CA2319848A1 - Systeme de propulsion a assistance proportionnelle - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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Abstract
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 système 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.
Description
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
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
-2-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
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
-3-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
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
-4-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.
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.
Claims
1. Un système de propulsion pour bicyclette à
assistance proportionnelle, ledit système comprenant une jauge de contrainte pour la détection et mesure de flexion d'un moyeu de la roue arrière d'une bicyclette, ladite jauge étant placée sur une face verticale dudit moyeu, des moyens d'amplification d'un signal de mesure provenant de ladite jauge, un filtre à l'entrée dudit amplificateur, un convertisseur A/D à la sortie dudit amplificateur, un circuit de traitement numérique pour échantillonné le signal à la sortie dudit amplificateur de compenser pour toute dérive dudit signal afin de calculer en temps réel l'effort fourni par un cycliste sur l'engrenage dudit moyeu et de contrôler l'effort d'assistance d'un moteur d.c. sur le moyeu de ladite roue arrière de la bicyclette pour donner une assistance progressive audit cycliste.
assistance proportionnelle, ledit système comprenant une jauge de contrainte pour la détection et mesure de flexion d'un moyeu de la roue arrière d'une bicyclette, ladite jauge étant placée sur une face verticale dudit moyeu, des moyens d'amplification d'un signal de mesure provenant de ladite jauge, un filtre à l'entrée dudit amplificateur, un convertisseur A/D à la sortie dudit amplificateur, un circuit de traitement numérique pour échantillonné le signal à la sortie dudit amplificateur de compenser pour toute dérive dudit signal afin de calculer en temps réel l'effort fourni par un cycliste sur l'engrenage dudit moyeu et de contrôler l'effort d'assistance d'un moteur d.c. sur le moyeu de ladite roue arrière de la bicyclette pour donner une assistance progressive audit cycliste.
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| PCT/CA2001/001339 WO2002024520A1 (fr) | 2000-09-21 | 2001-09-21 | Procede et dispositif de propulsion a assistance proportionnelle |
| CA2426109A CA2426109C (fr) | 2000-09-21 | 2001-09-21 | Procede et dispositif de propulsion a assistance proportionnelle |
| US10/393,392 US6866111B2 (en) | 2000-09-21 | 2003-03-21 | Method and apparatus for proportionally assisted propulsion |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| CA002319848A Abandoned CA2319848A1 (fr) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | Systeme de propulsion a assistance proportionnelle |
Country Status (4)
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