FR2944244A1 - Electric power generation system for motor vehicle, has generator generating electrical current that is stored in electric accumulators during phases of deceleration of vehicle, and transmission comprising continuous speed changing device - Google Patents
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Abstract
Description
SYSTEME DE GENERATION D'ENERGIE ELECTRIQUE POUR VEHICULE AUTOMOBILE ELECTRIC POWER GENERATING SYSTEM FOR MOTOR VEHICLE
La présente invention concerne un système de génération d'énergie électrique entraîné par les roues d'un véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'un tel système. Les véhicules hybrides comportent une machine électrique reliée à des accumulateurs électriques, permettant de générer un courant électrique stocké dans ces accumulateurs, pour utiliser cette énergie afin d'optimiser le fonctionnement du moteur thermique du véhicule et réduire la consommation d'énergie ainsi que les émissions polluantes. Certains véhicules hybrides comportent deux machines électriques distinctes, l'une pour générer une énergie électrique, l'autre pour appliquer un couple moteur venant en complément de celui délivré par le moteur thermique. Il en est de même pour certains véhicules électriques qui peuvent aussi disposer de deux machines électriques indépendantes, permettant de réaliser ces deux fonctions. Ces véhicules peuvent comporter une génératrice de courant reliée par une transmission disposant d'un rapport de vitesse constant, à des roues du véhicule. En variante, la transmission peut aussi disposer d'un nombre réduit de rapports de vitesse, par exemple en utilisant ceux de la boîte de vitesses du moteur thermique. Les choix pour adapter le rapport de vitesse entre la génératrice électrique et les roues du véhicule sont alors limités. On ne peut pas toujours optimiser la vitesse de rotation de la génératrice en fonction de ses conditions de fonctionnement, et bénéficier de son meilleur taux de rendement possible. Le rapport utilisé résulte d'un compromis qui ne donne pas forcément la meilleure efficacité. The present invention relates to a system for generating electrical energy driven by the wheels of a motor vehicle, and a motor vehicle equipped with such a system. Hybrid vehicles include an electric machine connected to electric accumulators, to generate an electric current stored in these accumulators, to use this energy to optimize the operation of the engine of the vehicle and reduce energy consumption and emissions polluting. Some hybrid vehicles have two separate electrical machines, one to generate electrical energy, the other to apply a torque engine complementing that delivered by the engine. It is the same for some electric vehicles that can also have two independent electrical machines, to perform both functions. These vehicles may include a current generator connected by a transmission having a constant speed ratio to the wheels of the vehicle. Alternatively, the transmission may also have a reduced number of gear ratios, for example using those of the gearbox of the engine. The choices for adapting the speed ratio between the electric generator and the wheels of the vehicle are then limited. It is not always possible to optimize the speed of rotation of the generator according to its operating conditions, and to benefit from its best possible rate of return. The report used results from a compromise that does not necessarily give the best efficiency.
Un autre type connu de véhicule hybride présenté notamment dans le document US-4591016, comporte un système de freinage par frottement, comprenant un circuit hydraulique de freinage actionné par une pédale de frein, ce système étant relié à une commande d'un volant d'inertie pouvant stocker une énergie cinétique. Lors des freinages du véhicule, on privilégie avant d'actionner le circuit hydraulique de freinage, la récupération de l'énergie cinétique du véhicule en relançant le volant d'inertie par l'intermédiaire d'une transmission à variation continue. Cette transmission à variation continue permet d'adapter en permanence le meilleure rapport de vitesse entre les roues du véhicule et le volant d'inertie, pour optimiser son fonctionnement. Another known type of hybrid vehicle presented in particular in US-4591016, comprises a friction braking system comprising a hydraulic braking circuit actuated by a brake pedal, this system being connected to a control of a steering wheel. inertia that can store kinetic energy. During braking of the vehicle, it is preferred to actuate the hydraulic braking circuit, recovering the kinetic energy of the vehicle by relaunching the flywheel via a continuously variable transmission. This continuously variable transmission makes it possible to continuously adapt the best speed ratio between the wheels of the vehicle and the flywheel, in order to optimize its operation.
