FR3148407A1 - Dispositif de commande d’au moins un moteur électrique d’un véhicule - Google Patents

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Abstract

L’invention se rapporte à un dispositif de commande d’un moteur électrique (7) d’un véhicule (1) comportant : - un pédalier (14) ;- des moyens d’estimation (23) de variables d’état (Xi) permettant chacune d’estimer la valeur d’une force d’un ensemble de forces (Fload) s’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule (1) ; dans lequel les moyens de commande (25) comprennent une mémoire dans laquelle est stockée un ensemble de régimes stationnaires (SSmap) du pédalier 14 définissant la puissance instantanée (Pssp user) pour maintenir constante la vitesse (v) du véhicule (1) en fonction des valeurs des variables d’état (Xi) ;les moyens de commande (25) étant configurés pour accélérer ou décélérer le véhicule (1) si la puissance appliquée par l’utilisateur (Puser) est respectivement supérieure ou inférieure à la puissance instantanée pour maintenir constante la vitesse du véhicule (Pssp user). Figure pour l’abrégé : Fig 3.

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE D’AU MOINS UN MOTEUR ÉLECTRIQUE D’UN VÉHICULE
La présente invention se rapporte à un véhicule comportant un pédalier utilisé pour piloter la mise en mouvement du véhicule au moins en partie au moyen d’un moteur électrique. Ainsi, l’invention peut être appliquée pour les véhicules à assistance électrique et des véhicules à propulsion exclusivement électrique.
De préférence, l’invention concerne un véhicule hybride série comportant un pédalier, c’est-à-dire un véhicule à pédales sans transmission mécanique entre le pédalier et la ou les roues motrices, assurant la traction ou la propulsion au moyen d’un moteur électrique. Ces véhicules sont appelés “hybride série” dans certaines classifications pour montrer que les véhicules comportent deux moteurs électriques montés en “série” : un moteur fonctionnant principalement en générateur au niveau du pédalier et un moteur associé à la roue motrice. Le terme “hybride” révèle que l’énergie utilisée pour déplacer les véhicules provient à la fois de l’énergie mécanique appliquée sur le pédalier et de l’énergie électrique contenue dans une batterie.
Ainsi, l’invention concerne le domaine technique du transport terrestre et peut être mise en œuvre pour des véhicules de loisir, de sport ou utilitaires, par exemple pour des véhicules de livraison.
 Art Antérieur
Les véhicules à pédales connaissent aujourd’hui un essor important avec le développement des solutions d’assistance électrique.
Les véhicules à assistance électrique sont généralement composés d’un pédalier, d’une roue motrice assurant la traction ou la propulsion du véhicule, d’une transmission mécanique reliant le pédalier à la roue motrice, d’un moteur électrique et d’une batterie alimentant le moteur électrique.
Ainsi, au sens de l’invention, un véhicule à assistance électrique intègre toujours une transmission mécanique reliant le pédalier à la roue motrice, par exemple une chaîne ou une courroie. L’assistance électrique peut être utilisée pour limiter les efforts nécessaires afin d'entraîner en rotation la roue motrice ou le pédalier.
Avec une assistance électrique, il est possible d’obtenir des cycles ou des vélomobiles de poids et volume faible pouvant peser moins de 50 kg, typiquement entre 30 et 50 kg. Pour ces véhicules, la puissance de l’assistance électrique s’élève à quelques centaines de Watts, typiquement 200 à 300 W. Leur vitesse est relativement faible, inférieure ou proche de 25 km/h. Ces véhicules sont prévus pour emprunter les pistes et voies réservées aux cycles.
Il existe également des véhicules hybride série, souvent réalisés sous la forme de vélomobiles. Ces véhicules n’intègrent pas de transmission mécanique reliant le pédalier à la roue motrice et au moins un moteur électrique assure la traction. Le pédalier est utilisé en générateur pour recharger une batterie d’alimentation du moteur électrique. En outre, le pédalier est également utilisé pour contrôler la vitesse du véhicule.
Ces véhicules hybride série présentent des poids et volumes importants et pèsent généralement plusieurs centaines de kilogrammes. La propulsion de ces véhicules se fait de façon donc exclusivement en énergie électrique, leur pédalier n’étant alors présent que pour le contrôle de l’accélération et éventuellement pour la recharge d’une batterie alimentant le moteur électrique du vélomobile.
La propulsion électrique se fait au moyen d’un ou plusieurs moteurs avec une puissance totale de plusieurs kilowatts. Leur vitesse est relativement élevée, la plupart des modèles étant conçus pour circuler à 80-120km/h. Ces vélomobiles circulent sur les voies automobiles, comme une automobile classique.
Le document EP3154815 décrit par exemple un tel véhicule.
La légèreté de ces vélomobiles leur permet, à poids d’emport de batteries égal, d’avoir une plus grande autonomie par rapport à une voiture électrique.
Le contrôle de la vitesse peut être effectué par le conducteur au moyen du pédalier. La consigne appliquée au moteur de propulsion est par exemple fonction de la cadence de rotation du pédalier, et elle est déterminée afin que le moteur accélère la rotation de la roue par le couple moteur qu’il génère.
La puissance appliquée par le moteur aux roues peut atteindre plusieurs milliers de watts, et jusqu’à 10 ou 12 kilowatts notamment, pour permettre une circulation sur la chaussée normalement réservée aux voitures.
