 6 en position débrayée ou de transport, déconnectant ainsi
l'assistance électrique. En position débrayée, ou de transport, l'utilisateur
déplace le fauteuil roulant 100 uniquement à la force de ses bras.
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Procédé de contrôle
Comme énoncé précédemment, l'invention propose un procédé de contrôle
d'un, ou plusieurs, dispositif d'assistance électrique 1 pour un véhicule à
propulsion humaine.
Le procédé comprend principalement les étapes suivantes (qui seront
détaillées ci-après):
(a) acquisition de grandeurs physiques des moteurs 2 dont une vitesse de
rotation w et un couple ;
(b) obtention d'une ou plusieurs grandeurs physiques du dispositif 1, dont
au moins une accélération A et une inclinaison ;
(e) estimation d'un effort d'un utilisateur du dispositif 1, à partir du
couple
de l'au moins un moteur 2, de l'accélération A du dispositif 1 et de
l'inclinaison du dispositif 1, pour déterminer si un utilisateur du véhicule
est en phase d'accélération, de croisière, ou de décélération ;
(f) pilotage de l'au moins un moteur 2, en fonction de la phase déterminée
d'accélération ou de décélération et fonction d'un effort estimé à l'étape
(e), entre au moins un état de fonctionnement de l'assistance électrique
dans lequel l'assistance électrique complète la propulsion humaine et au
moins un état d'extinction des moteurs 2 dans lequel seule la propulsion
humaine peut déplacer le dispositif.
Ainsi, tel que cela sera détaillé ci-après, le procédé utilise des grandeurs
physiques des moteurs 2 (vitesse et couple) et des grandeurs physiques du
dispositif 1 pour estimer un effort de l'utilisateur. Ensuite, l'effort estimé
est utilisé pour piloter les moteurs 2. L'estimation d'un effort de
l'utilisateur et son utilisation pour piloter les moteurs 2 est une
disposition
particulièrement ingénieuse de l'invention qui permet de rendre
l'assistance électrique la plus efficace possible pour l'utilisateur. En
effet,
contrairement aux dispositifs connus dans lesquels l'assistance électrique
est uniquement fonction de la vitesse ou de l'accélération), avec le procédé
selon l'invention l'assistance est au plus proche des besoins d'un
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utilisateur. En effet, tel que cela sera détaillé ci-après, dans le cas par
exemple où le véhicule (fauteuil roulant 100) roule en montée sur un sol
particulièrement rugueux. Dans ce cas, le fauteuil roulant 100 aura une
faible vitesse et une faible accélération alors que l'utilisateur doit
développer énormément d'efforts. Dans cet exemple, le procédé selon
l'invention permet de mettre en oeuvre une assistance électrique adaptée
aux efforts de l'utilisateur (qui dans cet exemple sont élevées) et non pas
directement à la vitesse ou l'accélération (qui dans cet exemple sont
faibles). Ainsi, tel que cela sera détaillé, le procédé selon l'invention
permet de piloter les moteurs 2 en priorisant les efforts de l'utilisateur sur
la vitesse et l'accélération.
Il est précisé qu'une phase d'accélération est une phase durant laquelle il
est déterminé que l'utilisateur cherche à augmenter la vitesse du fauteuil
roulant 100. Dans une phase d'accélérations les efforts de l'utilisateur
permettent d'augmenter la vitesse du fauteuil roulant 100.
Inversement, une phase de décélération est une phase dans laquelle
l'utilisateur cherche à diminuer la vitesse du fauteuil roulant 100. Ainsi,
dans une phase de décélération, les efforts de l'utilisateur freinent le
fauteuil roulant pour le ralentir. D'une manière avantageuse, l'invention
permet de distinguer une phase de décélération (qui résulte d'un choix de
l'utilisateur), d'un effort extérieur freinant, comme par exemple l'action
du vent, une pente ou un pneu dégonflé.
Une phase de croisière est une phase dans laquelle l'utilisateur maintient
le fauteuil roulant 100 à une allure sensiblement constante. En phase de
croisière, la vitesse du fauteuil roulant 100 reste sensiblement identique
(en d'autres termes, en phase de croisière l'accélération du fauteuil
roulant 100 est sensiblement nulle).
