Brevet FR2521923A1 — publié le 19830826

i L'invention concerne un véhicule routier à commande par moteur électrique avec au moins deux roues motrices, respectivement un groupe de commande par moteur électrique par roue motrice, des groupes de batteries d'accumulateurs et une unité de commande, les groupes de commande par moteur électrique pouvant fonctionner avec un couple de démarrage élevé et permettant, à l'aide de l'unité de commande, une commutation entre le régime de démarrage et les différentes vitesses; les groupes de commande par moteur électrique étant reliés, en plus, par leur arbre de transmission, à leur roue motrice par l'intermédiaire d'une transmission non rigide (courroie dentée, chaîne). Dans un véhicule routier du genre précité bien connu (brevet américain no 3 182 742, 1965), les groupes de commande par moteur électrique sont des moteurs élec- triques d'un type particulier dans lesquels l'enroulement d'induit d'une part et la bobine d'inducteur d'autre part sont fonctionnellement séparés l'un de l'autre en ce sens qu'ils sont raccordés à leur propre batterie d'accumulateur et qu'ils peuvent être commandés séparément en ce qui concerne leur alimentation en courant Du point de vue technologique, ces moteurs électriques doivent être associés aux génératrices shunt à excitation séparée On essaie de combiner ainsi les avantages d'un moteursérie et ceux d'un moteur shunt Toutefois, la dépense en circuits est considérable Le résultat obtenu n'est plus un groupe simple Certes, on réalise un couple de démarrage élevé, mais les conditions nécessaires pour obtenir un fonction- nement à des vitesses franchement élevées ne sont pas remplies Par ailleurs, la circulation routière moderne réclame pour la circulation en ville d'une part et pour la conduite rapide d'autre part un comportement de service particulier, à savoir, pour la conduite en ville, un démarrage et une accélération rapides, également pour les manoeuvres de dépassement, jusqu'à une vitesse d'environ km/h, mais aussi une vitesse maximale suffisante pour la conduite à grande vitesse sur des voies rapides, en parti- culier entre les villes satellites et le centre-ville Il s'agit là d'exigences qui jusqu'ici ne pouvaient être satisfaites que par des véhicules routiers à moteur à com- bustion interne ou munis de mécanismes aménagés en consé- quence. En revanche, la présente invention a pour objet de perfectionner un véhicule routier du genre précité à com- mande par moteur électrique de telle façon qu'il convient non seulement pour une conduite en ville avec des caracté- ristiques de démarrage et d'accélération satisfaisantes, mais notamment aussi pour une conduite rapide avec une meilleure vitesse maximale, à savoir en renonçant à des systèmes mécaniques consomnant de la puissance tout en assurant une faible dépense en circuits et en utilisant des éléments simples, éprouvés et fiables, notamment en tant que moteur. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que les groupes de commande par moteur électrique se com- posent respectivement d'un ou de plusieurs moteurs-série qui, lors du démarrage et pour une conduite en ville, peuvent être couplés en série au moyen de l'unité de com- mande, qu'au moins quelques-uns des moteurs-série peuvent être couplés en parallèle pour une conduite rapide au moyen de l'unité de commande et que l'unité de commande conçue d'après les règles de l'électronique de puissance comprend un dispositif limiteur de courant ainsi qu'un système de blocage qui n'autorise la mise en parallèle qu'après l'atteinte d'une vitesse prédéterminée Pour de nombreux cas dans lesquels une accélération et une vitesse maximale extrêmes ne sont pas exigées,, par exemple pour des véhicules routiers utilisés essentiellement pour la circula- tion urbaine, il suffit de prévoir pour chaque roue motrice un seul moteur-série et de se contenter de deux roues motri- ces Au cas o il convient de différencier davantage l'ac- célération et la vitesse, l'invention recommande que des groupes de commande par moteur électrique composés respecti- vement d'un moteur-série pour la conduite en ville et d'un moteur-série pour la conduite rapide soient couplés mécani- quement par une roue libre, que, à l'aide de l'unité de com- mande, les moteurs-série pour la conduite en ville des grou- pes de commande par moteur électrique puissent être couplés électriquement en série lors du