Domaine Technique

La présente invention se rapporte à un pédalier comportant un générateur de retour haptique permettant le contrôle de la cinématique, par régulation d’un retour haptique spécifique. Un tel pédalier peut équiper des appareils d’exercice fixes à pédalier ou des véhicules à propulsion électrique, tels que les vélos ou les cycles, et en particulier les vélomobiles à châssis fermé ou semi-fermé.

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.

Le pédalier selon l’invention peut aussi être utilisé dans le domaine de l’exercice physique dans un appareil d’exercice à pédalier de type vélo d’appartement ou vélo elliptique.

Art Antérieur

Les vélomobiles sont des véhicules hybrides, combinant des aspects d’une voiture de petite taille et ceux d’un vélo couché. Ce sont des véhicules pressentis pour remplacer les voitures individuelles dans les zones urbaines. Les vélomobiles représentent une alternative bien plus économique et écologique à la voiture électrique.

En effet, les cycles de type vélomobile sont des véhicules de taille réduite, et donc relativement légers. On peut notamment distinguer d’une part les vélomobiles de poids et volume faibles, qui s’apparentent essentiellement à un vélo couché équipés d’une carrosserie, et d’autre part des vélomobiles de poids et volume plus importants, se rapprochant de la voiture de petite taille.

Les vélomobiles de poids et volume faible peuvent peser moins de 50 kg, typiquement entre 30 et 50 kg. Ces vélomobiles peuvent être soit à propulsion exclusivement musculaire, soit comporter une assistance électrique, notamment pour l’aide en montée. 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 vélomobiles sont prévus pour emprunter les pistes et voies réservées aux cycles.

Les vélomobiles de poids et volume importants pèsent généralement plusieurs centaines de kilogrammes. La propulsion de ces vélomobiles se fait de façon préférentiellement 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.

Le mécanisme interne du pédalier exerce généralement un couple résistif, sensiblement opposé au couple exercé par l’utilisateur.

On connaît des documents EP3408168 et EP1165188 des procédés de contrôle du moteur électrique reposant sur la modélisation d’une inertie, modélisant l’accélération avec, par exemple, la prise en compte d’un volant d’inertie prédéterminé ou le comportement d’un pédalier mécanique usuel de bicyclette.

Ces dispositifs ne sont notamment pas adaptés au pilotage de véhicules type vélomobile circulant à haute vitesse, du fait qu’ils exigent soit une cadence de pédalage élevée qui est ressentie comme désagréable soit un nombre de rapports élevé impliquant une transmission et une utilisation complexes.

Ces dispositifs génèrent une accélération du véhicule et un couple de résistance proportionnels à l’accélération exercée par l’utilisateur sur le pédalier, et proposent la modélisation d’une inertie de référence correspondant à des pédaliers et cycles connus, avec un étalement des valeurs de vitesse de véhicule piloté permettant d’atteindre des vitesses élevées.

L’accélération sur le pédalier est calculée par double dérivation temporelle, ce qui implique des calculs compliqués et consommateurs de temps de calcul, et notamment reposant sur une cadence mesurée à haute fréquence et/ou sur une plage temporelle importante.

Il en résulte qu’il faut surdimensionner la puissance de calcul de l’unité de contrôle sans quoi un décalage entre les variations de la cadence de pédalage et les variations du couple résistif est constaté et ressenti par l’utilisateur.

Les alternatives existantes nécessitent de recourir à des capteurs de vitesse directe ou d’accélération. Ces capteurs sont de complexité et donc de coût plus important si l’on souhaite qu’ils aient un temps de réponse compatible avec la faible inertie recherchée.

Le même problème est constaté sur les appareils d’entraînement de type vélo d’appartement ou vélo elliptique utilisant un couple résistif contrôlé en fonction de l’accélération, comme le suggèrent les documents EP3408168 et EP1165188, avec les mêmes problèmes de décalage pouvant être ressenti entre l’action sur le pédalier et la variation de couple résistif correspondant à ladite action.

Le problème technique de l’invention est donc de permettre un ajustement dynamique et continu de la cadence de pédalage, correspondant à ladite action, et notamment de rendre soutenable le pédalage à haute puissance.

Exposé de l’invention

Afin de répondre à ce problème technique, l’invention propose de ne pas recourir à une modélisation complexe de pédaliers mécaniques connus mais d’utiliser une cadence de consigne basée sur la puissance développée par l’utilisateur pour générer le couple résistif.

Pour ce faire l’invention propose un pédalier comprenant : des moyens d’estimation de cadence de rotation du pédalier ; un générateur de retour haptique connecté au pédalier et configuré pour délivrer un couple résistif sur le pédalier ; et une unité de contrôle connectée au générateur de retour haptique et aux moyens d’estimation de cadence de rotation du pédalier, configurée pour asservir la cadence de rotation du pédalier à une cadence de consigne en modifiant le couple résistif.

Un tel pédalier comporte une régulation de la cadence de pédalage par le couple, qui correspond à un comportement relativement proche du comportement d’un cycle de type vélo ou vélomobile à propulsion musculaire.

L'unité de contrôle régule la cadence de consigne en estimant une puissance appliquée sur le pédalier par sa mise en rotation et en diminuant ou augmentant la cadence de consigne de sorte que ladite cadence de consigne augmente avec la puissance appliquée sur le pédalier.

Le pilotage de la cadence de pédalage est alors effectué par simple comparaison à une valeur de consigne et estimation de la puissance de pédalage, sans aucune considération d’accélération et donc de double dérivée temporelle.

