FR2746352A1 - Vehicule automobile electrique avec moteur thermique d'appoint - Google Patents

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Abstract

Le véhicule hybride de l'invention comporte un essieu moteur (10) avec un différentiel (11) entre deux roues (12, 13) entraînées par un moteur électrique (14, 15) respectif, ces moteurs couplés à une batterie (16) par des dispositifs de pilotage (14a, 15a) commandée par une unité de commande (18), à la disposition du conducteur. Il comporte de plus un moteur thermique (17) qui attaque, par l'intermédiaire d'un embrayage (17a) et d'un arbre (17b) le différentiel (11). En ville, ou à faible vitesse (< 50 km/h), l'embrayage (17a) est inactif et le véhicule est en fonctionnement électrique pur, non polluant. A vitesse plus élevée, c'est-à-dire sur route, l'embrayage est actif, et le moteur thermique (17) participe à la propulsion, dans des conditions où la pollution est moins à craindre. Le moteur (17) n'est pas muni d'une boîte de vitesses, car il est embrayé dans une gamme de vitesses compatible avec un rapport de transmission unique.

Description

"Véhicule automobile électrique avec moteur
thermique d'appoint"
L'invention se rapporte à un véhicule comportant deux groupes propulseurs, un premier groupe propulseur comprenant au moins un moteur électrique, une batterie d'accumulateurs et une unité de commande pour régler des échanges d'énergie entre batterie d'accumulateurs et moteur électrique, et un second groupe propulseur comprenant un moteur athermique, les moteurs des deux groupes étant reliés à au moins un essieu moteur avec un différentiel entre deux roues par un moyen de couplage respectif, l'organe de couplage du second groupe propulseur ne devenant actif que lorsque la vitesse de roulement du véhicule atteint une vitesse de seuil.
La majorité des véhicules automobiles sont équipés d'un moteur athermique, à essence ou diesel. Les inconvénients majeurs des moteurs thermiques sont leur rendement limité, la pollution engendrée par leur fonctionnement, plus particulièrement à bas régime, et le faible couple à bas régime qui impose une transmission à rapports multiples. En contrepartie, la grande densité énergétique du carburant qu'ils consomment leur confère une grande autonomie (couramment 500 km sur autoroute), et la durée d'un ravitaillement est très courte.
Par contraste, les véhicules à moteur électrique présentent un excellent rendement, un couple très élevé à faible vitesse de rotation, et engendrent une très faible pollution, en contrepartie, la batterie nécessaire pour l'alimentation ne leur confère qu'une autonomie très limitée en raison du faible rapport énergie/poids mort qu'elle possède (100 km environ actuellement à vitesse limitée), et de la durée nécessaire à sa recharge.
I1 en résulte que, en ville, le moteur électrique est avantageux sur la plupart des points et ses inconvénients sont peu gênants, la vitesse et les distances parcourues étant limitées, et les possibilités de recharge de la batterie relativement accessible, tandis que, sur route, le moteur thermique n'est pratiquement pas concurrencé.
Même s'il apparat que 80 % des trajets quotidiens des véhicules sont inférieurs à 50 km, la plupart des usagers ne peuvent accepter de ne posséder qu'un véhicule incapable d'un trajet normal sur route; en outre, la possession généralisée de deux véhicules à utilisation alternative, un pour la ville et l'autre pour les voyages, poserait des problèmes de parcages.
On a donc proposé des véhicules dits hybrides, équipés d'un moteur électrique associé à une batterie d'accumulateurs, et d'un moteur thermique.
Deux dispositions ont été proposées, dites hybride série, et hybride parallèle.
Dans la disposition hybride série, le moteur électrique attaque un essieu moteur, et le moteur thermique est couplé à une génératrice capable, soit d'alimenter le moteur électrique en parallèle sur la batterie, soit de recharger cette batterie, la recharge pouvant éventuellement être effectuée pendant le roulement du véhicule, le moteur thermique fournissant de l'énergie, via la génératrice, simultanément au moteur électrique et à la batterie; il va de soi que, pour les courts trajets, le moteur thermique est arrêté. Cette disposition est en soi lourde et coûteuse, compte tenu que le moteur électrique doit être dimensionné pour fournir la puissance correspondant aux performances maximales du véhicule, et que la génératrice doit avoir pratiquement les mêmes dimensions que le moteur électrique. Le moteur thermique doit posséder une puissance pratiquement égale à la puissance des moteur et génératrice électriques.