L’utilisateur du pédalier ne peut atteindre une puissance que de quelques centaines de watts, et un utilisateur moyen aura du mal à maintenir une puissance supérieure à 250 watts sur la durée.
Une simple proportionnalité entre les deux puissances, du moteur et du pédalier, ne permet pas une conduite confortable et précise. Aux faibles puissances, le contrôle de la vitesse n’est pas précis, et aux fortes vitesses la puissance importante développée ne peut être maintenue par l’utilisateur. En outre, les variations naturelles de la puissance développée par l’utilisateur sur le pédalier entraînent des variations de puissance importantes au niveau du moteur et donc une vitesse non uniforme qui nuit au confort et à la qualité perçue du véhicule.
On connaît du document EP3978345 un dispositif et procédé de contrôle à proportionnalité variable, le coefficient de proportionnalité variant avec la sélection d’un rapport de vitesse parmi une sélection, émulant ainsi un cycle avec différents plateaux et pignons par exemple.
L’utilisateur doit cependant manuellement sélectionner le rapport, et le changement est discret et s’accompagne d’une discontinuité de puissance.
Cette même problématique peut être posée pour un véhicule à assistance électrique qui utilise un rapport d’assistance électrique très important, typiquement supérieur à 50%.
Il existe donc un besoin pour un procédé de contrôle de propulsion de véhicule électrique, à assistance électrique ou hybride série, au moyen d’un pédalier permettant :
de contrôler précisément la puissance du moteur,
de réduire les variations de puissance au niveau du moteur, et
de maintenir une vitesse importante sur une durée importante sans effort excessif de l’utilisateur.
Afin de répondre à ce besoin, l’invention propose un dispositif de commande d’au moins un moteur électrique d’un véhicule électrique à propulsion ou traction électrique piloté par un pédalier.
Plus précisément, l’invention propose de mettre en œuvre un contrôle en puissance d’accélération avec une comparaison entre la puissance appliquée par l’utilisateur et une puissance attendue, obtenue à partir d’un ensemble de régimes stationnaires du pédalier définissant la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur sur le pédalier nécessaire pour maintenir la vitesse du véhicule.
A cet effet, le véhicule comporte :
- au moins un pédalier associé à des moyens d’estimation de la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur sur le pédalier ;
- des moyens d’estimation de variables d’état, typiquement mais pas forcément ni exclusivement la vitesse et la pente, permettant chacune d’estimer la valeur d’une force d’un ensemble de forces s’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule, et
- des moyens de commande de la puissance appliquée à l’au moins un moteur électrique.
Le véhicule selon l’invention se caractérise en ce que lesdits moyens de commandes comprennent une mémoire électronique dans laquelle est stockée un ensemble de régimes stationnaires du pédalier définissant la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur sur le pédalier nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule en fonction des valeurs des variables d’état.
Les moyens de commandes sont alors configurés pour :
estimer les variables d’état et en déduire la puissance instantanée à appliquer par l’utilisateur sur le pédalier pour maintenir la vitesse du véhicule,
accélérer le véhicule si la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur sur le pédalier est supérieure à la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule au niveau du pédalier ; et
décélérer le véhicule si la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur sur le pédalier est inférieure à la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule au niveau du pédalier.
Le moteur commandé au moyen du module de commande tel que décrit peut alors être piloté en accélération au moyen du pédalier sur une grande plage de vitesses du véhicule, et donc de puissances du moteur, sans pour autant dépasser les capacités de pédalage de l’utilisateur. L’invention propose donc d’améliorer la commande du moteur électrique par un pédalier d’un véhicule à assistance électrique ou hybride série.
Le dispositif de commande peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
L’ensemble des régimes stationnaires peut être tel que pour les ensembles de variables d’état pour lesquels la puissance à appliquer par l’utilisateur sur le pédalier pour maintenir la vitesse du véhicule est nulle, la puissance nécessaire au moteur pour maintenir la vitesse du véhicule est nulle aussi.
Cette égalité permet de modéliser le comportement naturel d’un cycle se trouvant en roue libre sans retour haptique direct entre le moteur électrique et le pédalier.
L’accélération ou la décélération du véhicule peut se faire simplement en imposant une consigne de puissance d’accélération respectivement positive ou négative.
Le dispositif peut comporter en outre des moyens d’estimation d’une puissance de charge et lorsque la puissance de charge mesurée est positive et que la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur est supérieure à la puissance instantanée nécessaire pour maintenir la vitesse du véhicule, la consigne de puissance d’accélération est le produit d’un coefficient d’accélération et de la différence entre la puissance appliquée par l’utilisateur et la puissance à appliquer par l’utilisateur sur le pédalier pour maintenir constante la vitesse du véhicule.
Ce fonctionnement permet un pilotage en puissance sans passage de rapports et avec un effort continu et ressenti comme naturel.
Lorsque la puissance mesurée de l’ensemble de forces s’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule est positive,
que la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule est positive, et que
la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur au pédalier est strictement inférieure à la puissance instantanée nécessaire pour maintenir la vitessevdu véhicule,
la consigne en puissance d’accélération est égale au produit de la puissance mesurée de l’ensemble de forces s’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule multiplié par la différence entre la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur et la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule, divisé par la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule.