La puissance de calcul et la fenêtre de mesures de position ou de cadence de rotation du pédalier peuvent être réduites, et le retour haptique est quasi immédiat et procure une sensation plus agréable, en ce sens qu'il s'apparente à celui observé sur un vélo mécanique traditionnel. Notamment, la cadence de consigne, augmentant avec la puissance fournie au pédalier, assure que le pédalage reste agréable à haute puissance.

En outre, le déposant a découvert, sur la base de nombreuses études propres, que le pédalage n’est agréable et naturel pour le corps humain que dans un domaine de cadence de pédalage réduit, de quelques unités autour de 60 tours par minute et augmentant légèrement lorsque l’effort devient plus important en termes de puissance de pédalage développée par l’utilisateur.

Aussi, l’invention propose que la cadence de consigne dépende linéairement de la puissance.

Plus particulièrement, la cadence de consigne dépend linéairement de la puissance avec une pente comprise entre 0.05 et 0.25 tours par minute par watt, plus particulièrement de 0.08 à 0.15 tours par minute par watt, et plus particulièrement autour de 0.10 tours par minute par watt. Ces valeurs permettent de maintenir une cadence ressentie comme confortable, sur une large gamme de puissances développées par l’utilisateur au niveau du pédalier.

Selon un mode de réalisation particulier, le pédalier comporte des moyens de réglage de la cadence à l’origine.

Un utilisateur peut alors adapter continuellement les paramètres du retour haptique, par exemple si la cadence imposée par le pédalier est trop faible ou trop élevée sur une plage de puissance de pédalage.

Selon un autre mode de réalisation, l’unité de contrôle est configurée pour déterminer les paramètres de la cadence de consigne tels que la pente et l’ordonnée à l’origine de la cadence de consigne à l’origine lors d’un étalonnage.

Le retour haptique par modulation du couple résistif peut alors être adapté spécifiquement à chaque utilisateur, notamment par le stockage dans une mémoire électronique ou informatique de plusieurs profils ayant chacun un réglage adapté à un utilisateur.

Le pédalier peut en particulier être réalisé sous forme de machine électrique réversible, comportant un mode de fonctionnement générateur, dans lequel une charge électrique contrôlée par l’unité de contrôle forme le générateur de retour haptique.

Le pédalier ne nécessite alors pas de système mécanique dédié au couple résistif.

Le courant électrique généré en mode de fonctionnement générateur peut notamment être utilisé pour charger une batterie électrique, ou alimenter tout appareil électrique, comme par exemple un téléphone portable.

L’énergie dissipée au niveau du pédalier lors du freinage par le couple résistif peut alors être récupérée et restituée, par exemple pour un moteur électrique contrôlé au moyen du pédalier, ou à un chargeur d’appareil tel qu’un téléphone par exemple.

La machine électrique réversible peut comporter un mode de fonctionnement moteur, dans lequel du courant électrique d’une batterie électrique est utilisé pour générer un couple moteur sur le pédalier.

Le couple résistif peut alors être rendu moteur, et ainsi servir à générer un effet d’entraînement des pédales par exemple pour simuler une descente, où les roues seraient entraînées et entraîneraient en retour les pédales. L’invention concerne aussi un véhicule à propulsion électrique comportant un pédalier tel que décrit plus haut, ledit pédalier étant utilisé pour piloter la propulsion électrique du véhicule.

L’unité de contrôle peut alors être configurée pour :

- calculer la cadence de consigne linéairement croissante avec la puissance développée à une valeur seuil de vitesse du véhicule,

- interpoler une cadence de consigne entre l’origine et la cadence de consigne linéairement croissante avec la puissance développée à une valeur seuil,

- appliquer la cadence de consigne interpolée si la vitesse du véhicule est inférieure à la valeur seuil et la cadence de consigne linéairement croissante avec la puissance développée si la vitesse du véhicule est supérieure à la valeur seuil.

Si le véhicule comporte en outre un capteur de position longitudinale du véhicule, l’unité de contrôle peut comporter un deuxième mode de fonctionnement dans lequel la position angulaire du pédalier est asservie à la position longitudinale du véhicule.

Le pédalier se caractérise alors en ce que l’unité de contrôle comporte un deuxième mode de fonctionnement dans lequel la position angulaire du pédalier est asservie à la position longitudinale du véhicule.

Ce mode de fonctionnement permet notamment de mieux contrôler et ressentir les variations de position longitudinale du véhicule, notamment à faible vitesse, en donnant l’impression d’utiliser un vélo à rapport fixe, dit « fixie » en anglais (de « fixed gear bicycle »).

Pour ce faire, l’unité de contrôle est configurée pour :

- calculer la cadence de consigne en mode de fonctionnement où l’unité de contrôle asservit la position angulaire des pédales du pédalier à la position longitudinale du véhicule,

- calculer la cadence de consigne linéairement croissante avec la puissance développée,

- appliquer la plus petite des deux cadences de consigne à la vitesse du véhicule.

Le fonctionnement bascule alors automatiquement et sans à-coups entre les deux modes de façon transparente pour l’utilisateur. L’unité de contrôle peut en outre être configurée pour :

- comparer la vitesse du véhicule à deux valeurs seuil distinctes, avec une valeur seuil inférieure et une valeur seuil supérieure ;

- appliquer le deuxième mode de fonctionnement si la vitesse du véhicule est inférieure ou égale à la valeur seuil inférieure ;

- appliquer le premier mode de fonctionnement si la vitesse du véhicule est supérieure ou égale à la valeur seuil supérieure ; et

- appliquer un troisième mode de fonctionnement, lorsque la vitesse du véhicule est strictement supérieure à la valeur seuil inférieure et strictement inférieure à la valeur seuil supérieure, le troisième mode de fonctionnement permettant d’assurer la continuité de la cadence en fonction de la vitesse du véhicule entre le premier et le second mode de fonctionnement.