Acquisition de grandeurs physiques des moteurs - étape (a)
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Des grandeurs physiques sont acquises pour chaque moteur 2
indépendamment. Tel que cela sera décrit ci-après, l'indépendance des
mesures pour chaque moteur 2 permet notamment de détecter et de piloter
une phase de virage.
5 Typiquement ces mesures peuvent être réalisées par des variateurs de
vitesse commandant chacun un moteur 2.
La mesure de la vitesse de rotation du moteur 2 permet de calculer la
vitesse de rotation d'une roue à laquelle il est relié et de calculer le
couple
développé par le moteur 2. En effet, tel que précisé précédemment,
10 chaque moteur 2 est relié à un pignon qui entraine le flanc d'un
pneumatique 110 monté sur une roue (i.e. le pignon vient frotter sur le
flanc du pneumatique 110). En connaissant les diamètres du pignon et du
pneumatique on peut aisément calculer la vitesse de rotation de la roue.
De même en mesurant le courant absorbé par le moteur 2 on peut aisément
15 calculer le couple développé par le moteur 2.
Obtention d'une ou plusieurs grandeurs physiques du dispositif - étape (b)
Comme indiqué précédemment, le procédé comprend obtention d'une ou
plusieurs grandeurs physiques du dispositif 1, dont au moins une
accélération et une inclinaison.
20 Typiquement ces grandeurs physiques peuvent être obtenues par la
centrale inertielle ou un accéléromètre couplé ou non à un gyroscope. De
plus on peut aussi affiner la mesure avec un magnétomètre.
Calcul de l'inclinaison du dispositif
Selon une disposition avantageuse, l'étape (b) peut comprendre un calcul
de l'inclinaison du dispositif.
Il est précisé que par inclinaison A il est entendu orientation du dispositif
1
dans un repère terrestre (X', Y', Z'). En d'autres termes, l'inclinaison A
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correspond à l'orientation du repère propre (X, Y, Z) du dispositif 1 par
rapport au repère terrestre (X', Y', Z').
Avantageusement, l'inclinaison A du dispositif peut être déterminée comme
suit : les accélérations communiquées au fauteuil par l'utilisateur ou par
l'assistance, et correspondant aux accélérations obtenues par le biais des
contrôleurs 302 ou des moteurs 2, sont soustraites aux mesures
d'accélération provenant de la centrale inertielle. La donnée des
composantes de la pesanteur dans le référentiel (X, Y, Z) du fauteuil 100,
est utilisée pour déterminer l'angle a de la route sur laquelle le fauteuil
roule et son inclinaison par rapport à la verticale, à l'aide d'une matrice de
direction du cosinus (DCM).
Dans la pratique, les informations provenant de la centrale inertielle 301
s'écartent des mesures idéales à cause des bruits et des erreurs qui
affectent les mesures (biais, bruits, dérives au cours du temps des mesures
angulaires). Pour limiter ces erreurs, des méthodes de filtrage bien connues
en traitement du signal peuvent être mises en oeuvre. A cet effet, des
techniques de filtrage peuvent être utilisées, telles que des moyennes
glissantes ou la moyenne des N derniers échantillons.
Selon une autre disposition, il est possible de déterminer l'inclinaison A en
utilisant l'équation [Maths. 1].
Bien entendu il est aussi possible de déterminer l'inclinaison du dispositif
par le biais de la centrale inertielle, ou toute autre méthode.
Détection d'une anomalie - étape (c)
D'une manière particulièrement avantageuse, le procédé selon l'invention
peut comprendre une étape de détection d'une anomalie. Par anomalie, il
est entendu par exemple un dérapage d'une roue, un renversement du
fauteuil roulant 100 ou encore, un dérapage du pignon 4 sur une roue.
La détection d'une anomalie peut être réalisée en calculant une valeur de
corrélation entre l'accélération du dispositif et la vitesse de l'au moins un
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moteur 2. Ensuite, la valeur de corrélation est comparée avec une valeur
de seuil d'anomalie.