Lors de la décélération par diminution de la puissance de pédalage, l’utilisateur ressent alors les forces qui s’opposent à l’avancée du véhicule, au niveau du pédalier.
Lorsque la puissance de charge mesurée et/ou la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule est négative, la consigne de puissance d’accélération est égale à la différence entre d’une part le produit du coefficient d’accélération et de la puissance développée par l’utilisateur et de la puissance de charge mesurée.
L’utilisateur ressent alors l’effet moteur des forces. Les trois formules appliquées dans les conditions données dans les paragraphes précédents, lorsqu’utilisées en combinaison, forment un pilotage à efforts continus lors de la progression avec variation des variables d’état, et donnent un ressenti naturel et agréable au niveau du pédalier pour l’utilisateur.
Le coefficient d’accélération peut notamment être égal au quotient entre d’une part la différence entre une puissance maximale du moteur du véhicule et la puissance instantanée du moteur nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule, et d’autre part la différence entre une puissance maximale développée par l’utilisateur et la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule.
La gamme accessible de puissances du moteur est alors indexée sur la gamme de puissances développables par l’utilisateur.
Les variables d’état peuvent comporter en outre au moins un paramètre parmi la pente et la vitesse du véhicule.
Avec ces deux seules variables d’état un comportement satisfaisant est obtenu, permettant une conduite agréable avec des sensations de pédalage réalistes.
Les variables d’état peuvent, en outre, comporter au moins un paramètre parmi : le poids total du véhicule, le type de route sur lequel évolue le véhicule, la vitesse du vent relatif par rapport au véhicule etc.
Le comportement du véhicule peut alors être modélisé et rendu avec plus de précision.
L’invention concerne aussi le véhicule de type vélomobile, comportant un dispositif de commande tel que décrit et au moins un moteur électrique commandé par ledit dispositif de commande.
 Brève description des figures
L’invention sera bien comprise à la lecture de la description qui suit, dont les détails sont donnés uniquement à titre d’exemple, et développée en relation avec les figures annexées, dans lesquelles des références identiques se rapportent à des éléments identiques :
est une vue de côté d’un véhicule selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;
est une vue en coupe du véhicule de la ,
est une représentation en organigramme des composants principaux du dispositif de commande du véhicule des figures précédentes,
est un graphe de lignes isométriques de puissances à fournir au moteur pour maintenir un régime stationnaire en fonction de la pente et de la vitesse du véhicule,
est un graphe de lignes isométriques de puissances à fournir par l’utilisateur pour maintenir un régime stationnaire en fonction de la pente et de la vitesse du véhicule construit à partir du graphe de la .
Les modes de réalisation des figures sont donnés à titre illustratif et non limitatif, d’autres modes de réalisation sont aisément déductibles de ceux qui sont représentés par combinaison et variations.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention, ainsi que des modes de réalisation différents sont dans la description détaillée ci-après.
 Description détaillée de l’invention
La est une vue de côté d’un véhicule 1 de type vélomobile selon l’invention.
Le véhicule 1 comprend un habitacle 10, comportant une carrosserie fermant l’habitacle 10. L’habitacle 10 présente une forme générale semblable à celle d’une voiture monoplace, avec des portières latérales 11 et des fenêtres 12 comprenant un pare-brise à l’avant du véhicule 1.
Les fenêtres 12 et le pare-brise sont découpés dans des panneaux les portant, et éventuellement fermés avec des vitres. Le conducteur bénéficie, par ces fenêtres 12 et par le pare-brise, d’un champ de vision dépendant notamment du contour extérieur des fenêtres 12 et du pare-brise, ainsi que de la position relative de sa tête par rapport aux fenêtres ou au pare-brise.
Le véhicule 1 comporte des roues 31, 33, au nombre de trois, avec préférentiellement une roue arrière 31 motrice et deux roues 33 avant directrices (seule une des deux roues avant 33 est visible). D’autres modes de réalisation peuvent utiliser deux ou quatre roues. En outre, une ou deux roues avant peuvent être motrices en supplément ou en alternative à la motricité d’une ou plusieurs roues arrière.
La est une vue en coupe du véhicule de la . En apparaît notamment l’intérieur de l’habitacle 10.
La roue arrière 31 est reliée à un dispositif d’entraînement 5 tel qu’une courroie, une chaîne ou un engrenage. Le dispositif d’entraînement 5 est relié à son tour à un moteur électrique 7 qui met en mouvement la roue arrière 31, à partir d’énergie électrique stockée dans des batteries 9, ici situées dans un plancher de l’habitacle 10.
Le moteur électrique 7, et donc la mise en mouvement des roues 31, 33, est commandé au moyen d’un pédalier 14. Une unité de contrôle (non représentée) pilote le moteur électrique 7, par exemple en augmentant son régime et donc la vitesse des roues 31, 33 et du véhicule 1 de façon croissante avec la puissance de pédalage au niveau du pédalier 14.
Selon une variante, en l’absence de moteur électrique 7 ou en complément de celui-ci, une partie de l’énergie mécanique appliquée au pédalier 14 est directement transmise aux roues 31, 33. Le moteur électrique 7 peut alors être une simple assistance électrique, exerçant un couple d’assistance à celui que le conducteur exerce directement au moyen du pédalier 14.