Ce troisième mode de fonctionnement de transition permet alors de rendre le basculement d’un mode de fonctionnement à l’autre de façon continue et confortable pour l’utilisateur.

Dans le troisième mode de fonctionnement, l’unité de contrôle est configurée selon un mode de réalisation particulier pour : calculer une cadence de consigne projetée à la valeur seuil supérieure à la puissance actuelle; définir une cadence de consigne par interpolation en fonction de la vitesse du véhicule, entre d’une part la cadence correspondant à la valeur seuil inférieure du deuxième mode, et d’autre part la cadence du premier mode à la valeur seuil supérieure.

L’interpolation permet d’obtenir un raccord entre les vitesses de consigne entre les deux modes de façon simple.

L’unité de contrôle peut être configurée pour détecter l’actionnement en sens inverse du pédalier et déclencher un mécanisme de freinage lorsqu’un rétropédalage est détecté.

Ainsi aucune commande dédiée de frein n’est requise, le freinage s’effectuant par actionnement en sens inverse du pédalier par l’utilisateur. Enfin, l’invention peut également s’appliquer à tout type d’appareil équipé d’un pédalier, et notamment à un appareil d’exercice fixe à pédalier, de type vélo d’appartement ou vélo elliptique.

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 :

[Fig. 1] est une vue de côté d’un véhicule selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;

[Fig. 2] est une vue en coupe longitudinale du véhicule de la figure 1 ;

[Fig. 3] est une représentation schématique du pédalier du véhicule de la figure 1 et des éléments interagissant avec ledit pédalier lors de la conduite ;

[Fig. 4] est un graphe de la cadence de pédalage de consigne en fonction de la puissance développée par l’utilisateur,

[Fig. 5] est un graphe du couple résistif exercé sur le pédalier en fonction de la cadence de pédalage,

[Fig. 6] est un graphe de la cadence de consigne en fonction de la vitesse d’un véhicule contrôlé par le pédalier,

[Fig. 7] est un graphe de la cadence de consigne en fonction de la vitesse du véhicule dans un mode de réalisation alternatif,

[Fig. 8] est un graphe de la cadence de consigne en fonction de la vitesse du véhicule dans un autre mode de réalisation alternatif, et

[Fig. 9] est une représentation schématique d’un appareil d’exercice fixe comportant un pédalier selon l’invention.

Description détaillée de l’invention

La figure 1 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.

Le véhicule 1 comporte des roues 31 , 33, au nombre de trois, avec 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 figure 2 est une vue en coupe du véhicule de la figure 1 . En figure 2 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’une énergie électrique stockée dans des batteries 9, situées dans un plancher de l’habitacle 10 dans l’exemple de la figure 2.

Le dispositif d’entraînement 5 peut notamment comporter un boîtier de vitesses.

Le rechargement d’au moins une partie de l’énergie électrique stockée dans les batteries 9 est obtenue au moyen d’un pédalier 14.

Le pédalier 14 est représenté en figure 3 séparément, avec le moteur électrique 7, le dispositif d’entraînement 5 et la roue arrière 31 motrice.

Le pédalier 14 comporte des pédales 141 , sur lesquelles l’utilisateur appuie au moyen de ses pieds et jambes pour leurs mouvements. Un générateur de retour haptique 15 est relié au pédalier 14, voire est intégré dans celui-ci. Ce générateur de retour haptique 15 génère un couple généralement résistif sur le pédalier 14. Dans certains modes de réalisation particuliers, ce générateur de retour haptique 15 peut être moteur.

Le pédalier 14 se présente avantageusement sous forme d’une machine électrique réversible, en particulier à courant continu, comportant un mode de fonctionnement générateur, dans lequel une charge électrique contrôlée forme le générateur de retour haptique 15. Le pédalier 14 peut, dans son fonctionnement en mode générateur, convertir au moins une partie de l’énergie mécanique fournie par l’utilisateur en énergie électrique stockée dans la batterie 9 pour être restituée plus tard sous forme d’accélération des roues 31 , 33 au moyen du moteur électrique 7.

D’autres moyens de générer le couple résistif peuvent par exemple être obtenus en réalisant un dispositif dédié de freinage, par exemple mécanique à friction, ou bien un moteur électrique dédié peut être utilisé, l’action dudit moteur électrique dédié étant opposée à celle de l’utilisateur au niveau du pédalier 14.

Le pédalier 14 comporte aussi des moyens d’estimation de la cadence de rotation 143 du pédalier 14, par exemple au moyen d’un ou plusieurs capteurs de position angulaire des pédales 141 avec un dérivateur temporel simple.

La figure 3 est une représentation schématique des éléments du véhicule intervenant dans le procédé de régulation selon l’invention.

Lesdits éléments comprennent : le pédalier 14, le générateur de retour haptique 15, le moteur électrique 7, le dispositif d’entraînement 5, des moyens d’estimation de la cadence de rotation du pédalier 14, c’est-à-dire les moyens d’estimation de la cadence de rotation 143, par exemple les capteurs de position des pédales 141 dans l’exemple de la figure 3, la batterie 9 et une unité de contrôle 19, reliée à un dispositif régulateur de courant 17 disposé entre la batterie 9 et le moteur électrique 7.

Le moteur électrique 7 délivre sa puissance mécanique à la roue 31 via le dispositif d’entraînement 5. La roue 31 comporte des capteurs de position 35 de la roue 31 . Les capteurs de position 35 sont reliés électroniquement à l’unité de contrôle 19, et peuvent notamment servir à déterminer un blocage ou glissement de la roue 31 .