Dans la disposition hybride parallèle, les deux moteurs, thermique et électrique, attaquent l'essieu moteur par l'intermédiaire d'organes de couplage respectifs. Le véhicule peut avoir ainsi un fonctionnement purement électrique, un fonctionnement purement thermique, et un fonctionnement où les deux moteurs entraînent conjointement le véhicule. La puissance de chacun des moteurs peut etre inférieure à la puissance requise par les performances maximales, compte tenu que ces performances seront obtenues avec les deux moteurs en action conjointe.
Le document WO-A-95/13201 décrit un véhicule de ce type.
En général, les véhicules hybrides paralleles comportent les éléments de transmission classiques des moteurs thermiques, embrayage et boite de vitesses, éventuellement simplifiés, pour permettre le fonctionnement purement thermique, même si, comme décrit dans le document
WO-A-95/13201, le moteur thermique n'est mis à contribution que lorsque le véhicule doit rouler à une vitesse supérieure à une vitesse de seuil, de l'ordre de grandeur de la vitesse maximale autorisée en ville.
Différemment, l'invention propose un véhicule automobile comportant deux groupes propulseurs, un premier groupe propulseur comprenant au moins un moteur électrique, une batterie d'accumulateurs et une unité de commande pour régler des échanges d'énergie entre batterie d'accumulateurs et moteur électrique, et un second groupe propulseur comprenant un moteur thermique, les moteurs des deux groupes étant reliés à au moins un essieu moteur avec un différentiel entre deux roues par un moyen de couplage respectif, l'organe de couplage du second groupe propulseur ne devenant actif que lorsque la vitesse de roulement du véhicule atteint une vitesse de seuil, caractérisé en ce que, l'organe de couplage du premier groupe propulseur constituant liaison permanente en aval du moyen de couplage du second groupe, l'unité de commande du premier groupe est sensible à des signaux issus d'organes de conduite à la disposition du conducteur du véhicule.
Par cette disposition, le moteur thermique n'est jamais appelé à fournir de l'énergie mécanique à l'essieu moteur lorsque la vitesse de roulement du véhicule est inférieure à la vitesse de seuil, et en conséquence, peut attaquer directement l'essieu moteur à travers un embrayage sans faire intervenir une boite de vitesses à plusieurs rapports. I1 n'existe pas non plus de rapport inverse pour une marche arrière, le moteur électrique assurant ce rapport par inversion électrique de son sens de rotation.
I1 est également possible de lancer le moteur thermique par manoeuvre de l'organe de couplage du second groupe, lorsque la vitesse de roulement du véhicule atteint la vitesse de seuil.
De préférence, l'organe de couplage du second groupe peut être verrouillé en position inactive. En effet, il n'y a pas lieu de lancer le moteur thermique lorsque le véhicule est poussé au-delà de sa vitesse de seuil momentanément, soit en ville pour une manoeuvre exceptionnelle, soit sur route dans un bouchon, par exemple.
En disposition préférée, le premier groupe propulseur comporte, sur l'essieu moteur, deux moteurs couplés respectivement à chacune des roues, de part et d'autre du différentiel.
Outre qu'elle permet un logement pratique du groupe électrique, cette disposition a l'avantage que les vitesses de rotation des roues motrices peuvent être contrôlées individuellement de manière électrique, pour éviter un emballement ou un arrêt d'une roue, sans adjonction de dispositifs capteurs spécifiques.
De préférence, l'unité de commande comprend des moyens de commande de l'organe de couplage du second groupe propulseur, et des moyens de réglage du fonctionnement du moteur thermique en cohérence avec le réglage des échanges d'énergie entre batterie et moteur électrique.
Des caractéristiques secondaires, et des avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 représente l'ensemble propulseur d'un véhicule selon l'invention;
- la figure 2 schématise une variante d'ensemble propulseur, comportant une génératrice de secours.