démarrage et de la conduite en ville, que, pour la conduite rapide, l'unité de commande permette le branchement en série des moteurs-série des groupes de commande par moteur électrique et leur mise en parallèle commune avec les moteurs-série pour la conduite en ville, et que l'unité de commande conçue d'après les règles de l'électronique de puissance présente un dispo- sitif limiteur de courant ainsi qu'un système de blocage qui n'autorise la mise en parallèle électrique des moteurs- série pour la conduite rapide qu'après l'atteinte d'une vitesse prédéterminée. L'invention met tout d'abord à profit le fait que, dans le cas d'un moteur-série, l'allure du couple de rota- tion qui décroît avec l'augmentation de la vitesse de rota- tion est particulièrement prononcée, le couple de rotation disponible sur l'arbre étant proportionnel au carré du courant du moteur aussi longtemps que le moteur-série ne fonctionne pas dans la plage de sa saturation en fer De plus, l'invention met à profit le fait que les moyens auxi- liaires de l'électronique de puissance permettent de réali- ser d'une manière simple une limitation du courant, à savoir en tenant compte du courant de décharge maximum admissible du groupe de batterie d'accumulateurs En outre, l'invention repose sur le fait que l'utilisation exclusive de moteurs-série pour une conduite en ville et pour une conduite rapide permet de subdiviser l'ensemble de la plage des vitesses par des simples mesures de réalisa- tion des circuits Dans le cas le plus simple, cela se fait par la mise en parallèle des moteurs-série montés en série pour la conduite en ville en vue d'une conduite rapide Mais en régime de conduite rapide, cela peut égale- ment être obtenu par un couplage particulier des moteurs- série pour la conduite en ville et des moteurs-série pour la conduite rapide Dans ce cas, les deux moteurs-série pour la conduite en ville sont à leur tour mis en série pour le démarrage et la conduite en ville Le montage en série efficace dans la plage de démarrage développe, pour le courant maximum limité par l'unité de commande, un effort de traction supérieur par rapport à un montage en parallèle Dans ce cas, le régime de conduite rapide est atteint par la mise en circuit en parallèle Selon l'in- vention, la caractéristique série des deux moteurs d'une paire de moteurs associée à une roue entraînée constitue une condition préalable essentielle de ce que le couple de rotation dans la plage de démarrage et de conduite lente est plus favorable que le couple de rotation cumulé délivré dans le cas d'un montage en parallèle La détermination de la puissance des moteurs et de leur mode d'utilisation dépend de la courbe d'effort de traction-vitesse désirée du système d'entraînement prédéterminée en fonction du cas d'application compte tenu de la limitation du courant - et elle peut être adaptée aux différentes conditions. Le système décrit avec deux moteurs-série par roue de commande offre l'avantage que les moteurs-série pour la conduite en ville utilisés dans la plage de démarrage et pour les faibles vitesses peuvent être adap- tés d'une manière optimale aux impératifs de la circulation urbaine en ce qui concerne leur courbe d'effort de trac- tion-vitesse En particulier, ces moteurs sont conçus de telle façon que, compte tenu d'une capacité de surcharge temporaire et du courant de démarrage limité par la com- mande, ils fournissent le couple de rotation nécessaire pour un démarrage rapide Dans ce mode de réalisation, les moteurs-série pour la conduite rapide de chaque paire de moteurs mis en circuit pour la conduite rapide peuvent, eux aussi, être optimisés pour cet usage Il n'est pas nécessaire que ces moteurs soient conçus pour le dégagement de chaleur accru en régime de démarrage en surcharge étant donné que lors de la mise en circuit ils sont déjà en régime de service ou bien que, en démarrage rapide sans charge, la prise de charge n'intervient qu'en régime de conduite rapide. En principe, il est connu (brevet allemand no 333 377, 1921) d'utiliser sur un véhicule routier un seul groupe de commande par moteur électrique constitué par deux moteurs électriques avec interposition d'une roue libre, les deux moteurs électriques agissant avec une démultiplication différente sur les roues de commande et étant mis en circuit de manière différente, par exemple d'une part pour la conduite sur terrain plat et d'autre