Un problème de ces véhicules hybrides stockant une énergie cinétique dans un volant d'inertie, est que cette énergie est difficile à stocker, et ne permet pas de réaliser différentes fonctions comme peut le faire l'énergie électrique. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un système de génération d'énergie électrique simple d'utilisation, et comportant un rendement élevé. Elle propose à cet effet un système de génération d'énergie électrique pour véhicule automobile, comportant une motorisation réalisant l'entraînement du véhicule, et une génératrice électrique indépendante de cette motorisation, qui est reliée par une transmission aux roues du véhicule, cette génératrice permettant de générer un courant électrique stocké dans des accumulateurs électriques lors de phases de ralentissement du véhicule, caractérisé en ce que la transmission de la génératrice électrique comporte un dispositif de variation continue de la vitesse. A problem of these hybrid vehicles storing kinetic energy in a flywheel, is that this energy is difficult to store, and does not allow to perform different functions as can the electrical energy. The present invention is intended in particular to avoid these drawbacks of the prior art, and to provide an electric power generation system that is easy to use and has a high efficiency. It proposes for this purpose a system for generating electrical energy for a motor vehicle, comprising a motorization for driving the vehicle, and an electric generator independent of this motor, which is connected by a transmission to the wheels of the vehicle, this generator allowing generating an electric current stored in electric accumulators during vehicle deceleration phases, characterized in that the transmission of the electric generator comprises a device for continuously varying the speed.
Un avantage de ce système de génération d'énergie électrique, est que grâce à la variation continue de la vitesse de la génératrice électrique, on peut en permanence en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule et de la demande de freinage par le conducteur, régler de manière continue le rapport de vitesse pour obtenir le meilleur rendement de la génératrice. An advantage of this electric power generation system is that, thanks to the continuous variation of the speed of the electric generator, it is possible at all times depending on the operating conditions of the vehicle and on the braking demand by the driver, to adjust continuously the gear ratio to get the best performance of the generator.
Le système de génération d'énergie électrique selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le système de génération d'énergie électrique comporte un calculateur recevant des informations de capteurs des pédales d'accélérateur et de frein, pour ajuster le rapport du dispositif de variation continue de la vitesse. Avantageusement, le système de génération d'énergie électrique comporte un moyen de mesure de l'intensité du courant délivré par la génératrice électrique. On peut utiliser ce moyen de mesure pour moduler le freinage appliqué par des freins de roue comprenant un frottement, afin d'ajuster ce freinage en fonction de celui déjà fourni par la génératrice électrique. Avantageusement, le rapport de vitesse établi par la transmission à variation continue, ajuste généralement la vitesse de rotation de la génératrice électrique à sa vitesse maximale pour produire de l'énergie électrique. Avantageusement, le système de génération d'énergie électrique comporte un moyen pour déterminer l'inclinaison longitudinale du véhicule, qui permet d'ajuster dans les descentes le fonctionnement de la génératrice électrique pour maintenir une vitesse prédéterminée du véhicule. Selon une disposition particulière de l'invention, la transmission à variation continue comporte une poulie à écartement variable, qui serre une courroie d'entraînement de la génératrice. The electric power generation system according to the invention may further comprise one or more of the following features, which may be combined with each other. Advantageously, the electrical energy generation system comprises a computer receiving sensor information accelerator and brake pedals, to adjust the ratio of the device for continuous variation of the speed. Advantageously, the electrical energy generation system comprises means for measuring the intensity of the current delivered by the electric generator. This measurement means can be used to modulate the braking applied by wheel brakes comprising a friction, in order to adjust this braking as a function of that already provided by the electric generator. Advantageously, the speed ratio established by the continuously variable transmission, generally adjusts the speed of rotation of the electric generator to its maximum speed to produce electrical energy. Advantageously, the electric power generation system comprises means for determining the longitudinal inclination of the vehicle, which makes it possible to adjust the operation of the electric generator in descents to maintain a predetermined speed of the vehicle. According to a particular embodiment of the invention, the continuously variable transmission comprises a variable spacing pulley, which clamps a drive belt of the generator.