Le pédalier 14 peut en complément ou en alternative comporter un générateur ou un fonctionnement en mode générateur, dans lequel le couple appliqué par le conducteur est transmis à la batterie 9 pour être restitué plus tard sous forme d’accélération des roues 31, 33.
Un fonctionnement en mode générateur est rencontré dans les pédaliers 14 ou moteurs à induction. Dans ce mode de fonctionnement, le pédalier 14 est connecté à la batterie 9, et fournit un couple résistif. En surmontant ce couple résistif, le conducteur induit un courant électrique chargeant la batterie 9.
Le pédalier 14 est situé à l’avant de l’habitacle 10, devant un siège, et au-dessus d’une assise du siège. Le pédalier 14 se situe à une distance comprise entre 60 et 100 cm du siège, correspondant à la longueur attendue des jambes du conducteur.
Le siège repose sur un rail ou sur un moyen de guidage en translation équivalent. Le rail repose à son tour sur une base de siège qui est solidaire du plancher de l’habitacle 10 du véhicule 1.
L’assise du siège est sensiblement plane, et orientée vers l’axe du pédalier 14. En orientant ainsi le plan de l’assise, celle-ci ne gêne pas pendant le pédalage, en ce qu’elle ne forme pas de butée. En outre, l’angle de pédalage, c’est-à-dire l’inclinaison de l’axe allant de l’articulation de la hanche à l’axe de rotation du pédalier 14, reste constant quelle que soit la position longitudinale du siège.
Un guidon est positionné entre l’assise, avec une forme en U, dont le fond est situé sous la position attendue des jambes du conducteur et comportant des poignées latérales situées au-dessus des jambes du conducteur ou à la hauteur de celles-ci. Le guidon permet de braquer les roues 31, 33, au moins à l’avant, afin de tourner lors de la circulation. Le guidon est notamment solidaire en translation et mobile en rotation par rapport à un pivot, qui est lui-même solidaire du siège ou de moyens de positionnement du guidon dédiés.
Le guidon peut notamment être pivoté dans le plan transverse par action sur les poignées avec une rotation comprise entre deux angles de braquage extrêmes de l’ordre de plus ou moins 20 à 30° par rapport à une position de repos dans laquelle la roue arrière 31 est droite.
Selon une variante, la roue arrière 31 peut être inclinée par actionnement du guidon, et les roues avant 33 sont mises en mouvement par le moteur électrique 7.
Le moteur électrique 7 est contrôlé par le conducteur au moyen d’un dispositif de commande 100, dont les principaux composants sont représentés sous forme d’organigramme en .
En , le pédalier 14 reçoit une puissance instantanée Puserde la part du conducteur, et les moyens de contrôle exercent une accélérationapar l’application d’une puissance de consigne moteur Ptot spau niveau du moteur électrique 7 pour modifier la vitessevdu véhicule 1.
La vitessevpeut notamment être déduite de la vitesse de rotation des roues 31, 33, mesurée par exemple au moyen de capteurs de position angulaire desdites roues 31, 33.
La puissance instantanée Puserdéveloppée par l’utilisateur est estimée par des moyens d’estimation de puissance appropriés situés au niveau du pédalier 14, par exemple un moyen d’estimation du couple résistif exercé par le pédalier 14 coopérant avec des moyens de mesure 21 de la cadence de pédalage appliquée par l’utilisateur sur le pédalier 14.
Le dispositif de commande 100 comporte des moyens d’estimation 23 ou de mesure de la valeur de variables d’état Xipermettant de remonter à la valeur de chacune des forces d’un ensemble de forces Floads’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule 1.
Lesdits moyens d’estimation 23 peuvent notamment comporter des moyens d’estimation de la variable d’état Xiqu’est la vitessevdu véhicule pour remonter à la traînée dans l’air ou encore un anémomètre, pour la mesure directe de la vitesse de l’écoulement d’air au niveau du véhicule, et permettant de tenir compte du vent en plus de la vitessevdu véhicule 1, et des moyens d’estimation de la pente Slosur laquelle évolue le véhicule 1, pour remonter à la force exercée par la gravité, mesurée par exemple au moyen d’accéléromètres.
La demanderesse a notamment constaté que ces deux variables d’état Xi(pente Sloet vitessev) permettent à eux seuls d’obtenir une sensation de conduite naturelle, mais d’autres variables d’état Ximesurées au moyen des capteurs correspondants peuvent également être prises en compte : poids du véhicule 1, type de surface de la route, pression des pneumatiques des roues 31, 33, pression atmosphérique, type de roues 31, 33 etc.
La puissance totale Ptotdélivrée par le moteur 7 est la somme de la puissance Paccservant à accélérer le véhicule 1 et la puissance de charge Ploadexercée par l’ensemble de forces Floadqui doit être fournie pour maintenir la vitesse constante :
Le dispositif comporte aussi un moyen d’estimation de la puissance de charge réelle ou mesurée Pload(t) correspondant à la puissance exercée par l’ensemble de forces Fload. Par exemple, la puissance de charge réelle Pload(t) peut être déduite de la puissance totale Ptotexercée par le moteur 7, à laquelle est retranchée la puissance d’accélération Paccconvertie en énergie cinétique, produit de la masse du véhiculem, de la vitessevet de l’accélérationa:
Une puissance positive est considérée motrice tandis qu’une puissance négative aboutit à un freinage puis une accélération en reculant du véhicule 1 en marche arrière. La puissance d'accélération Pacccorrespond à une variation de puissance totale du moteur 7 transmise à la roue 31, 33.