L’unité de contrôle 19 est par exemple réalisée sous forme d’un processeur relié à une mémoire programmable, et comporte des moyens d’actionnement de différents éléments électriques et électroniques au moyen de transistors et de commutateurs pilotés.

L’unité de contrôle 19 exerce notamment un asservissement de la cadence du pédalier 14 à une cadence de consigne. La rétroaction dans cet asservissement est générée par le générateur de retour haptique 15 lui-même contrôlé par l’unité de contrôle 19.

Ainsi, selon cet asservissement, si la cadence du pédalier 14, mesurée au moyen des capteurs de position 143 des pédales 141 , dépasse la cadence de consigne, l’unité de contrôle 19 augmente le couple résistif exercé par le générateur de retour haptique 15 sur le pédalier 14. A l’inverse, si la cadence de rotation du pédalier 14 mesurée est inférieure à la cadence de consigne, l’unité de contrôle 19 diminue le couple résistif exercé par le générateur de retour haptique 15 sur le pédalier 14.

En modifiant le couple résistif, l’unité de contrôle augmente ou diminue la résistance ressentie par l’utilisateur, ce qui modifie ensuite la cadence.

La figure 4 est un graphe du couple résistif ÏRes en fonction de la cadence de pédalage 0’. Le couple résistif ÏRes est notamment bas, idéalement nul, jusqu’à une valeur seuil 0s’ qui est la cadence de consigne. Au-delà de la cadence de consigne 0s’ le couple résistif augmente linéairement avec une pente la plus raide possible, idéalement verticale correspondant à une augmentation en marche d’escalier, d’une valeur faible idéalement nulle à une valeur la plus importante possible, correspondant au couple maximal délivrable.

À une cadence inférieure à la valeur seuil 0s’, un fonctionnement en roue libre est simulé. À une cadence supérieure à la valeur seuil 0s’, l’utilisateur ressent une opposition forte à toute augmentation de cadence, simulant une accélération avec inertie d’un véhicule ressentie comme grande, idéalement infinie (pente de couple TRes verticale). Au-delà de la valeur seuil 0s’, l’augmentation de la cadence de pédalage est principalement gouvernée par l’augmentation, par l’unité de contrôle 19, de la valeur seuil 0s’ formant la cadence de consigne.

Si le pédalier 14 peut fonctionner en moteur, le couple résistif TRes peut être négatif (c’est-à-dire moteur) lorsque la cadence est inférieure à la valeur seuil 0s’. Dans ce mode de réalisation, un couple moteur exercé par les imperfections de roue libre est simulé. En effet, dans une roue libre imparfaite on observe, du fait de frottements et d’un découplage imparfait, un entraînement en retour des pédales 141 par la roue 31 , i.e. un couple légèrement moteur.

L’invention prévoit donc que la cadence de consigne 0s’ varie en fonction de la puissance P développée par la rotation du pédalage, c’est-à-dire la puissance fournie par l’utilisateur. Plus particulièrement, l’invention prévoit que l’unité de contrôle 19 procède, par exemple de façon itérative, aux étapes suivantes : estimation d’une puissance P fournie par la rotation du pédalier 14 ; et diminution ou augmentation de la cadence de consigne 6s’ prédéterminée de sorte que la cadence de consigne 6s’ augmente avec la puissance fournie par la rotation du pédalier 14.

En effet, le demandeur a constaté que le pédalage, pour être agréable et donc soutenu sur la longueur, doit rester dans un domaine de cadence autour de 66 tours par minute (rpm ou « rotations per minute » en anglais), typiquement entre 56 et 76 rpm, plus particulièrement entre 55 et 65 rpm.

Lorsque l’effort devient plus important, c’est-à-dire que la puissance développée devient plus importante, il est avantageux de légèrement augmenter la cadence en parallèle à l’augmentation du couple résistif TRes.

La puissance P peut notamment être estimée par calcul du produit de la cadence 6’ et du couple résistif TRes (P = ô’.TRes). En alternative, si le générateur de retour haptique 15 est une charge électrique contrôlée, une estimation directe peut permettre d’estimer la puissance P développée par le pédalage. Par exemple, cette estimation peut être obtenue par des capteurs de courant et de tension de sorte à calculer la puissance électrique dissipée par la charge électrique.

La puissance développée par un cycliste est comprise entre 6 et quelques centaines de watts. Un cycliste confirmé peut développer jusqu’à 466 watts. Un cycliste moyen voire peu entraîné pourra développer jusqu’à 266 à 256 watts.

On entend donc par valeurs de puissance faibles ou peu élevées des valeurs inférieures à la centaine de watts, tandis qu’on entend par valeurs de puissance hautes ou élevées des valeurs supérieures à 156 à 266 watts voire plus lorsque l’utilisateur est un cycliste confirmé.

La figure 5 est un graphe de la cadence de consigne 6s’ en fonction de la puissance P.

La cadence de consigne 6s’ augmente avec la puissance P, par exemple de façon linéaire. Le graphe de la cadence de consigne 6s’(P) est notamment une droite, partant d’une valeur à l’origine 6o’ correspondant à une cadence à vide, sans couple résistif, et ayant une pente positive comprise entre 0.05 et 0.25 rpm par watt, en particulier de 0.08 à 0.15 rpm par watt, et plus particulièrement autour de 0.10 rpm par watt.

La valeur à l’origine Oo’ et la pente positive sont généralement variables d’un utilisateur à un autre en fonction de leurs capacités sportives notamment. Il est possible d’utiliser une mémoire électronique pour stocker plusieurs profils, comportant chacun une valeur à l’origine Oo’ et une valeur de pente, l’utilisateur pouvant choisir parmi ces profils.

Ces profils peuvent soit être directement choisis par l’utilisateur dans un menu sur une interface parmi des profils préexistants, ou bien ces profils peuvent être réglés et personnalisés puis mémorisés pour chaque utilisateur.