Avantageusement, lorsque la génératrice électrique ne produit pas de courant, le rapport de la transmission à variation continue est ajusté pour établir la plus faible vitesse de rotation de cette génératrice. Selon une autre disposition particulière de l'invention, entre les roues du véhicule et la génératrice électrique, on dispose un embrayage de couplage permettant d'interrompre la transmission de mouvement lorsque cette génératrice électrique ne produit pas de courant. Advantageously, when the electric generator does not produce current, the ratio of the continuously variable transmission is adjusted to establish the lowest speed of rotation of this generator. According to another particular embodiment of the invention, between the wheels of the vehicle and the electric generator, there is a coupling clutch for interrupting the transmission of motion when the electric generator does not produce current.
L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comportant une motorisation réalisant l'entraînement du véhicule, et un système de génération d'énergie électrique comprenant une génératrice électrique indépendante de cette motorisation, qui est reliée par une transmission aux roues du véhicule, cette génératrice permettant de générer un courant électrique stocké dans des accumulateurs électriques lors de phases de ralentissement du véhicule, ce système de génération d'énergie électrique comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de l'installation électrique du système de génération d'énergie électrique selon l'invention ; et - la figure 2 est un schéma du dispositif mécanique de ce système de génération d'énergie, comprenant une transmission à variation continue comportant une courroie et une poulie variable. Les figures 1 et 2 représentent un système de génération d'énergie électrique 1 comprenant une génératrice électrique 2 pouvant être un alternateur ou un autre type de machine électrique tournante, qui est reliée à des roues 40 du véhicule par une transmission mécanique de mouvement. Cette transmission de mouvement comprend un variateur continu de vitesse 28, qui permet de faire varier de manière progressive le rapport de vitesse entre les roues 40 et la génératrice 2. Entre les roues 40 du véhicule et la génératrice électrique 2, on a successivement un embrayage 42 qui peut comporter des crabots de verrouillage, ou des disques de frottement serrés axialement, puis la transmission à variation continue 28. La transmission à variation continue 28 comporte une poulie variable 44, disposée sur l'axe de la roue 40, après l'embrayage 42. La poulie variable 44 comprend deux joues de serrage axial d'une courroie 48, dont l'écartement est variable sous l'effet d'un actionneur 50 piloté par un signal de commande 30. La courroie 48 entraîne à son tour une poulie fixe 46, qui se trouve sur l'axe de la génératrice électrique 2. Pour simplifier le schéma, on a représenté une seule roue 40 du véhicule, et un embrayage 42 ainsi qu'une poulie variable 44 directement montés sur l'axe de la roue. On peut en variante disposer ces éléments autrement, ils peuvent notamment être reliés à d'autres organes de transmission du véhicule, comme une boîte de vitesses. L'actionneur 50 exerce une force axiale sur une joue mobile de la poulie variable 44, pour en la resserrant vers l'autre joue, faire monter la courroie 48 sur un plus grand diamètre de cette poulie pour faire tourner cette courroie plus vite. On peut ainsi progressivement faire varier le rapport de vitesse des deux poulies 44, 46, entre deux valeurs minimum et maximum. Avec une poulie fixe 46, l'entraxe entre les poulies change en même temps que la poulie variable 44 modifie son rayon. Le générateur électrique 2 est monté sur un pivot, pour pouvoir se déplacer et modifier l'entraxe entre les deux poulies en fonction des variations de la poulie variable 44. En variante, on peut disposer une deuxième poulie variable sur l'axe de la génératrice électrique 2, de manière à resserrer les joues d'une poulie pendant qu'elles sont écartées sur l'autre, pour travailler avec un entraxe constant entre ces deux poulies. On peut aussi prévoir une transmission comprenant une variation continue du rapport, utilisant d'autres technologies connues. La génératrice