Une unité de contrôle UC est connectée aux moyens d’estimation 21, 23, ainsi qu’à un variateur de puissance Var, qui contrôle la puissance Ptotdélivrée par le moteur électrique 7 via le courantiissu de la batterie 9. L’unité de contrôle UC et le variateur Var forment des moyens de contrôle de la puissance électrique 25 fournie au moteur électrique 7, c’est-à-dire la puissance totale Ptot, et donc de l’accélérationa.
L’unité de contrôle UC comprend notamment une mémoire électronique dans laquelle est stockée un ensemble de régimes stationnaires SSmapdu pédalier 14 définissant, pour chaque ensemble de valeurs des variables d’état Xiissues des capteurs 23, une puissance instantanée appliquée par l’utilisateur Pssp usersur le pédalier 14, définie comme la puissance Pssp usernécessaire pour maintenir constante la vitessevdu véhicule 1.
La est un exemple du graphe de la valeur de puissance nécessaire au moteur 7 pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pssp motqui correspond à la puissance théorique Pload(Xi) de charge en fonction des seules forces correspondant aux variables d’état Xiretenues représentatives de l’ensemble des forces Fload: la pente Sloet la vitessev.
La puissance nécessaire au moteur 7 pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pload(Xi) est notamment calculable et calculée à partir des valeurs estimées des variables d’état Ximesurées.
La Demanderesse à notamment constaté que le choix des seules pente Sloet vitessev, correspondant aux charges de la gravité et de la traînée dans l’air permettent d’obtenir un comportement agréable et réaliste du véhicule 1.
La montre des lignes isométriques de la valeur de ladite puissance Pload(Xi) nécessaire pour maintenir constante la vitessevdu véhicule 1 dans le plan indexé par la vitesseven abscisses et la pente Sloen ordonnées. Plusieurs lignes sont représentées, correspondant à des valeurs de puissance P1, P2, P3, P4différentes. Le long d’une de ces lignes isométriques, la puissance nécessaire au moteur 7 pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pload(Xi) est égale à la valeur notée sur la ligne : P1, P2, P=0, P3, P4.
La puissance nécessaire au moteur 7 pour maintenir la vitesse Pload(Xi) est notamment croissante avec la pente Sloet la vitessev. Les lignes isométriques les plus proches du coin supérieur droit correspondent donc aux fortes puissances, les lignes les plus proches du coin inférieur gauche correspondent aux faibles puissances. On a donc P1> P2> 0 > P3> P4.
Une des lignes est la ligne de roue libre FW (Pacc= 0). Elle débute, à vitesse nulle, à une valeur de pente Slolégèrement inférieure à 0 (ligne Slo= 0 représentée en pointillés), et descend vers les valeurs de pente Slonégatives lorsque la vitessevaugmente.
Cette ligne de roue libre FW correspond aux états où le véhicule 1 conserve sa vitessevconstante en l’absence de puissance fournie par le moteur 7 (Pload(Xi) = 0). La roue FW libre démarre, pour une vitessevnulle, à une pente Slolégèrement négative et suffisante pour surmonter les couples résistifs liés aux frottements mécaniques. La ligne de roue libre FW descend lorsque la vitessevaugmente, du fait de la traînée dans l’air qui augmente avec ladite vitessevet doit être compensée.
À cette cartographie de la puissance est associée une cartographie de la puissance de pédalage Pssp userà appliquer sur le pédalier 14 pour maintenir constante la vitessevdu véhicule 1 en fonction des mêmes variables d’état Xi, ici la pente Sloet la vitessevdu véhicule 1.
Plusieurs lignes sont représentées, correspondant à des valeurs de puissance PU1, PU2, PU3, PU4différentes. Le long d’une de ces lignes isométriques, la puissance nécessaire au pédalier 14 pour maintenir la puissance Pssp userest égale à la valeur notée sur la ligne : PU1, PU2, P=0 PU3, PU4.
La puissance nécessaire au pédalier 14 pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pssp userest notamment croissante avec la pente Sloet la vitessevcomme dans le cas de la puissance du moteur 7. Les lignes isométriques les plus proches du coin supérieur droit correspondent donc aux fortes puissances, les lignes les plus proches du coin inférieur gauche correspondent aux faibles puissances. On a donc :
PU1> PU2> 0 > PU3> PU4.
Une puissance négative correspond à une puissance de freinage, freinage déclenché par exemple par rétropédalage ou par actionnement d’une commande de frein dédiée, la puissance de freinage étant proportionnelle au niveau d’actionnement de la commande de frein.
Selon un mode de réalisation précis, le freinage se fait par actionnement en sens inverse des pédales du pédalier 14, la puissance de freinage étant proportionnelle à l’angle en sens inverse adopté par les pédales du pédalier 14. Un vélo dit « Hollandais » est ainsi simulé.