Selon le mode de réalisation de l'invention choisi et représenté figure 1, un véhicule, non représenté dans son ensemble, comporte un essieu moteur 10, avec un différentiel 11 central, et des roues motrices 12 et 13. A l'essieu moteur 10 est couplé en permanence un premier groupe propulseur constitué de deux moteurs électriques 14 et 15, disposés entre le différentiel 11 et les roues 12 et 13 et entraînant respectivement ces roues 12 et 13. Le différentiel 11 est attaqué, par l'intermédiaire d'un arbre de transmission 176, par un second groupe propulseur comprenant un moteur thermique 17, ici un moteur & pistons alimenté à l'essence, ou mieux au carburant GPL. Un embrayage 17a relie le moteur thermique 17 à l'arbre 17b.
L'embrayage 17a est du type à friction muni d'un actionneur.
Les moteurs 14 et 15 sont alimentés à partir d'une batterie d'accumulateurs 16, à travers des dispositifs de pilotage, respectivement 14a et 15a. Ces dispositifs de pilotage 14a et 15a pilotent, de façon connue, les échanges d'énergie électrique entre la batterie 16 et les moteurs 14 et 15, à partir de signaux de commande issus d'une unité de commande 18, pour régler les vitesses de rotation et les couples transmis aux roues 12 et 13 au gré du conducteur.
L'unité de commande reçoit sur une entrée 18a un signal de vitesse d'un tachymètre 19 calé sur l'arbre 17 .
Cette unité de commande 18 possède une sortie 18t qui transmet les signaux de commande aux dispositifs de pilotage 14a et 15a, une sortie 18c pour régler le régime du moteur thermique 17, et une sortie 18d pour commander la manoeuvre de l'embrayage 17a.
En outre, l'unité de commande 18 reçoit sur une entrée de commande 18f des données relatives à l'état de charge de la batterie.
En outre, un chargeur de batterie 16a, avec un cible de raccordement 16b, est associé à la batterie.
Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant:
Aux faibles allures, en ville et pour les manoeuvres, le moteur thermique est arrêté et 1 'embrayage 17a en position inactive. Les actions du conducteur sur l'unité de commande 18 engendrent des signaux sur la sortie 18k qui déterminent l'application, par les dispositifs de pilotage 14a et lisa, de tensions sur les moteurs 14 et 15 avec des amplitudes et sens appropriés à la vitesse et au sens de déplacement voulu du véhicule.
Lorsque la vitesse de déplacement, mesurée par le tachymetre 19, atteint une valeur de seuil, ici de 50 ka/h, le moteur thermique 17 est mis en état de marche et l'embrayage 17a devient actif, ce qui lance ce moteur 17; l'unité de commande règle alors l'admission du moteur thermique pour que celui-ci ajoute son couple à ceux des moteurs électriques pour porter la vitesse du véhicule à la valeur souhaitée par le conducteur, entre la vitesse de seuil (50 km/h) et une vitesse maximale, par exemple de 130 km/h, sur des distances non limitées.
Bien entendu, il est possible de verrouiller l'embrayage 17a en position inactive, en supprimant la liaison avec la sortie 18d, pour éviter de lancer le moteur thermique lors d'une pointe de vitesse transitoire au-delS de la vitesse de seuil, que ce soit en ville pour une manoeuvre exceptionnelle nécessaire, ou sur route dans une circulation difficile. Par ailleurs, lorsque les moteurs thermique et électrique sont en action simultanée, la répartition de l'énergie motrice entre les groupes propulseurs sera modulée en fonction de la puissance sollicitée, et de l'état de charge de la batterie 16.
Notamment, le réglage du pilotage des moteurs électriques 14 et 15 par leurs dispositifs de pilotage 14a et 15a peut permettre de recharger partiellement la batterie 16, ces moteurs fonctionnant en génératrices en empruntant de l'énergie mécanique au moteur thermique. De plus, à tous régimes, les moteurs électriques 14 et 15 permettent un freinage en récupération, contribuant ainsi à la recharge de la batterie 16. Toutefois, la recharge normale et complète de la batterie sera effectuée à l'arrêt en connectant le chargeur 16a par son câble à une prise d'un réseau de distribution.
On observera que l'embrayage 17a pourrait etre remplacé par deux embrayages disposés entre le différentiel 11 et les moteurs électriques 14 et 15.
On notera que le premier groupe propulseur pourrait comporter un seul moteur électrique, traversé par l'arbre 17b, en amont du différentiel 11. Mais l'utilisation de moteurs affectés chacun à une roue particulière, comme représenté ici, permet de contrôler la vitesse de rotation de chaque roue motrice indépendamment de l'autre. Cela permet d'éviter le blocage unilatéral d'une roue, ainsi qu'un emballement en dérapage.