électrique 2 est reliée d'une part à la masse du véhicule, et d'autre part à une batterie d'accumulateurs électriques 4. Entre la génératrice électrique 2 et la batterie d'accumulateurs 4, on a successivement un transistor de charge 6 de cette batterie, qui est piloté par un signal 12 venant du calculateur 10, et une résistance R de mesure 8 montée en série, dont les bornes sont reliées à ce calculateur pour fournir une information sur l'intensité du courant de charge. The invention also relates to a motor vehicle comprising a motorization for driving the vehicle, and an electric power generation system comprising an electric generator independent of this motor, which is connected by a transmission to the wheels of the vehicle, this generator for generating an electric current stored in electric accumulators during vehicle deceleration phases, this electric power generation system having any of the preceding characteristics. The invention will be better understood and other features and advantages will emerge more clearly on reading the following description given by way of example, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a diagram of the electrical installation of the electric power generation system according to the invention; and FIG. 2 is a diagram of the mechanical device of this energy generation system, comprising a continuously variable transmission comprising a belt and a variable pulley. Figures 1 and 2 show an electric power generation system 1 comprising an electric generator 2 can be an alternator or other type of rotating electrical machine, which is connected to wheels 40 of the vehicle by a mechanical transmission of movement. This transmission of movement comprises a continuous speed variator 28, which makes it possible to progressively vary the speed ratio between the wheels 40 and the generator 2. Between the wheels 40 of the vehicle and the electric generator 2, there is successively a clutch 42 which may comprise locking dogs, or friction discs axially clamped, then the continuously variable transmission 28. The continuously variable transmission 28 comprises a variable pulley 44, disposed on the axis of the wheel 40, after the clutch 42. The variable pulley 44 comprises two axial clamping flanges of a belt 48, whose spacing is variable under the effect of an actuator 50 controlled by a control signal 30. The belt 48 in turn drives a fixed pulley 46, which is located on the axis of the electric generator 2. To simplify the diagram, there is shown a single wheel 40 of the vehicle, and a clutch 42 and a variable pulley 44 say mounted on the axis of the wheel. These elements can alternatively be arranged otherwise, they can in particular be connected to other transmission members of the vehicle, such as a gearbox. The actuator 50 exerts an axial force on a movable cheek of the variable pulley 44, to tighten it towards the other cheek, to raise the belt 48 on a larger diameter of this pulley to rotate this belt faster. It is thus possible gradually to vary the speed ratio of the two pulleys 44, 46, between two minimum and maximum values. With a fixed pulley 46, the distance between the pulleys changes at the same time as the variable pulley 44 changes its radius. The electric generator 2 is mounted on a pivot so as to be able to move and modify the distance between the two pulleys as a function of the variations of the variable pulley 44. As a variant, it is possible to have a second variable pulley on the axis of the generator. electrical 2, so as to tighten the cheeks of a pulley while they are spaced apart on the other, to work with a constant distance between these two pulleys. It is also possible to provide a transmission comprising a continuous variation of the ratio, using other known technologies. The electric generator 2 is connected on the one hand to the mass of the vehicle, and on the other hand to an electric storage battery 4. Between the electric generator 2 and the storage battery 4, there is successively a charge transistor 6 of this battery, which is controlled by a signal 12 from the computer 10, and a resistor R measurement 8 connected in series, whose terminals are connected to this computer to provide information on the intensity of the charging current.