La montre les lignes isométriques de puissance de pédalage Pssp userrequise pour maintenir constante la vitesse v du véhicule 1, dans le plan indexé par la vitesseven abscisses et la pente Sloen ordonnées.
Les lignes isométriques de puissance de pédalage Pssp usernécessaire pour maintenir la vitessevsont globalement de même forme que les lignes isométriques de puissance Psspdu moteur 7, avec une valeur croissante avec la pente Sloet la vitessev.
Une des lignes isométriques de puissance de pédalage correspond à un effort nul de l’utilisateur (Pssp user= 0), et est donc la ligne de roue libre FW du pédalier 14.
En faisant correspondre les deux lignes de roue libre FW, du moteur 7 et du pédalier 14, un comportement proche de celui d’un vrai cycle à propulsion musculaire est émulé à faible puissance Puser.
Lesdites lignes isométriques de puissance de pédalage Pssp userpeuvent notamment être identiques en forme aux lignes isométriques de puissance du moteur Pssp mot= Pload(Xi). A l’inverse, il est possible d’ajuster le comportement du moteur 7 en fonction de la puissance de pédalage Puser.
Par exemple, dans le domaine autour de la ligne de roue libre FW, le gradient de puissance de pédalage Pssp-userpeut être plus important, avec des lignes isométriques plus rapprochées (« pincement » en direction de la ligne FW) dans le graphe de puissance de la puissance de pédalage Pssp usernécessaire au maintien de la vitessev.
Ainsi, dans la gamme de puissances fournies par l’utilisateur Puseret par le moteur 7 faibles, la gamme de puissances fournies par l’utilisateur Puserétant relativement plus étalée que la gamme de puissances correspondantes du moteur 7, une grande précision dans le pilotage en vitessevest possible : à une grande variation de puissance de pédalage Pusercorrespond alors une faible variation de puissance Ptotau niveau du moteur 7.
À l’inverse, dans la gamme de grandes puissances fournies par l’utilisateur Puseret du moteur 7, le contrôle en puissance peut être moins précis : à une faible variation de puissance de pédalage Pusercorrespond alors une grande variation de puissance Ptotdélivrée au niveau du moteur 7.
Ainsi, la sensibilité de l'effort demandé au conducteur en fonction de la vitessevou de la pente Slovarie grandement entre les faibles et les grandes vitesses. Il en résulte que pour les manœuvres et la circulation à faible vitessev, le contrôle de la vitessevau moyen de la puissance appliquée au pédalier Puserest plus précis.
À l’inverse, à grande vitessev, lorsque la précision du contrôle de la vitesse θ’ est moins importante, le contrôle est moins précis mais permet toutefois d’atteindre une gamme importante de vitessesv.
La puissance de pédalage Pusers’étale sur une gamme de valeurs inférieure à celle de la puissance du moteur 7, le moteur 7 pouvant fournir une puissance de l’ordre de quelques milliers de watts, tandis que l’utilisateur ne peut fournir une puissance maximale que de quelques centaines de watts.
Les moyens de commandes 25 sont configurés pour accélérer le véhicule 1, en imposant une consigne de puissance d’accélération Ptot spplus importante que la consigne précédente, si la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur Pusersur le pédalier est supérieure à la puissance instantanée Pssp usernécessaire pour maintenir constante la vitessevdu véhicule 1.
À l’inverse, les moyens de commande 25 sont configurés pour décélérer le véhicule, en imposant une consigne de puissance d’accélération Ptot spinférieure à la consigne précédente, si la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur Pusersur le pédalier est inférieure à la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pssp user.
Selon un mode de réalisation particulier, lorsque la puissance mesurée de l’ensemble de forces Pload(t) s’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule est positive, que la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pssp userest positive, et que la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur Puserest supérieure à la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pssp user
la consigne en puissance d’accélération Pacc spsuit la relation suivante, dans laquelle la consigne de puissance d’accélération Pacc, spest le produit d’un coefficient d’accélération A et de la différence entre la puissance appliquée par l’utilisateur Puseret la puissance Pssp userà appliquer par l’utilisateur sur le pédalier 14 pour maintenir constante la vitessevdu véhicule 1 :
Pour maintenir constante la vitessevl’utilisateur doit appliquer une puissance de pédalage Puserrigoureusement égale à la valeur de puissance de l’ensemble SSmapde régimes stationnaires.
Dans ce mode de réalisation, si l’utilisateur arrête de pédaler (Puser= 0), le moteur 7 va décélérer le véhicule 1 avec une consigne de puissance d’accélération négative proportionnelle à la puissance de pédalage Pssp usernécessaire pour maintenir la vitesse du véhicule 1.
Le coefficient d’accélération A est avantageusement égal au quotient entre d’une part la différence entre une puissance maximale du moteur du véhicule Pmax vehicleet la puissance instantanée du moteur 7 nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pload(t), et d’autre part la différence entre une puissance maximale développée par l’utilisateur Pmax useret la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pssp user:
Avec cette formule, le coefficient d’accélération A est de plus en plus important lorsque la puissance à développer par l’utilisateur pour maintenir constante la vitesse Pssp userapproche la puissance maximale développable par l’utilisateur Pmax useret devient faible à l’inverse lorsque la puissance du moteur 7 pour maintenir constante la vitesse Pload(Xi) approche la puissance maximale développable par le moteur Pmax vehicle.