Ainsi, typiquement, en cas de renversement du fauteuil roulant le dispositif
aura une vitesse nulle alors que les moteurs auront une vitesse rotation
élevée car les roues seront soulagées des contraintes de poids de
l'utilisateur et de frottement du sol.
Si la valeur de corrélation est supérieure au seuil d'anomalie alors une
anomalie et détectée et l'étape (f) comprend la mise hors tension
électrique du, ou de chaque, moteur 2, pour positionner le dispositif 1 dans
l'état d'extinction des moteurs 2.
En d'autres termes, la détection d'anomalie peut consister à détecter une
augmentation de l'accélération dépassant un seuil prédéterminé
correspondant à l'inertie développée par le fauteuil roulant et l'usager.
Cette augmentation de l'accélération peut correspondre à un glissement du
pignon sur le pneu. Il est alors nécessaire de mettre les moteurs 2 hors
tension.
Selon un mode de réalisation, la valeur de corrélation peut être calculée à
partir de la différence entre une valeur de l'accélération du dispositif et de
la vitesse de l'au moins un moteur.
En sus, la détection d'anomalie peut aussi être réalisée en comparant une
variation de l'inclinaison par rapport à un axe horizontal. Si l'inclinaison A
dépasse un seuil défini, alors une anomalie est détectée et l'étape (f)
comprend la mise hors tension électrique du, ou de chaque, moteur 2, pour
positionner le dispositif 1 dans l'état d'extinction des moteurs 2.
De plus, un autre type d'anomalie peut être une vitesse du dispositif 1 ou
du moteur 2 dépassant un seuil de sécurité préalablement fixé.
Dans tous les cas, la détection d'une anomalie provoque l'arrêt immédiat
des moteurs électrique et donc de l'assistance.
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La détection d'anomalie précoce est particulièrement avantageuse car elle
permet d'éviter un accident ou un sur-accident. Par précoce, il est entendu
que la détection d'anomalie est effectuée au plus tôt dans le procédé selon
l'invention, dès que les grandeurs nécessaires sont acquise/obtenues.
Estimation d'un niveau de rugosité - étape (d)
D'une manière particulièrement avantageuse et ingénieuse, le procédé
selon l'invention comprend une étape (d) d'estimation d'un niveau de
rugosité du sol sur lequel roule le véhicule (i.e. typiquement le fauteuil
100). Tel que cela sera décrit ci-après, cette étape peut être préalable à
l'estimation d'un effort de l'utilisateur.
Astucieusement, l'estimation de la rugosité du sol peut être effectuée en
fonction des vibrations engendrées par le roulage du fauteuil 100 sur le sol.
En effet, les aspérités du sol engendrent des secousses verticales des roues.
Ces secousses correspondent à une variation d'une composante verticale de
l'accélération d'une roue.
Selon le mode de réalisation ici proposée, on peut déterminer la
composante verticale de l'accélération selon [Maths. 2] en effectuant un
échantillonnage de mesures déterminé sur un pas de temps déterminé. Par
exemple, on peut effectuer 50 échantillonnages avec un pas de lOrns.
A partir de [Maths. 2]. En calculant une moyenne glissante [Maths. 3] des
carrés avec une pondération de cette moyenne, il est possible d'ajuster la
sensibilité de l'estimation. En d'autres termes, en utilisant une pondération
élevée (par exemple 100) l'estimation est moins sensible aux aspérités du
sol. A contrario, en utilisant une pondération plus faible, l'estimation
devient plus sensible aux aspérités du sol.
Estimation d'un niveau de frottement
Selon une disposition particulièrement astucieuse de l'invention, un niveau
de frottement F peut être déterminé à partir de la rugosité estimée.
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Le niveau de frottement F est déterminé comme une fonction de la rugosité
estimée.
Cette estimation peut ensuite être affinée par une correction de
l'estimation du niveau de frottement.
Correction de l'estimation du niveau de frottement
Il peut être nécessaire de corriger le niveau de frottement F déterminé.
Pour cela, le procédé comprend la détermination d'une erreur due au
frottement efõt. Typiquement, le niveau de frottement F peut être corrigé
par intégration et/ou par régression linéaire.