Le calculateur 10 est alimenté en courant par une alimentation 20, et reçoit des informations de capteurs de la pédale d'accélérateur 24 ainsi que de la pédale de frein 26, commandées par le conducteur. Le calculateur 10 peut recevoir de plus en option, une information provenant d'un capteur d'inclinaison longitudinale 22 du véhicule, qui permet de déterminer la pente de la route suivie par ce véhicule. En fonctions des différentes informations reçues et des modes de fonctionnement mis en mémoire dans le calculateur 10, ce calculateur envoie un signal de commande 30 à la transmission à variation continue 28, pour faire varier le rapport de vitesse entre les roues 40 du véhicule et la génératrice électrique 2. Le véhicule peut être un véhicule à traction uniquement électrique, ou un véhicule hybride combinant la traction d'un moteur thermique avec celle de moteurs électriques, ces différents moteurs électriques de traction étant indépendants de la génératrice électrique 2. La génératrice électrique 2 a pour but principal en délivrant un courant de charge de la batterie d'accumulateurs 4, de récupérer au moins en partie l'énergie cinétique du véhicule pendant les phases de décélération, ou dans les descentes. Cette énergie stockée dans la batterie d'accumulateurs 4, sert ensuite pour alimenter les moteurs de traction électriques notamment pendant des phases d'accélération, afin de réduire la consommation globale d'énergie du véhicule. L'ajustement du rapport de vitesse par le calculateur 10 délivrant le signal de commande 30 à la transmission à variation continue 28, permet en particulier à chaque instant d'ajuster la vitesse de rotation de la génératrice électrique 2 à sa vitesse maximale, qui est généralement le point de fonctionnement où le rendement est le plus élevé. On notera que pour des vitesses importantes du véhicule, on peut diminuer le rapport de multiplication de la transmission à variation continue 28, pour éviter une vitesse trop élevée de la génératrice électrique 2, dépassant sa vitesse maximale, qu'elle ne pourrait pas supporter. The computer 10 is supplied with power by a power supply 20, and receives sensor information from the accelerator pedal 24 and the brake pedal 26, controlled by the driver. The computer 10 may additionally receive, optionally, information from a longitudinal inclination sensor 22 of the vehicle, which makes it possible to determine the slope of the road followed by this vehicle. In function of the different information received and the operating modes stored in the computer 10, this computer sends a control signal 30 to the continuously variable transmission 28, to vary the speed ratio between the wheels 40 of the vehicle and the electric generator 2. The vehicle may be a purely electric traction vehicle, or a hybrid vehicle combining the traction of a heat engine with that of electric motors, these different electric traction motors being independent of the electric generator 2. The electric generator The main purpose of this invention is to provide a charging current for the storage battery 4, to recover at least part of the kinetic energy of the vehicle during the deceleration phases or during the descents. This energy stored in the storage battery 4, is then used to power the electric traction motors especially during acceleration phases, to reduce the overall energy consumption of the vehicle. The adjustment of the speed ratio by the computer 10 delivering the control signal 30 to the continuously variable transmission 28, allows in particular at each instant to adjust the speed of rotation of the electric generator 2 to its maximum speed, which is generally the operating point where the yield is the highest. It will be noted that for high speeds of the vehicle, it is possible to reduce the multiplication ratio of the continuously variable transmission 28, in order to avoid a speed too high for the electric generator 2, exceeding its maximum speed, which it could not withstand.
Les informations délivrées par les capteurs de la pédale d'accélérateur 24 et de frein 26, permettent de connaître la volonté du conducteur : accélération du véhicule ; maintien de sa vitesse ou freinage. En cas de demande de freinage et suivant l'intensité du freinage demandé, on privilégie une recharge la plus élevée de la batterie d'accumulateurs 4, avant d'utiliser les freins de roue comprenant des moyens de frottement, commandés par une pression dans un circuit hydraulique. Avantageusement, le calculateur 10 délivre une information permettant de moduler le freinage appliqué par les freins de roue en fonction de celui déjà fourni par la génératrice électrique 2, afin de répondre globalement à la demande du conducteur. En particulier, le calculateur ajuste le rapport de la transmission à variation continue 28 par la commande 30, pour obtenir une vitesse de rotation de la génératrice électrique 2 élevée, représentant du point de fonctionnement où le rendement est le meilleur. Le freinage demandé par le conducteur peut être un appui sur la pédale de frein 24, ou seulement le relâchement de la pédale d'accélérateur 26 qui peut représenter la demande pour un freinage léger correspondant au frein moteur réalisé par le moteur thermique. The information supplied by the sensors of the accelerator pedal 24 and the brake pedal 26 make it possible to know the driver's will: acceleration of the vehicle; maintaining speed or braking. In the case of a braking request and according to the intensity of the braking requested, the highest charging of the accumulator battery 4 is preferred before using the wheel brakes comprising friction means, controlled by a pressure in a hydraulic circuit. Advantageously, the computer 10 delivers information to modulate the braking applied by the wheel brakes according to that already provided by the electric generator 2, in order to meet the overall demand of the driver. In particular, the computer adjusts the ratio of the continuously variable transmission 28 by the control 30, to obtain a rotational speed of the electric generator 2 high, representing the operating point where the efficiency is the best. The braking requested by the driver may be a support on the brake pedal 24, or only the release of the accelerator pedal 26 which may represent the demand for light braking corresponding to the engine brake produced by the engine.