part pour monter des pentes C'est pour des raisons analo- gues que l'on a déjà proposé (brevet français N O 872 152, 1942) de faire agir des moteurs électriques de puissances différentes sur deux roues de commande par l'intermédiaire d'une roue libre Mais toutes ces mesures bien connues n'ont en rien contribué à réaliser l'objet de la présente invention avec différenciation entre la conduite en ville et la conduite rapide Cela s'applique également au fait que l'on connaît des moteurs doubles pour l'entraînement des roues motrices opposées de véhicules à commande élec- trique (brevet allemand N O 967 735, 1957) pour lesquels les deux induits sont disposés sur un arbre commun dans un carter commun. En détail, il existe différentes possibilités pour une réalisation et une conformation ultérieures d'un véhi- cule routier selon l'invention En particulier, il est possible, dans le cadre du régime de conduite en ville ou de conduite rapide, de réaliser d'autres vitesses ou puis- sances définies par des simples mesures de montage Ainsi il est possible de réaliser un montage permettant, dans une plage de régime transitoire entre la conduite en ville et la conduite rapide, de monter les moteurssérie pour la conduite rapide en série avec les moteurs-série pour la conduite en ville montés électriquement en série De cette manière, une autre accélération ou une puissance accrue peut être obtenue dans la plage de la limite supérieure du régime de conduite en ville Dans une plage de régime de conduite rapide, les moteurs-série pour la conduite rapide du groupe de commande par moteur électrique peuvent être montés en parallèle entre eux et branchés ensemble en parallèle avec les moteurs- série pour la conduite en ville montés en série Cela entraîne une autre accélération et, en quelque sorte, une division du régime de conduite rapide en deux plages partielles Une autre subdivision du régime de conduitr Ppieu_ être obtenue du fait que, dans la plage de la limite supérieure du régime de conduite rapide, les moteurs-série pour la conduite en ville aussi bien que les moteurs-série pour la conduite rapide peuvent être branchés électriquement en parallèle Il est prévu dans le cadre de l'invention que les groupes de commande par moteur électri- que comportent, en plus du moteur-série pour la conduite en ville et du moteur-série pour la conduite rapide, un autre moteur-série branché électriquement en parallèle et/ou en série Comme il a déjà été dit, les moteurs-série d'un véhicule routier selon l'invention peuvent être de conceptions différentes Dans ce contexte, un mode de réalisation préféré de l'invention est caractérisé par le fait que les moteurs-série pour la conduite en ville pré- sentent une puissance plus faible mais un couple de démar- rage plus grand que les moteurs-série pour la conduite rapide. Dans un véhicule routier selon l'invention, la commande peut se faire par une pédale de conduite analogue à l'accélérateur des véhicules routiers équipés d'un moteur à combustion interne A ce propos, l'invention enseigne que l'unité de commande comporte une pédale de conduite et permet ainsi un changement de conduite entre les régimes de conduite en ville, de conduite rapide et de transition, de même que le contrôle de la conduite en régime de conduite en ville, de conduite rapide et en ré- gime de transition De préférence, l'unité de commande est équipée d'un préprogrammateur ainsi que d'un présélecteur, le changement d'un régime à un autre pouvant être présélec- tionné à l'aide de la pédale de conduite mais exécuté seulement lorsque la vitesse préprogrammée est atteinte. En enfonçant la pédale de conduite à fond en vainquant une résistance mécanique accrue, il est alors possible de passer en quelque sorte en régime de conduite rapide par un effet de kickdown Enfin, il est dans le cadre de l'invention de réaliser la disposition et la conception de telle façon que dans les virages l'unité de commande provo- que une compensation de la vitesse différentielle et que, à cet effet, elle est commandée à son tour par le braquage des roues avant Tout cela revêt une importance aussi bien pour le mode de réalisation avec un seul moteur-série par roue motrice que pour le mode de réalisation avec deux moteurs-série ou plus par roue motrice. En conclusion, les avantages obtenus résident dans le fait qu'un véhicule routier selon l'invention ne permet pas seulement une conduite en ville avec un démarrage rapide et une forte accélération mais qu'il convient notam- ment aussi pour une conduite rapide avec une vitesse de pointe améliorée, et cela avec une faible dépense en cir- cuits et avec l'utilisation d'éléments simples, éprouvés et fiables et en renonçant à des mécanismes consommateurs de puissance. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. La figure 1 montre la disposition du système de commande pour un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 montre la disposition du système de commande pour un deuxième mode de réalisation. Les figures 3 à 7 montrent des schémas de montage de différents montages possibles des moteurs d'entraînement qui sont au moins au nombre de deux. Les figures représentent respectivement un véhicule à quatre roues dont les roues avant 1 sont directrices et ar r dont les roues sont motrices L'arrière 3 du véhicule abrite une batterie 4 constituée, le cas échéant, par plusieurs éléments individuels et reliée à une unité de commande Tous les moteurs 6, 7, ou 17, 18 représentés dans les figures, c'est-à-dire tous les moteurs considérés ci-après sont des moteurs-série C'est uniquement pour simplifier la terminologie qu'ils seront désignés briéve- ment par moteurs. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, deux moteurs électriques 6 et 7 sont prévus Les arbres 8 et 9 des deux moteurs 6 et 7 sont alignés Les deux moteurs 6 et 7 sont commandés par l'unité de commande 5. La transmission de la force motrice de chacun des moteurs 6 et 7 se fait par l'intermédiaire d'une chaîne 11, d'une courroie dentée ou d'un élément analogue qui passe sur un pignon à chaîne 12 sur l'arbre du moteur 8 ou 9 et sur la roue à chaîne 13 qui est solidaire de la roue entraînée 2 associée du véhicule Cette transmission de la force motrice permet, quant aux vibrations, un découplage entre le moteur électrique respectif 6 ou 7 et la roue motrice 2. Une commutation convenable de l'unité de commande 5 permet d'inverser le sens de rotation des moteurs 6 et 7. Ceux-ci peuvent être électriquement montés en série ou en parallèle, montages qui sont également réalisés par l'unité de commande 5 Montés en série, ils fonctionnent en régime de conduite en ville, tandis que le montage en parallèle est prévu pour la conduite rapide Les moteurs 6 et 7 ont la même puissance Dans les virages, l'unité de commande 5 assure une compensation adéquate des vitesses de rotation des moteurs 6 et 7 Cette compensation peut être déclenchée par le braquage des roues avant 1. Le mode de réalisation représenté à la figure 2 se distingue par la disposition d'une paire de moteurs 17, 18 sur chacune des deux roues motrices 2 comprenant, dans l'exemple considéré, un moteur 17 d'une puissance inférieure et un moteur 18 dont la puissance est à peu près deux fois plus grande, les deux moteurs fonctionnant sur un arbre moteur commun 16 et pouvant être reliés ou séparés respec- tivement par un accouplement à roue libre 10 Chaque paire de moteurs 17, 18 peut présenter respectivement un carter commun pour les moteurs 17 et 18 Les deux paires de moteurs comprenant respectivement les moteurs 17 et 18 sont commandées par l'intermédiaire de l'unité de commande Le montage de l'unité de commande 5 est conçu de telle façon que, pour le démarrage et la conduite en ville, seuls les moteurs 17 montés en série entraînent l'arbre 16 respec- tif et mettent en rotation les roues motrices 2 par l'inter- médiaire du mécanisme de transmission 11 Dès que le véhicule a atteint la vitesse nécessaire, il est possible de connecter le moteur 18 séparé provisoirement du moteur 17 par la roue libre 10 de telle façon que les deux paires de moteurs comprenant respectivement les moteurs 17 et 18 fournissent ensemble la puissance de propulsion Cela se fait de diverses manières et en tout cas en mettant à profit l'effet décrit de la mise en parallèle qui est avantageuse pour le régime de conduite rapide Par exemple les moteurs 17 et les moteurs 18 sont alors montés entre eux en série Dès que la vitesse descend en dessous d'une valeur minimale prédéterminée, les moteurs 18 sont à nouveau déconnectés de telle façon que la propulsion du véhicule est assurée par les deux moteurs 17 par l'inter- médiaire des deux roues motrices 2 Le cas échéant et avec une conception adéquate des moteurs il est possible de prévoir un montage en parallèle des quatre