Selon un premier mode de réalisation, cette méthode consiste à intégrer
des efforts subits par le fauteuil roulant 100 pendant un temps déterminé
(en écartant certains cas aberrants décrits ci-après) afin de mesurer la
force de frottement du sol sans être perturbé par les efforts de
l'utilisateur.
Le temps déterminé pour l'intégration est choisi de manière à ne pas être
affecté par les efforts de l'utilisateur sur les roues, tout en permettant une
adaptation rapide aux efforts extérieurs (rugosité du sol, vent, etc.).
Selon cette méthode, l'erreur due aux frottements efõt peut être
déterminée selon [Maths. 4].
Selon un autre mode de réalisation l'erreur due aux frottements efõt peut
aussi être calculée en effectuant une intégration avec une moyenne
glissante qui peut être pondérée, selon [Maths. 5].
Une deuxième méthode consiste à sauvegarder les N précédentes mesures
et d'obtenir un modèle du frottement par régression linéaire en recalculant
la force subie par le fauteuil [Maths. 6] qui permet de déduire l'erreur due
au frottement, un coefficient de frottement proportionnel à la vitesse au
carré et un coefficient de frottement proportionnel à la vitesse par
régression linéaire selon [Maths. 7]. Cette méthode permet de prendre en
compte les frottements en fonction des variations de vitesse. Alors que la
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première méthode demande un temps de réadaptation lors d'un
changement de vitesse.
D'une manière préférentielle cette détermination est effectuée sur une
durée prédéterminée permettant une estimation optimale du coefficient
5 de frottement en fonction de la vitesse. Préférentiellement la durée peut
être d'environ dix minutes.
Ces deux méthodes permettent de compenser le changement de frottement
lié à la vitesse.
Estimation d'un effort d'un utilisateur - étape (e)
10 Le procédé selon l'invention comprend une étape d'estimation d'un effort
Fut d'un utilisateur. L'estimation d'un effort Fut d'un utilisateur est une
disposition particulièrement astucieuse de l'invention. Typiquement,
l'effort Fut de l'utilisateur est estimé à partir du niveau de frottement
estimé, de l'inclinaison du dispositif 1, du couple du moteur 2 et de
15 l'accélération du dispositif 1. Selon un autre mode de réalisation,
l'effort
Fut peut-être directement estimé à partir de l'inclinaison du dispositif 1, du
couple du moteur 2 et de l'accélération du dispositif 1, sans tenir compte
du niveau de frottement. Selon cette disposition le niveau de frottement
n'est pas estimé et est remplacé par l'application d'un coefficient prédéfini
20 dans l'estimation de l'effort.
Il est précisé que l'estimation de l'effort peut être effectuée pour chaque
roue du véhicule (le fauteuil roulant 100 selon notre exemple). L'estimation
spécifique pour chaque roue permet de déterminer si un utilisateur
s'apprête à initier un virage.
25 En effet, dans le cas d'un virage initié par l'utilisateur, le système
va
détecter une différence d'effort appliqué par l'utilisateur sur chaque roue.
La différence de ces efforts permet de détecter que l'utilisateur enclenche
une phase de virage et d'adapter l'assistance en conséquence. La fin du
virage sera détectée lorsque les deux roues tournent à la même vitesse. Le
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système adaptera alors son comportement en fonction de l'état de
fonctionnement désiré par l'utilisateur (freinage, accélération, croisière).
Il est à noter que lorsque le système capte un effort de freinage suffisant
sur les deux roues le système passe en état décélération freinage même s'il
était dans un état de virage.
L'effort Fut de l'utilisateur est exprimé comme une somme de termes dont
au moins l'inclinaison du dispositif 1, le couple de l'au moins un moteur 2
et l'accélération du dispositif 1.
D'une manière préférentielle, la somme exprimant l'effort de l'utilisateur
1.0 comprend aussi le niveau de frottement estimé.
Selon le mode de réalisation ici présenté, l'estimation d'un effort Fut de
l'utilisateur est effectuée en utilisant la relation [Maths 8].
Tel que cela sera décrit ci-après, la valeur de l'effort (force) obtenu permet
d'adapter l'assistance électrique du fauteuil.