Selon un mode de réalisation alternatif, le coefficient d’accélération peut être fixe, et valoir par exemple le quotient entre la puissance maximale développable par le moteur Pmax vehicleet la puissance maximale développable par l’utilisateur Pmax user:
La puissance maximale développable par le moteur Pmax vehicleest une donnée par le constructeur du moteur 7, et correspond notamment à une valeur de puissance que le moteur 7 peut maintenir en toute sécurité sans dommages. La puissance maximale développable par l’utilisateur Pmax userest en revanche à évaluer et/ou à paramétrer.
Par exemple, lorsqu’un utilisateur utilise le véhicule 1 pour la première fois, il peut soit entrer un estimatif de son niveau sportif, principalement en cyclisme, notamment en plaçant ses capacités sur une échelle de 1 à 10 par exemple, où 10 serait un sportif confirmé et 1 un débutant, ainsi que d’autres données telles que sa taille, son âge etc. La puissance maximale développable par l’utilisateur Pmax userest alors déduite d’une table en fonction des valeurs données par l’utilisateur.
En alternative, la puissance maximale développable par l’utilisateur Pmax userpeut être déterminée lors d’une étape préalable d’étalonnage, véhicule 1 à l’arrêt. Lors de cet étalonnage, l’utilisateur doit maintenir une cadence fixe alors qu’un couple résistif croissant est appliqué au pédalier 14. L’unité de contrôle UC enregistre alors la puissance à laquelle la cadence décroit et en déduit une valeur de puissance maximale développable par l’utilisateur.
Lorsque la puissance mesurée de l’ensemble de forces Pload(t) s’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule est positive, que la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pssp userest positive, que la puissance de charge mesurée Pload(t) est positive, et que la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur au pédalier 14 est strictement inférieure à la puissance instantanée Pssp usernécessaire pour maintenir la vitessevdu véhicule 1,
la consigne en puissance d’accélération Pacc spest égale au produit de la puissance mesurée Pload(t) de l’ensemble de forces Floads’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule multiplié par la différence entre la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur Puseret la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pssp user, divisé par la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pssp:
Ainsi, lorsque la puissance développée par l’utilisateur est égale à la puissance nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule Puser= Psspon a bien une consigne d’accélération en puissance nulle, dans la continuité de la précédente formule.
Lorsque la puissance Puserdéveloppée par l’utilisateur est nulle (arrêt du pédalage), la consigne en puissance vaut l’opposé de la puissance de charge Pload(t) et la vitessevdu véhicule 1 est maintenue.
Dans ce mode de réalisation, lorsque la puissance de charge Pload(t) mesurée et/ou la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule Pssp userest négative, la consigne de puissance d’accélération Pacc spest égale à la différence entre d’une part le produit du coefficient d’accélération A et de la puissance développée par l’utilisateur Puseret de la puissance de charge Pload(t) mesurée :
(t)
Avec ces trois formules, l’accélération est continue sur l’ensemble des valeurs des variables d’état Xiavec un comportement proche de celui d’un cycle de facture classique, sans passage de rapports, et l’utilisateur ressent les forces Floads’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule 1. Les puissances atteignables par le moteur 7 sont en outre indexées sur les puissances développables par l’utilisateur au niveau du pédalier 14.
Le dispositif de commande 100 selon l’invention permet un contrôle continu de la vitessevdu véhicule 1, avec notamment un contrôle sans changement ressenti de rapports, sur une grande plage de vitessesv.
Notations
Ptotpuissance totale exercée par le moteur 7 sur les roues (connue via couranti)
Paccpart de la puissance consacrée à l’accélération du véhicule
Ptot spconsigne de puissance totale
Pacc spconsigne de puissance d’accélération
Pload(t) puissance de charge, exercée par Floadl’ensemble de forces sur le moteur 7 (donnée par Ptot-mva)
Pssp mot= Pload(Xi) puissance théorique du moteur 7 à appliquer pour maintenir la vitessevà un ensemble de variables d’état Xidonné
Pssp userpuissance de pédalage sur le pédalier 14 à appliquer par l’utilisateur pour maintenir la vitessev
Pacc sppuissance d’accélération du moteur de consigne
Puserpuissance exercée par l’utilisateur sur le pédalier 14
Pmax vehiclepuissance maximale du moteur 7
Pmax userpuissance maximale de pédalage de l’utilisateur
Xivariables d’état représentant les Fload
vvitesse (élément de Xi), représente la traînée dans l’air
Slopente (élément de Xi), représente les changements de potentiel gravitationnel
aaccélération (dv/dt),mmasse du véhicule,mva= Paccpart de puissance Ptotconvertie en énergie cinétique (d(½mv²)/dt)
FW ligne, i.e. un ensemble continu de jeux de variables d’état Xi, de roue libre où Pssp user=0 et/ou Pload(Xi)=0
P1; P2; P3; P4valeurs de puissance Pload(Xi) à appliquer par le moteur 7 pour maintenir la vitessevpour les lignes isométriques de
PU1; PU2; PU3; PU4valeurs de puissance Pssp userà appliquer par l’utilisateur au pédalier 14 pour maintenir la vitessevpour les lignes isométriques de

Claims (10)

  1. Dispositif de commande d’au moins un moteur électrique (7) d’un véhicule (1), le véhicule (1) comportant :
    - au moins un pédalier (14) associé à des moyens d’estimation de la puissance instantanée (Puser) appliquée par un utilisateur (U) sur le pédalier (14) ;
    - des moyens d’estimation (23) de variables d’état (Xi) représentatives de la valeur de forces s’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule (1) et
    - des moyens de commande (25) de la puissance appliquée à l’au moins un moteur électrique (7);
    caractérisé en ce queles moyens de commande (25) comprennent une mémoire électronique dans laquelle est stockée un ensemble de régimes stationnaires (SSmap) du pédalier 14 définissant la puissance instantanée (Pssp user) à appliquer par l’utilisateur sur le pédalier (14) pour maintenir constante la vitesse (v) du véhicule (1) en fonction des valeurs des variables d’état (Xi) ;
    et en ce queles moyens de commande (25) sont configurés pour :
    * estimer les variables d’état (Xi) et en déduire la puissance instantanée (Pssp user) à appliquer par l’utilisateur sur le pédalier (14) pour maintenir la vitesse (v) du véhicule (1),
    * accélérer le véhicule (1) si la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur (Puser) sur le pédalier (14) est supérieure à la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule (Pssp user) au niveau du pédalier (14) ; et
    * décélérer le véhicule (1) si la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur (Puser) sur le pédalier (14) est inférieure à la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule (Pssp user) au niveau du pédalier (14).