moteurs 17 et 18 pour obtenir une vitesse rapide supplémentaire. La disposition par paires de moteurs 17 et 18 pour chaque roue motrice 2 peut également être remplacée par des groupes comprenant plus de deux moteurs qui peuvent être connectés et déconnectés, au choix, d'une manière analogue, ce qui n'est cependant pas représenté en détail dans les dessins. Par exemple, l'unité de commande 5 peut être reliée au tachymètre 19 du véhicule et maintenir le blocage pour le passage à la conduite rapide jusqu'à l'atteinted'un seuil de vitesse présélectionné De même, l'unité de com- mande 5, en combinaison avec le tachymètre 19, peut provo- quer le changement de vitesse vers le régime lent dès que la vitesse descend en dessous d'un deuxième seuil qui peut, lui aussi, être prédéterminé. Les figures 3 à 7 représentent différentes possibi- lités de montage du système d'entraînement selon l'invention. Ainsi, la figure 3 représente, dans la partie supérieure, le mode de réalisation suivant la figure 1 avec seulement deux moteurs 6 et 7 séparés et montés en série Dès l'atteinte d'une allure déterminée, ces moteurs peuvent être mis en parallèle. En passant au mode de réalisation suivant la figure 2, les moteurs montés en série, maintenant désignés par 17 et couvrant le régime de démarrage du véhicule, sont connectés, à partir d'une plage de vitesses déterminée, avec les deux moteurs 18 également montés en série de sorte que chaque moteur 17 est couplé mécaniquement et élec- triquement avec un moteur 18. Le mode de réalisation suivant la figure 4 montre le montage en série de l'ensemble des quatre moteurs des deux paires de moteurs suivant la figure 2. Dans le cas du montage suivant la figure 5, les deux moteurs 17 sont montés en série, tandis que les deux moteurs 18 sont montés en parallèle La situation est in- versée pour le montage suivant la figure 6 o les deux moteurs 17 fonctionnent en parallèle et les deux moteurs 18 en série. Enfin, la figure 7 représente un montage en paral- lèle de l'ensemble des moteurs 17 et 18 des deux paires de moteurs On remarque la grande variété des montages possi- bles et des divers régimes de conduite qui peuvent ainsi être réalisés Les différentes possibilités peuvent être modifiées par de simples mesures relevant de la technique des, circuits. Dans la figure 2, on reconnaît également la pédale de conduite 21, un préprogrammateur 22 avec dispositif de présélection 23 et une résistance mécanique 24 agit sur la pédale de conduite 21 lorsque celle-ci a effectué une course prédéterminée Du point de vue fonctionnel, les groupes 22, 23 font partie de l'unité de commande 5 Le mode de réalisation suivant la figure 1 pourrait être aménagé d'une manière analogue Le présélecteur 23 permet d'introduire dans le préprogrammateur (par exemple par un réglage effectué à l'usine ou en service) la vitesse à laquelle le changement du régime de conduite en ville au régime de conduite rapide doit être possible Le changement de vitesse est alors provoqué à l'aide de la pédale de conduite 21, mais il ne devient possible que lorsque le véhicule routier atteint la vitesse préprogrammée La disposition est faite de telle façon que la pédale de conduite peut être enfoncée à fond en vainquant la résis- tance mécanique 24, ce qui permet d'enclencher la vitesse rapide avec effet de kickdown. il REVENDICATIONS 1 Véhicule routier à commande par moteur électri- que avec au moins deux roues motrices, respectivement un groupe de commande par moteur électrique par roue motrice, un groupe de batteries d'accumulateurs et une unité de commande, les groupes de commande par moteur élec- trique pouvant fonctionner avec un couple de démarrage élevé et permettant, à l'aide de l'unité de commande, une commutation entre le régime de démarrage et les différentes vitesses; les groupes de commande par moteur électrique étant reliés, en plus, par leur arbre de transmission, à leur roue motrice par l'intermédiaire d'une transmission non rigide, caractérisé par le fait que les groupes de commande par moteur électrique se composent respectivement d'un ou de plusieurs moteurs-série ( 6, 7 ou 17, 18) qui, lors du démarrage et pour une conduite en ville, peuvent être couplés en série au moyen de l'unité de commande ( 5), qu'au moins quelques-uns des moteurs-série ( 6, 7 ou 17, 18) peuvent être couplés en parallèle pour une conduite rapide au moyen de l'unité de commande ( 5) et que l'unité de commande ( 5) conçue d'après les règles de l'électronique de puissance comprend un dispositif limiteur de courant ainsi qu'un système de blocage qui n'autorise la mise en parallèle qu'après l'atteinte d'une vitesse prédéterminée. 