Détection d'une phase de mouvement et pilotage des moteurs - étape (f)
L'effort Fut estimé à l'étape (e) permet de détecter une phase de
mouvements parmi plusieurs phases référencées : phase d'accélération,
phase de décélération, phase de croisière ou phase de virage.
En d'autres termes les différentes déterminations, obtentions et
estimations des étapes précédentes permettent notamment de déterminer
si l'utilisateur souhaite être en phase d'arrêt, d'accélération, de croisière,
de virage, ou de décélération.
Ensuite, les moteurs (2) sont pilotés notamment en fonction de la phase de
mouvement détectée.
Plus précisément, l'utilisation de l'estimation d'un effort Fut de
l'utilisateur
est particulièrement astucieuse car elle permet - à ce stade - de déterminer
une volonté de l'utilisateur, c'est dire déterminer si l'utilisateur est en
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train d'accélérer, de maintenir une vitesse sensiblement constante (phase
de croisière), ou de décélérer.
Ainsi, l'utilisation d'un effort Fut de l'utilisateur permet de définir
précisément le comportement du fauteuil roulant et de l'utilisateur.
Le fait de se baser sur les efforts utilisateur permet de minimiser les
comportements non désirés par l'utilisateur, tels que par exemple une
décélération du fauteuil sur une surface rugueuse, ou un fauteuil difficile à
faire avancer dans du sable ou une pente.
Ainsi, en connaissant à la fois les grandeurs physiques du fauteuil (vitesse,
1.0
accélération, inclinaison, courant ou couple moteur) et l'estimation de
l'effort Fut de l'utilisateur, il est possible d'avoir une appréhension
correcte
de la situation et de piloter les moteurs pour assister au mieux
l'utilisateur.
Il est précisé que le pilotage des moteurs est effectué entre au moins un
état de fonctionnement de l'assistance électrique dans lequel l'assistance
électrique complète la propulsion humaine en maintenant une vitesse
sensiblement constante et au moins un état d'extinction des moteurs 2 dans
lequel seule la propulsion humaine peut déplacer le fauteuil 100.
D'une manière particulièrement avantageuse, le pilotage des moteurs 2
peut être effectué selon deux modes distincts.
Selon un premier mode M1 qui ne s'enclenche que si la vitesse V du fauteuil
100 est supérieure à un premier seuil de vitesse Vstup. Inversement s'il est
détecté que la vitesse V du fauteuil 100 est inférieure au premier seuil de
vitesse Vstup, les moteurs 2 sont mis hors tension (premier condition Cl sur
la figure 8).
Si la vitesse du fauteuil 100 est supérieure au premier seuil de vitesse Vstup
et le niveau d'effort Fut est supérieur à une première valeur de seuil
d'effort
Fi (condition C2 sur la figure 8), alors il est déterminé que l'utilisateur
est
en phase d'accélération et l'étape (f) comprend une commande de l'au
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moins un moteur 2 pour positionner le dispositif 1 dans l'état de
fonctionnement de l'assistance électrique.
Il est précisé que dans ce cas, alternativement, l'étape (f) peut comprendre
le changement de la consigne délivrée aux contrôleurs des moteurs 2 pour
positionner le dispositif 1 dans un état de renforcement de l'assistance
électrique.
Si la vitesse du fauteuil 100 est supérieure au premier seuil de vitesse Vstup
et si l'effort Fut estimé est inférieur à une deuxième valeur de seuil
d'effort
F2 (condition C3), alors il est détecté que l'utilisateur est en phase de
décélération et l'étape (f) comprend la mise hors tension électrique de l'au
moins un moteur 2, pour positionner le dispositif 1 dans l'état d'extinction
de l'au moins un moteur 2.
Si la vitesse du fauteuil 100 est supérieure au premier seuil de vitesse et si
l'effort Fut estimé est compris entre la première valeur de seuil d'effort F1
et la deuxième valeur de seuil d'effort F2 (condition C4), alors il est
déterminé que l'utilisateur est en phase de croisière. Dans ce cas, l'étape
(f) comprend la variation ou le maintien d'une consigne de l'au moins un
moteur 2 pour maintenir le dispositif 1 à une vitesse sensiblement
équivalente à une vitesse acquise à l'étape (b), ou une vitesse décroissante
selon le niveau d'assistance désiré par l'utilisateur.