Selon un mode de réalisation particulier, les paramètres de la cadence de consigne 6s’ tels que l’ordonnée à l’origine 6o’ et la pente, sont déterminés par une étape préliminaire d’étalonnage. Une interface, par exemple un écran dédié ou un terminal tel qu’un téléphone sur lequel une application dédiée est installée et exécutée, peut notamment afficher des instructions, indications et valeurs en temps réel pour l’utilisateur pendant l’étalonnage.

Par exemple, lors d’une initialisation, ou sur une requête de l’utilisateur, l’étalonnage peut reposer sur des tests semblables aux tests d’effort sportifs.

L’étalonnage comporte notamment au moins deux tests, lors desquels l’utilisateur est invité à maintenir une cadence 6’ constante. L’unité de contrôle 19, lors de ces tests, ajuste le couple résistif TRes pour que la puissance P fournie par l’utilisateur soit constante, à au moins deux valeurs de puissance différentes P1 , P2. Notamment, le couple résistif TRes est inversement proportionnel à la cadence, le produit du couple résistif et de la cadence TRes.6’ étant égal à la puissance P, imposée à la valeur P1 ou P2 par l’unité de contrôle 19.

L’utilisateur, en maintenant une cadence de pédalage 6’ constante, adopte alors naturellement la cadence 6’ idéale pour lui à la puissance P1 ou P2 considérée.

Les points, avec pour coordonnées la valeur de puissance P1 ou P2 et la cadence de pédalage 6’ idéale correspondante servent alors à déterminer la valeur à l’origine 60’ et la pente du graphe de la figure 5, notamment par interpolation linéaire. Des tests supplémentaires à d’autres valeurs de puissance P peuvent être effectués, la droite du graphe de la figure 5 étant alors ajustée aux points.

Le mode de fonctionnement précédemment décrit, avec une cadence de consigne 0s’ linéairement croissante avec la puissance développée, est adapté pour les hautes valeurs de puissance développée, qui correspondent généralement aux hautes vitesses V du véhicule 1 .

En particulier, d’autres formes de graphe de la cadence de consigne 0s’ qu’une simple droite peuvent être adoptées : segments mis bout à bout, courbe aplanie etc. Tant que la cadence de consigne 0s’ augmente légèrement, en restant dans le domaine de cadence mentionné, avec la puissance développée estimée, le pédalage reste agréable et peut être soutenu dans le temps même à haute puissance.

Selon un mode de réalisation, l’unité de contrôle 19 est configurée pour appliquer un mode de fonctionnement différent aux basses vitesses du véhicule 1 . Ce mode de réalisation est particulièrement indiqué lorsque ledit pédalier 14 est utilisé pour piloter la vitesse du véhicule 1 .

La figure 6 est un graphe de la cadence de consigne 0s’ en fonction de la vitesse V du véhicule 1 , notamment piloté au moyen du pédalier 14.

L’axe horizontal de la vitesse V est séparé en deux domaines / et II de part et d’autre d’une valeur seuil V1 .

Aux valeurs de vitesse V inférieures à la valeur seuil V1 , dans le premier domaine /, l’unité de contrôle 19 impose un deuxième mode de fonctionnement, dans lequel l’unité de contrôle 19 impose une cadence de consigne 0s’ linéaire et proportionnelle à la vitesse V du véhicule 1 , partant de l’origine O. Cette cadence de consigne 0s’ linéaire est en particulier obtenue par interpolation linéaire entre l’origine O et la valeur de la vitesse de consigne à la valeur seuil V1 du premier mode de fonctionnement, à cadence de consigne 0s’ dépendant linéairement de la puissance.

Lors d’une accélération, la cadence de consigne 0s’ croît linéairement avec la vitesse du véhicule, selon une droite qui rejoint, à la valeur seuil V1 la droite du premier mode de fonctionnement. L’unité de contrôle bascule alors vers le premier mode de fonctionnement adopté dans le deuxième domaine II de vitesses, au- dessus de la valeur seuil V1 , avec une cadence de consigne 6s’ croissante avec la puissance développée P.

Lors du fonctionnement en premier mode, à cadence de consigne 6s’ linéairement croissante avec la puissance développée P, la cadence 6’ variera peu avec la vitesse V. Dans le deuxième domaine II des valeurs supérieures à la valeur seuil V1 , la cadence vitesse 6’ est relativement indépendante de la vitesse V, et dépendra notamment des actions de l’utilisateur : accélération ou décélération de la cadence 6’, freinage etc.

Ledit graphe est ici représenté relativement plat et légèrement croissant, correspondant à une accélération à puissance P de pédalage linéairement croissante. Dans ce deuxième domaine II de vitesses V, l’utilisateur ressentira principalement des variations du couple résistif ÏRes, la cadence 6’ restant dans le domaine restreint précédemment mentionné, autour de 66 rpm, avec une cadence de consigne 6’ linéairement croissante avec la puissance P. Deux plateaux correspondant à deux niveaux de puissance P1 , P2 de l’utilisateur sont représentés en figure 6.

L’unité de contrôle 19 est notamment configurée pour : calculer la cadence de consigne 6s’ linéairement croissante avec la puissance développée P à une valeur seuil V1 de vitesse du véhicule 1 , interpoler une cadence de consigne 6s’ entre l’origine O et la cadence de consigne 6s’ linéairement croissante avec la puissance développée P à une valeur seuil V1 , appliquer la cadence de consigne 6s’ interpolée si la vitesse du véhicule 1 est inférieure à la valeur seuil V1 et la cadence de consigne 6s’ linéairement croissante avec la puissance développée P si la vitesse du véhicule 1 est supérieure à la valeur seuil V1 .