Ces moteurs électriques peuvent être soit des moteurs à courant continu dont on règle les courants d'inducteur et d'induit, soit des moteurs à courant alternatif polyphasé, les dispositifs de pilotage étant alors des onduleurs à fréquence commandée.
La disposition schématisée sur la figure 2 est dérivée de la disposition de la figure 1 en ce qu'un moteur électrique auxiliaire 20 est monté sur l'arbre 17b entre le moteur thermique 17 et le différentiel 11. Des embrayages 17a et 20a sont intercalés respectivement entre le moteur thermique 17 et le moteur auxiliaire 20, et entre celui-ci et le différentiel 11.
En marche normale, l'embrayage 20a est actif, et le moteur électrique auxiliaire 20 fonctionne en parallèle électrique avec les moteurs 14 et 15. Au-delà de la vitesse de seuil, l'embrayage 17a devient actif et le moteur thermique 17 participe à la propulsion.
Lorsque la batterie est déchargée, ou en avarie, l'embrayage 20a est rendu inactif, et l'embrayage 17a est actif tandis que le moteur thermique est lancé. Le moteur électrique auxiliaire 20 entraîné par le moteur thermique 17 fonctionne alors en génératrice et délivre du courant électrique pour alimenter les moteurs électriques 14 et 15 et permettre au véhicule de se déplacer, et éventuellement pour recharger la batterie. Ainsi, le moteur auxiliaire fournit, soit par l'intermédiaire de l'embrayage 20a de 1'énergie mécanique, soit, embrayé sur le moteur thermique par l'intermédiaire de l'embrayage 17a, de l'énergie électrique.
Ce mode de fonctionnement serait utilisable pour effectuer des trajets longs à vitesse réduite (inférieure à la vitesse de seuil).
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution, dans le cadre des revendications.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1- Véhicule automobile comportant deux groupes propulseurs, un premier groupe propulseur comprenant au moins un moteur électrique (14, 15), une batterie d'accumulateurs (16) et une unité de commande (18) pour régler des échanges d'énergie entre batterie d'accumulateurs (16) et moteurs électriques (14, 15), et un second groupe propulseur comprenant un moteur thermique (17), les moteurs des deux groupes étant reliés à au moins un essieu moteur (10) avec un différentiel (11) entre deux roues (12, 13) par un moyen de couplage respectif, l'organe de couplage (17a) du second groupe propulseur ne devenant actif que lorsque la vitesse de roulement du véhicule atteint une vitesse de seuil, caractérisé en ce que, l'organe de couplage du premier groupe propulseur constituant liaison permanente en aval du moyen de couplage (17a) du second groupe, l'unité de commande (18) du premier groupe est sensible à des signaux issus d'organes de conduite à la disposition du conducteur du véhicule.
2- Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de couplage du second groupe (17a) peut être verrouillé en position inactive.
3- Véhicule selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier groupe propulseur comporte sur l'essieu moteur (10) deux moteurs électriques (14, 15) couplés respectivement à chacune des roues (12, 13) de l'essieu (10) de part et d'autre du différentiel (11).
4- Véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de couplage du second groupe est constitué de deux embrayages situés entre le différentiel (11) et chacun des moteurs électriques (14, 15).
5- Véhicule selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe de couplage du second groupe est constitué d'un embrayage (17a) situé entre le moteur thermique et le différentiel.
6- Véhicule selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que chaque embrayage est du type à friction muni d'un actionneur.
7- Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'unité de commande comprend des moyens de commande (18k) de l'organe de couplage du second groupe propulseur, et des moyens de réglage (18c) du fonctionnement du moteur thermique en cohérence avec le réglage des échanges d'énergie entre batterie (16) et moteur électrique (14, 15).
8- Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier groupe propulseur comprend un chargeur de batterie associé à la batterie d'accumulateurs, et raccordable par câble à un réseau de distribution électrique.
9- Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur électrique auxiliaire (20), disposé entre le second et le premier groupes propulseurs, et embrayable sur chacun d'eux, en sorte de pouvoir délivrer au premier groupe soit, embrayé sur le premier groupe, de l'énergie mécanique, soit, embrayé sur le second groupe, de l'énergie électrique.
10- Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la vitesse de seuil est d'environ 50 km/h.
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