En d'autres termes, en phase de croisière, le dispositif 1 maintient une
vitesse sensiblement constante ou décroissante selon le souhait de
l'utilisateur.
Selon ce premier mode de pilotage, lorsque des efforts Fut différents sont
estimés sur chaque roue et que la différence en valeur absolue de ces
efforts est supérieure à un troisième seuil d'effort Fvirage, et que le niveau
d'effort estimé est supérieur au deuxième seuil d'effort F2 (condition C5),
alors il est déterminé que l'utilisateur est en phase de virage. Dans ce cas,
l'étape (f) comprend l'application d'une aide pour les virages selon le
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niveau d'aide souhaité par l'utilisateur. Cela peut être effectué en
appliquant un différentiel de courant sur deux moteurs 2 respectifs, le
différentiel de courant étant proportionnel à un écart de vitesse entre les
deux moteurs 2. Selon une autre disposition, en phase de virage, les
moteurs 2 peuvent être mis hors tension.
Typiquement, le différentiel de courant peut être proportionnel à l'écart
de vitesse entre les moteurs. Ainsi, la consigne du moteur dont la vitesse
de rotation est la plus faible est réduite, alors qu'à l'inverse la consigne
augmente sur le moteur opposé de façon à accompagner le mouvement de
rotation. Cette correction n'est appliquée que lorsque la trajectoire du
fauteuil est considérée comme courbe (de façon à ne pas amplifier les
oscillations de trajectoire lorsque fauteuil avance en ligne droite).
Lorsque la valeur absolue de la différence des vitesses de rotation de
chaque moteur 2 est inférieure à une deuxième valeur de seuil de vitesse
Vseuilfinvirage et que le niveau d'effort Fut est supérieur au deuxième niveau
d'effort F2 (condition C6), alors il est déterminé que l'utilisateur a terminé
son virage.
Ainsi, en d'autres termes, selon le premier mode M1 schématisé sur la
figure 8, mode dans lequel l'assistance s'enclenche et se maintient que si
le fauteuil est au-dessus d'un premier seuil de vitesse Vstop. Si
l'utilisateur
exerce une force suffisante le fauteuil 100 va ou non aider l'utilisateur à
accélérer en fonction de la configuration d'assistance choisie. Lorsque
l'utilisateur arrête d'exercer un effort pour faire avancer le dispositif.
L'assistance enregistre la vitesse et adapte le couple des moteurs afin de
maintenir une vitesse constante en ligne droite. Si l'utilisateur exerce une
différence de force suffisante entre les deux roues, le fauteuil va adapter
ou couper l'assistance pour faciliter le virage. Si l'utilisateur freine le
dispositif, la force exercée passe en dessous d'une certaine valeur négative,
l'assistance s'adapte où se coupe en fonction du mode de réalisation choisi.
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Si l'utilisateur relâche son effort le système retient la vitesse et la
maintient.
Selon une disposition particulièrement avantageuse, le couple moteur peut
5 être augmenté proportionnellement en fonction de l'effort estimé selon
une configuration choisie par l'utilisateur.
Selon un second mode de pilotage M2 schématisé sur la figure 9, l'étape (f)
comprend la comparaison d'une vitesse du dispositif V déterminée à l'étape
(b) avec une troisième valeur seuil de vitesse Vstop2 dite vitesse de
10 déclenchement (condition C7).
Si la vitesse du dispositif est supérieure à la vitesse de déclenchement
Vstop2 (condition C8), alors l'étape (f) comprend l'augmentation
progressive d'une consigne de l'au moins un moteur (2) jusqu'à ce que la
vitesse du dispositif atteigne une valeur de seuil de vitesse de croisière.
15 Puis, l'étape (f) comprend la stabilisation d'une consigne de l'au moins
un
moteur (2) pour maintenir la vitesse du dispositif V sensiblement égale à la
deuxième valeur de seuil de vitesse V2.