Lors d’une décélération, représentée en pointillés dans la figure 6, l’unité de contrôle 19 simule avantageusement une roue-libre jusqu’à l’arrêt.

L’utilisateur, pour décélérer, relâche les pédales 141 , ce qui est matérialisé en figure 6 par un segment sensiblement vertical à partir de la vitesse de consigne 6s’, jusqu’à la valeur 6.

La vitesse V du véhicule 1 décroît alors progressivement. Le moteur 7 ne reçoit plus de courant de la batterie 9, l’utilisateur peut actionner des freins ou le véhicule 1 peut être ralenti simplement par les frottements et éventuellement la pente du terrain sur lequel le véhicule 1 circule. En figure 6, cela est représenté par un segment en pointillés, proche de l’axe des abscisses, parcouru de droite à gauche au cours du temps : les pédales 141 ne tournent pas (cadence 6’ nulle) tandis que la vitesse V décroît.

A tout moment, l’utilisateur peut reprendre le pédalage, mais tant qu’il sera à une cadence 6’ inférieure à la cadence de consigne 6s’, l’unité de contrôle 19 ne génère aucun couple résistif TRes.

Pour les vitesses V négatives et avec une rotation des pédales 141 inverse, donc à cadence 6’ négative, l’unité de contrôle 19 peut imposer un troisième mode de fonctionnement, dans lequel elle simule, au moyen du moteur 7 et du générateur de retour haptique 15, un vélo à engrenage fixe aussi appelé « fixie » (de l’anglais « fixed gear bicycle »), dépourvu de roue libre.

Pour ce faire, le véhicule 1 est pourvu de capteurs de position longitudinale, par exemple les capteurs de position 35 de la roue 31 .

Dans le mode de fonctionnement « fixie », l’unité de contrôle 19 asservit la position angulaire des pédales 141 du pédalier 14 à la position longitudinale du véhicule 1 . Notamment, la cadence de consigne 6s’ au-delà de laquelle un couple résistif TRes rapidement croissant est exercé (de façon analogue à la figure 4) est alors directement proportionnelle aux variations de la position angulaire de la roue 31 , et donc à la vitesse V du véhicule.

Si le pédalier 141 comporte des capteurs de cadence 6’ et/ou de vitesse V du véhicule, un asservissement de la cadence 6’ à la vitesse V du véhicule 1 est bien- sûr une alternative évidente pour l’homme du métier.

Si le générateur de retour haptique 15 comporte des moyens d’exercer un couple moteur sur le pédalier 14, il est possible d’asservir mutuellement les positions angulaires de la roue 31 et des pédales 141 .

Un déplacement de la roue 31 , par exemple sous l’effet de l’inertie ou d’une pente, induira alors un mouvement proportionnel des pédales 141 , et un mouvement des pédales 141 induira un déplacement proportionnel de la roue 31 . Notamment, en pédalant en sens inverse, à cadence négative, l’utilisateur déclenche une rotation de la roue 31 dans le sens induisant une marche arrière, comme indiqué sur le graphe 6’(V) de la figure 6, qui continue à gauche et en bas de l’origine.

Il est alors possible, dans le cas d’un véhicule 1 ayant plusieurs places avec chacune leur pédalier 14, de partager la vitesse de consigne 6s’ du conducteur, avec le pédalier 14 du passager. Un ajustement de la vitesse de consigne 6s’ au profil du passager peut être effectuée pour améliorer son ressenti.

Notamment, le passager aura alors l’impression de participer à l’accélération du véhicule 1 et de ressentir ses accélérations et décélérations tout en fournissant du courant supplémentaire pour charger la batterie 9 et alimenter le moteur 3.

La figure 7 illustre un autre mode de réalisation alternatif dans lequel l’unité de contrôle 19 applique le mode de fonctionnement « fixie » sur un domaine de vitesses V du véhicule 1 positives.

Aux vitesses V faibles, en particulier inférieures à une valeur seuil V1 (P) dépendante de la puissance développée, l’unité de contrôle 19 adopte le mode de fonctionnement « fixie », où l’unité de contrôle 19 asservit la position angulaire des pédales 141 du pédalier 14 à la position longitudinale du véhicule 1. Dans ce mode de fonctionnement “fixie”, la cadence est donc proportionnelle à la vitesse V du véhicule 1 , avec un facteur de proportionnalité fixe (le rapport de l’engrenage fixe simulé).

L’unité de contrôle 19 est notamment configurée pour :

- calculer la cadence de consigne 6s’ en mode de fonctionnement « fixie »,

- calculer la cadence de consigne 6s’ linéairement croissante avec la puissance développée P,

- appliquer la plus petite des deux cadences de consigne 6s’ à la vitesse V du véhicule 1 considérée.

La valeur seuil V1 (P) est donc le point d’intersection des graphes des deux cadences de consigne calculées 6s’. Deux plateaux correspondant à deux niveaux de puissance P1 , P2 de l’utilisateur sont représentés en figure 7. Ces deux plateaux croisent la droite de la vitesse de consigne en mode “fixie” à deux valeurs seuil différentes V1 (P1 ) et V1 (P2), correspondant au basculement entre les modes de fonctionnement différents. La figure 8 est un graphe de la cadence de consigne 6s’ en fonction de la vitesse V du véhicule 1 d’un troisième mode de réalisation.

L’axe horizontal de la vitesse V du véhicule 1 est ici divisé en trois domaines I, Il et III avec deux valeurs seuil distinctes, la valeur seuil inférieure V1 et la valeur seuil supérieure V2.