Le calculateur 10 contrôle en permanence le courant délivré par la génératrice électrique 2, par la mesure des tensions aux bornes de la résistance R, pour optimiser le fonctionnement du système de génération d'énergie électrique 1. En particulier, ce courant correspond à un couple résistant de la génératrice électrique 2, et donc au couple de freinage appliqué sur le véhicule par cette génératrice, qui doit être ajusté en fonction de la demande du conducteur. Une répartition du freinage global du véhicule avec celui délivré par les freins de roues, est établie en permanence par le calculateur 10. The computer 10 continuously monitors the current delivered by the electric generator 2, by measuring the voltages across the resistor R, in order to optimize the operation of the electrical energy generation system 1. In particular, this current corresponds to a torque resistance of the electric generator 2, and therefore the braking torque applied to the vehicle by this generator, which must be adjusted according to the driver's request. A distribution of the overall braking of the vehicle with that delivered by the wheel brakes is permanently established by the computer 10.
En cas de demande par le conducteur d'un freinage important, la transmission à variation continue 28 procure la plus grande multiplication de vitesse possible, pour fournir une puissance électrique importante et délivrer un freinage des roues le plus élevé. Pendant les phases ou aucun freinage n'est souhaité, l'embrayage de couplage 42 est maintenu ouvert pour ne pas entraîner la transmission à variation continue 28, ainsi que la génératrice électrique 2. De cette manière, on réduit les pertes dues aux frottements de ces composants. En variante, on peut disposer un tel système de génération d'énergie électrique 1 sans embrayage de couplage 42, pour réaliser un système plus économique. Dans ce cas, le calculateur 10 dispose systématiquement la transmission à variation continue suivant la multiplication de vitesse la plus faible quand aucun freinage n'est souhaité, de manière à réduire la vitesse de rotation de la génératrice électrique 2, et donc les pertes dues à son entraînement. Le capteur d'inclinaison longitudinale 22 du véhicule donnant une information sur la pente de la route, disposé en option, permet notamment en connaissant la pente, de maintenir une vitesse constante du véhicule quand la pédale de gaz est relâchée. Le calculateur 10 ajuste alors la vitesse de rotation de la génératrice électrique 2, ainsi que le courant débité dans la batterie d'accumulateur 4, pour obtenir un couple de freinage permettant de maintenir une vitesses constante du véhicule.25 If the driver requests a significant braking, the continuously variable transmission 28 provides the greatest possible speed multiplication, to provide a large electrical power and deliver the highest braking wheels. During the phases where no braking is desired, the coupling clutch 42 is kept open so as not to cause the continuously variable transmission 28, as well as the electric generator 2. In this way, it reduces the losses due to the friction of these components. Alternatively, one can have such an electric power generation system 1 without coupling clutch 42, to achieve a more economical system. In this case, the computer 10 systematically has the continuously variable transmission following the lowest speed multiplication when no braking is desired, so as to reduce the rotational speed of the electric generator 2, and therefore the losses due to his training. The longitudinal inclination sensor 22 of the vehicle giving an information on the slope of the road, disposed optionally, allows in particular knowing the slope, to maintain a constant speed of the vehicle when the gas pedal is released. The computer 10 then adjusts the rotational speed of the electric generator 2, as well as the current delivered in the storage battery 4, to obtain a braking torque to maintain a constant speed of the vehicle.
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