  2. Dispositif de commande d’au moins un moteur électrique d’un véhicule selon la revendication 1,caractérisé en ce quel’ensemble de régimes stationnaires (SSmap) est tel que pour les ensembles de variables d’état (Xi) pour lesquels la puissance (Pssp user) à appliquer par l’utilisateur sur le pédalier (14) pour maintenir la vitesse du véhicule (1) est nulle (FW), la puissance (Pload(Xi)) nécessaire au moteur (7) pour maintenir constante la vitesse (v) du véhicule (1) est nulle aussi.
  3. Dispositif de commande d’au moins un moteur électrique d’un véhicule selon la revendication 1,dans lequell’accélération ou la décélération du véhicule (1) se fait en imposant une consigne de puissance d’accélération (Pacc sp) respectivement positive ou négative.
  4. Dispositif de commande d’au moins un moteur électrique d’un véhicule selon la revendication 3,caractérisé en ce qu’il comporte en outre des moyens d’estimation d’une puissance de charge (Pload(t)) etdans lequel
    lorsque la puissance de charge (Pload(t)) est positive et que
    la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur (Puser) est supérieure à la puissance instantanée nécessaire pour maintenir la vitesse du véhicule (Pssp),
    la consigne de puissance d’accélération (Pacc, sp) est le produit d’un coefficient d’accélération (A) et de la différence entre la puissance appliquée par l’utilisateur (Puser) et la puissance (Pssp user) à appliquer par l’utilisateur sur le pédalier (14) pour maintenir constante la vitesse (v) du véhicule (1).
  5. Dispositif selon la revendication 4,dans lequel,
    lorsque la puissance mesurée de l’ensemble de forces (Pload(t)) s’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule est positive,
    que la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule (Pssp user) est positive, et que
    la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur (U) au pédalier (14) est strictement inférieure à la puissance instantanée (Pssp user) nécessaire pour maintenir la vitessevdu véhicule (1),
    la consigne en puissance d’accélération (Pacc sp) est égale au produit de la puissance mesurée (Pload(t)) de l’ensemble de forces (Fload) s’opposant ou contribuant à l’avancée du véhicule multiplié par la différence entre la puissance instantanée appliquée par l’utilisateur (Puser) et la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule (Pssp user), divisé par la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule (Pssp).
  6. Dispositif de commande selon l’une des revendications 4 ou 5,dans lequellorsque la puissance de charge (Pload(t)) mesurée et/ou la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule (Pssp user) est négative, la consigne de puissance d’accélération (Pacc sp) est égale à la différence entre d’une part le produit du coefficient d’accélération (A) et de la puissance développée par l’utilisateur (Puser) et de la puissance de charge (Pload(t)) mesurée.
  7. Dispositif de commande selon l’une des revendications 4 à 6,dans lequelle coefficient d’accélération (A) est égal au quotient entre d’une part la différence entre une puissance maximale du moteur du véhicule (Pmax vehicle) et la puissance de charge (Pload(t)), et d’autre part la différence entre une puissance maximale développée par l’utilisateur (Pmax user) et la puissance instantanée nécessaire pour maintenir constante la vitesse du véhicule (Pssp user) au niveau du pédalier (14).
  8. Dispositif de commande selon l’une des revendications précédentes,dans lequelles variables d’état (Xi) comportent au moins un paramètre parmi la pente (Slo) et la vitesse (v) du véhicule (1).
  9. Dispositif de commande selon la revendication précédente,dans lequelles variables d’état (Xi) comportent en outre au moins un paramètre parmi : le poids total du véhicule (1), le type de route sur lequel évolue le véhicule (1), et la vitesse du vent relatif par rapport au véhicule (1).
  10. Véhicule de type vélomobile,caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de commande (100) selon l’une des revendications précédentes et au moins un moteur électrique (7) commandé par ledit dispositif de commande (100).
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