Le premier domaine de vitesse / couvre les valeurs de vitesse inférieures à la valeur seuil inférieure V1 . Le deuxième domaine de vitesse II couvre les valeurs de vitesse V supérieures à la valeur seuil supérieure V2. Le troisième domaine de vitesse III couvre les valeurs de vitesse V comprises entre la valeur seuil inférieure V1 et la valeur seuil supérieure V2.

L’unité de contrôle 19 est alors configurée pour : comparer la vitesse V du véhicule 1 aux valeurs seuil V1 , V2, appliquer le troisième mode de fonctionnement dit « fixie » si la vitesse V du véhicule 1 est inférieure ou égale à la valeur seuil inférieure V1 (domaine /); appliquer le premier mode de fonctionnement à cadence de consigne 6s linéairement croissante avec la puissance développée P si la vitesse V du véhicule 1 est supérieure ou égale à la valeur seuil supérieure V2 (domaine //) et appliquer un mode de fonctionnement « transition » lorsque la vitesse V du véhicule 1 est strictement supérieure à la valeur seuil inférieure V1 et strictement inférieure à la valeur seuil supérieure V2 (domaine ///),.

Dans le mode de fonctionnement « transition », l’unité de contrôle 19 est par exemple configurée pour : calculer une cadence de consigne projetée à la valeur seuil supérieure V2 à la puissance développée P actuelle; et définir une cadence de consigne 6s’ par interpolation sur la vitesse V du véhicule 1 , entre d’une part la cadence 6’ correspondant à la valeur seuil inférieure V1 du troisième mode « fixie », et d’autre part la cadence 6 du premier mode à la puissance actuelle P à la valeur seuil supérieure V2.

Dans le cas de la figure 7, l’interpolation est notamment linéaire, mais peut en alternative être quadratique. Deux courbes correspondant au fonctionnement à cadence de consigne dépendant linéairement de la puissance P sont représentées dans le domaine supérieur à la valeur supérieure V2 (domaine ///) à deux valeurs de puissance P1 , P2 différentes, correspondant à des plateaux à des hauteurs différentes.

Deux interpolations différentes sont représentées dans le domaine entre les deux valeurs seuil V1 , V2 (domaine //).

Lors d’une décélération, une roue libre peut à nouveau être simulée, au moins sur les domaines II et III correspondant aux modes de fonctionnement « transition » et à cadence de consigne 6s’ linéairement croissante avec la puissance développée P.

Selon un premier mode de réalisation, la roue libre, lors de la décélération, est adoptée jusqu’à la valeur seuil inférieure V1 marquant le retour au fonctionnement au troisième mode « fixie ». De façon analogue à la figure 6, un segment vertical à partir d’une vitesse élevée (du domaine //), avec un segment proche de l’axe des abscisses, parcouru de gauche à droite au cours du temps, jusqu’à la valeur seuil inférieure V1 .

Lorsque la vitesse V atteint la valeur seuil inférieure V1 , le fonctionnement bascule alors en mode « fixie ». Dans ce mode, pour rétablir l’asservissement de la position ou la cadence des pédales 141 à la position des roues 31 , 33 ou la vitesse du véhicule 1 , un couple moteur est alors exercé sur les pédales 141 jusqu’à ce qu’elles tournent à la cadence de consigne 6s à la valeur seuil inférieure V1 .

Selon un mode de réalisation préféré, lors de la décélération, l’unité de contrôle 19 asservit progressivement la cadence des pédales 141 à la vitesse V du véhicule 1 au moyen du couple moteur exercé sur le pédalier 14 entre les valeurs seuil V1 , V2.

Lors de la décélération de la valeur seuil supérieure V2 à la valeur seuil inférieure V1 , l’unité de contrôle 19 impose une cadence minimale. Lorsque la vitesse V du véhicule est à la valeur seuil supérieure V2 la cadence minimale vaut 6. Lorsque la vitesse V du véhicule est à la valeur seuil supérieure V1 la cadence minimale est égale à la cadence de consigne 6s’ imposée par le mode « fixie » à la valeur seuil inférieure V1 .

Lors de la décélération, si la cadence 6’ est inférieure à la cadence minimale, l’unité de contrôle 19 utilise du courant issu de la batterie 9 pour exercer un couple moteur sur le pédalier 14. Si la cadence 6’ est supérieure à la cadence de consigne minimale (pointillés) mais inférieure à la cadence de consigne 6s’ lors de l’accélération (traits pleins), aucun couple n’est exercé sur le pédalier 14, l’utilisateur ressent une roue-libre.

Si la cadence 6’ est supérieure à la cadence de consigne 6s’ lors de l’accélération (traits pleins), un couple résistif est appliqué sur le pédalier 14 et le véhicule 1 accélère de nouveau.

Le troisième mode « transition » permet alors à l’utilisateur de basculer entre les deux autres modes (« fixie » et « à cadence de consigne 6s’ dépendant linéairement de la puissance P ») de façon peu voire pas perçue, et avec une continuité dans les sensations.

Pour le ralentissement et le freinage, un mode de réalisation particulier prévoit un fonctionnement dans lequel l’utilisateur U freine par rétropédalage. Notamment, de façon analogue aux vélos dits « hollandais », le rétropédalage peut n’être effectué que sur une amplitude inférieure ou égale à un tour.

L’unité de contrôle 19 est alors configurée pour détecter l’actionnement en sens inverse du pédalier 14 afin de déclencher un freinage du véhicule 1 . Ce freinage peut être réalisé par un mécanisme mécanique, tel que des freins à disques. De préférence, le freinage est réalisé par un couple résistif appliqué sur le moteur électrique 7 de véhicule 1 . Lorsque le besoin de freinage est important un freinage mécanique peut être appliqué avec un freinage par couple résistif. Par exemple, l’unité de contrôle 19 peut être configurée pour appliquer un freinage de valeur fixe ou un freinage croissant avec l’angle de rétropédalage appliqué sur le pédalier 14.