2 Véhicule routier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les groupes de commande par moteur électrique ( 17, 18) se composent respectivement d'un moteur-série pour la conduite en ville ( 17) et d'un moteur-série pour la conduite rapide ( 18) qui sont mécani- quement couplés par l'intermédiaire d'une roue libre ( 10), que, lors du démarrage et pour la conduite en ville, les moteurs-série ( 17) pour la conduite en ville peuvent être branchés électriquement en série au moyen de l'unité de commande ( 5), que, pour la conduite rapide, l'unité de commande ( 5) permet de brancher électriquement en série les moteurssérie ( 18) des groupes de commande par moteur électrique ( 17, 18) pour la conduite rapide et de les connecter ensemble en parallèle avec les moteurs-série ( 17) pour la conduite en ville et que l'unité de commande ( 5) conçue d'après les règles de l'électronique de puissan- ce présente un dispositif limiteur de courant ainsi qu'un système de blocage qui n'autorise la connexion électrique en parallèle des moteurssérie pour la conduite rapide ( 18) qu'après l'atteinte d'une vitesse prédéterminée. 3 Véhicule routier selon la revendication 2, caractérisé par le fait que, dans une plage de régime transitoire entre la conduite en ville et la conduite rapi- de, les moteurs-série ( 18) pour la conduite rapide peuvent être connectés électriquement en série avec les moteurs série ( 17) pour la conduite en ville qui sont montés électriquement en série. 4 Véhicule routier selon la revendication 2, caractérisé par le fait que, en régime de conduite rapide, les moteurs-série de conduite rapide ( 18) des groupes de commande par moteur électrique ( 17, 18) peuvent être montés électriquement en parallèle et connectés ensemble en parallèle avec les moteurs-série de conduite en ville ( 17) montés en série. 5 Véhicule routier selon la revendication 2, caractérisé par le que, dans la plage de la limite supérieure du régime de conduite en ville, les moteurs-série de conduite en ville ( 17) aussi bien que les moteurs-série de conduite rapide ( 18) sont montés électriquement en parallèle. 6 Véhicule routier selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que les groupes de commande par moteur électrique ( 17, 18) présentent, en plus du moteur-série de conduite en ville ( 17) et du moteur-série de conduite rapide ( 18), un autre moteursérie pouvant être connecté électriquement en parallèle et/ou en série. 7 Véhicule routier selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que les moteurs-série de conduite en ville ( 17) présentent une puissance plus faible mais un couple de démarrage plus grand que les moteurs-série de conduite rapide ( 18). 8 Véhicule routier selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'unité de commande ( 5) comporte une pédale de conduite et permet ainsi un changement de conduite entre les régimes de conduite en ville, de conduite rapide et de transition, de même que le contrôle de la conduite en régime de conduite en ville, de conduite rapide et en régime de transition. 9 Véhicule routier selon la revendicaiton 8, caractérisé par le fait que l'unité de commande ( 5) est équipée d'un préprogrammateur ainsi que d'un présélecteur et qu'elle réalise, à l'aide de la pédale de conduite, le changement d'un régime à un autre qui ne peut cependant être exécuté que lorsque la vitesse préprogrammée est atteinte, et que la pédale de conduite peut être enfoncée à fond en vainquant une résistance mécanique accrue permettant ainsi de passer en régime de conduite rapide par un effet de kickdown. 10 Véhicule routier selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que, dans les virages, l'unité de commande ( 5) provoque une compensation de la vitesse différentielle et que, à cet effet, elle est commandée à son tour par le braquage des roues avant. 11 Véhicule routier selon l'une des revendications 1 ainsi que 8 à 10, caractérisé par le fait qu'il comporte deux roues motrices ( 2) et qu'à chaque roue motrice (-2) est associé un moteursérie ( 6, 7), lesdits moteurs ( 6, 7) pouvant être connectés pour la conduite en ville et en parallèle pour la conduite rapide.