Selon ce mode de pilotage l'étape (f) comprend la comparaison de l'effort
estimé Fut à l'étape (e) avec une troisième valeur de seuil d'effort F3. Si
20 l'effort estimé est inférieur à la troisième valeur de seuil d'effort
alors
l'étape (f) comprend la mise hors tension électrique du, ou de chaque,
moteur (2) pour positionner le dispositif (1) dans l'état d'extinction de l'au
moins un moteur (2) (condition C7). Ainsi, en cas de relâchement des efforts
utilisateur, si la vitesse est au-dessus de la vitesse seuil d'arrêt le
système
25 va retendre vers sa vitesse de croisière.
En d'autres termes, selon le deuxième mode de pilotage, au-dessus du
deuxième seuil de vitesse, le fauteuil accélère pour atteindre une vitesse
prédéfinie par l'utilisateur, lorsque les efforts de l'utilisateur sont
inférieurs à un troisième seuil d'efforts, l'assistance se coupe.
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WO 2022/258920
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Répétition du procédé
Il est précisé que le procédé est exécuté en continu, tel que cela est
schématisé sur la figure 7. Préférentiellement le procédé est exécuté
toutes les 10 nnillisecondes.
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[Maths. 1].
A = arctan(¨dVroue ¨ ax / az)
Avec :
dVroue l'accélération rapportée linéairement du fauteuil de la moyenne
des vitesses des roues,
ax est l'accélération horizontale mesurée,
az est l'accélération verticale
1.0
[Maths. 2].
vn 2
,
aZrms = L'n
¨N uzn
N
Avec :
azrms la valeur efficace de l'accélération normale au sol
azn L'accélération dans la direction normale au sol mesurée par
l'accéléromètre à l'instant n.
N le nombre d'échantillons
[Maths. 3].
azrmsn_i * N + az ,
azrms, = ____________
N + 1
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Avec :
azrms Estimation de la valeur efficace de l'accélération normale au sol
azn L'accélération normale au sol mesurée par l'accéléromètre à
l'instant n
N la pondération
[Maths. 4].
1 t
efrot = ¨ * [m(dVmot + g
St ft-St
* (sin(a) + e * Kr
* cos(a) ) ) + Ca * Vmot + Cx * Vmot2 ¨ K * Iõot] dt
Avec :
efrot Erreur en Newton due aux frottements du fauteuil avec
l'environnement estimée indépendamment de la vitesse
St Temps d'intégration choisi suffisamment long pour avoir une bonne
estimation des frottements. Mais suffisamment court pour avoir un
comportement dynamique (dans notre cas plusieurs centaines de ms)
M Masse utilisateur et fauteuil
K Constante de conversion (NIA) caractéristique du moteur utilisé,
rapporté au sol.
'mot Courant (A) consommé par les moteurs
E = ¨1 ou 1 Fonction du sens du fauteuil
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Cx Coefficient de frottement proportionnel à la vitesse au carré
(N.52/m2)
Ca Coefficient de frottement proportionnel à la vitesse (N.s/nn)
Vmot Vitesse des moteurs rapportée par rapport au sol en considérant que
le galet ne dérape pas sur la roue (m/s).
dVmot Accélération des moteurs rapportée par rapport au sol (m/s2)
g Gravitation (9,81 nn/s2)
Kr Coefficient de frottement statique estimé en N
[Maths. 5].
efrottementn
efrottementn_i * (N ¨ 1) + m(dVmot + g * (sin(a) + e * Kr * cos(a))) + Ca
*Vmot + Cx*Vmot2 ¨ K * 'mot
Avec :
efrottementn estimation des frottements (N) avec l'environnement à
l'instant n.
N= pondération de la moyenne glissante
[Maths. 6]
Ffsubie = K * Lot ¨ m[dVmot + g * (sin(a) + e * Kr cos(a))
Avec :
Fsubie Effort (N) subi par le fauteuil
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[Maths. 7]
efrottement + Ca * VMOt + CX * V0Mt = Ffsubie
5 [Maths. 8]
Fut = m (dVmot + g* (sin(a) + e * Kr
* cos(a))) ¨ E
-frottement ¨ Ca * VMOt ¨ CX * VM0t2 ¨ K* 'moteur
Avec :
10 Fut Effort utilisateur estimé