Le générateur de retour haptique 15 est avantageusement configuré pour exercer un couple résistif (opposé au rétropédalage, c’est-à-dire moteur avec l’orientation précédente) croissant en valeur absolue avec l’écart angulaire entre la position initiale au début du rétropédalage et la position actuelle des pédales 141 .

Ce mode de fonctionnement analogue aux vélos « hollandais » est notamment applicable lors des fonctionnements dans les zones II et III où une roue libre est simulée. Dans la zone / dite « fixie », le rétropédalage est associé à une marche arrière du véhicule 1 . Pour assurer la transition vers ce mode de fonctionnement « fixie » de la zone I, une forme d’hystérésis est avantageuse. En effet, le mode de fonctionnement « fixie » est indiqué à faible vitesse, pour les manœuvres par exemple.

Lors du retour à ce mode de fonctionnement, le pédalier 14 devient moteur, du fait du couplage direct simulé. Si ce retour au mode de fonctionnement « fixie » est effectué à une vitesse trop élevée, l’utilisateur U va ressentir ledit basculement en mode moteur du pédalier 14 comme un soudain à-coup, ce qui nuira au confort de conduite et à la qualité ressentie du véhicule.

Notamment, en partant d’une situation de véhicule 1 à l’arrêt, ou plus généralement fonctionnant en mode « fixie », ledit mode de fonctionnement « fixie » est adopté jusqu’à la transition vers la zone III.

En revanche, en partant d’une situation dans laquelle le fonctionnement simule une roue libre (zones II et ///), cette roue libre est maintenue jusqu’à ce qu’une vitesse nulle ou proche de la vitesse nulle (typiquement de l’ordre d’un ou quelques kilomètres par heure), située dans la zone /, soit atteinte.

Lorsque l’utilisateur U atteint cette vitesse nulle ou proche de la vitesse nulle, le générateur de retour haptique 15 exerce un couple résistif ou moteur correspondant au mode « fixie » de la zone / dans lequel les positions angulaires des pédales 141 et des roues 31 , 33 sont couplées.

Par exemple, si l’utilisateur U démarre avec le véhicule 1 à l’arrêt, le mode de fonctionnement initial sera le mode « fixie » tant que l’utilisateur U sera dans la zone /. Dans cette zone / de vitesse V faible, le mode « fixie » permet de manœuvrer aisément le véhicule 1 , avec une grande précision en marche avant et arrière.

Lorsque l’utilisateur U accélère, il pédale dans le sens positif ou moteur avec une puissance croissante, jusqu’à entrer dans la zone III (ou II si aucune zone III n’est prévue). La transition vers ce mode de fonctionnement différent, pourvu d’une roue libre, est notamment transparente pour l’utilisateur U qui pédale activement et ne ressent donc pas de changement dans le retour haptique. Le mode de fonctionnement de la zone III (ou //) est comme précédemment mentionné avantageux pour la circulation à vitesse V élevée. Lorsque l’utilisateur U cesse de pédaler ou engage le système de freinage en rétropédalant, la vitesse V diminue. Avec l’hystérésis, le fonctionnement avec une roue libre, correspondant à la zone III ou II, est adopté jusqu’à une vitesse V faible, située dans la zone / proche de zéro voire nulle. Le mode « fixie » est alors à nouveau adopté, avec un entraînement faible des pédales 141 du pédalier 14 à ladite vitesse V faible.

L’utilisateur U peut ainsi cesser de pédaler et ressentir une décélération en roue libre, c’est-à-dire sans mouvement de sa part, jusqu’à l’arrêt complet ou quasi complet du véhicule 1 . Lorsqu’il recommencera à pédaler, le mode de fonctionnement « fixie » aura été adopté de façon imperceptible ou faiblement perceptible par l’utilisateur U.

Selon un mode de réalisation alternatif, la puissance de freinage est proportionnelle à la puissance développée en rétropédalage par l’utilisateur. Ce mode de fonctionnement est plus simple, mais ne permet pas de freiner abruptement sans effort de l’utilisateur, et est donc plus indiqué pour l’utilisation dans un véhicule à vitesse relativement faible (vélo, pédalo etc.).

La figure 9 est une représentation schématique d’un appareil d’exercice 200 fixe à pédalier, de type vélo d’appartement ou vélo elliptique.

L’appareil d’exercice 200 est en particulier un vélo d’appartement, comportant une base 201 dans laquelle est incorporé le pédalier 14, des pieds 203 pour l’appui au sol, une selle 205 et des poignées 207.

Le pédalier 14 ne sert alors pas au contrôle d’un moteur électrique 7 de véhicule 1 . Le pédalier 14 comporte alors une unité de contrôle 19 imposant au moyen d’un générateur de retour haptique 15 une cadence de consigne 0s’ dépendant linéairement de la puissance développée P essentiellement pour la régulation de la cadence 0’.

Le pédalier 14 selon l’invention et le procédé de régulation de la cadence mis en œuvre par l’unité de contrôle 19 dudit pédalier 14 permettent de rendre confortable le pédalage à haute puissance. L’effort soutenu que représente cette haute puissance peut alors être maintenu plus longtemps, et les bénéfices liés à l’exercice en sont augmentés. En outre, en rendant soutenable l’effort à puissance importante, la conduite d’un véhicule 1 piloté en vitesse V au moyen d’un pédalier 14 est rendue plus agréable, surtout lorsqu’une vitesse V élevée du véhicule 1 doit être maintenue par un effort important sur le pédalier 14 pour des durées longues.