Brevet FR2525037A1 — publié le 19831014

DISPOSITIF DE CHARGE D'UN ACCUMULATEUR ELECTRIQUE RELIE AU CIRCUIT ELECTRIQUE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention est relative à un dispositif de charge d'un accumulateur électrique installé dans un véhicule automobile et relié à son circuit électrique. Plus paticulièrement, l'invention concerne un tel dispositif conçu pour un vehicule automobile entraîné par un moteur thermique. Le prix des carburants consommés par les moteurs thermiques des véhicules automobiles atteint un tel niveau que l'on cherche à réduire la consommation de ces moteurs au minimum. Cette consommation est fonction, d'une part, de la puissance nécessaire à l'entraînement du vehicule et, d'autre part, de la puissance à fournir à d'autres appareils non directement lies à cet entraînement, tels que l'alternateur qui équipe ordinairement les automobiles. Cet alternateur alimente un accumulateur ou une batterie d'accumulateursqui fournit de l'énergie électrique à des appareils ou organes auxiliaires du véhicule. On connait des dispositifs qui visent à réduire la puissance qui doit être fournie par le moteur, grâce à une récupération d'au moins une partie de l'énergie de freinage du véhicule. Cette énergie est stockée dans un volant d'inertie, dans un accumulateur oléopneumatique ou électrochimique, par exemple. Ces dispositifs sont généralement conçus pour assurer des déce lérations importantes et l'énergie récupérée est utilisée ultérieurement pour l'entraînement du vehicule, en coopération avec le moteur de base. La présente invention s'inspire d'une autre démarche. Elle a pour but de réaliser un dispositif qui récupère de l'énergie de freinage du vehicule pour la fournir uniquement aux organes électriques qui equipent celui-ci, cette energie servant à entrainer par exemple l'alternateur de charge Les dimensionnements qui en résultent pour l'alternateur et l'accumulateur sol voisins des dimensionnements classiques et la gestion du dispositif de récupération de l'énergie de freinage est plus simple que celle des véhi cules hybrides mentionnés ci-dessus. On atteint ce but de l'invention avec un dispositif de charge d'un accumulateur électrique alimentant le circuit électrique d'un véhicule automobile comprenant un moteur, un groupe de transmission tel qu'une boite de vitesse qui transmet la puissance développée par le moteur aux -roues du véhicule, des moyens d'accouplement entre l'arbre de sortie du moteur et l'arbre d'entrée de ce groupe, et un générateur électrique pour charger l'accumulateur et alimenter le circuit électrique du véhicule.Suivant l'inven tion le générateur est couplé mécaniquement à l'arbre d'entrée du groupe de transmission pour être relié aux roues du véhicule par l'intermédiaire du groupe de transmission et les moyens d'accouplement sont adaptés pour désaccoupler automatiquement l'arbre de sortie du moteur de l'arbre d'entrée du groupe de trans mission en reponse à un freinage ou à une cessation de fourniture de puissance par le moteur. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description qui va suivre ainsi que du dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est un schéma d'un mode de realisation d'un dispositif de charge suivant l'invention, installé dans un véhicule automobile; - la figure 2 est un organigramme du programme de fonctionnement du mode de réalisation de la figure 1. On se réfere d'abord à la figure 1 ou il est clair que le dispositif suivant l'invention est installé dans un véhicule automobile comprenant un moteur 1, par exemple thermique, un groupe de transmission 2 tel qu'une boite de vitesse manuelle ou automatique, un embrayage 3 placé entre le moteur et le groupe sur l'arbre primaire 4 du groupe, et des roues 6 (seule une roue est représentée pour la clarté de la figure). L'alimentation électrique du véhicule est assurée par un accumulateur 7 chargé par un générateur 8 tel qu'un alternateur. L'inducteur de cet alternateur est monté sur un arbre 9 qui porte éventuellement un embrayage secondaire ou de générateur 10. Les rotations des arbres 4 et 9 sont couplées par des moyens 11 tel qu'une boîte de transfert ou une courroie multipliant généralement la vitesse angulaire de rotation et qui peuvent prendre diverses formes bien connues de l'homme de métier. L'embrayage secondaire 10 peut etre installé pour un coût relativement modeste car son couple est plus faible que celui de l'embrayage principal 3. Suivant l'invention, iors d'un freinage électrique, l'embrayage 3 peut être débrayé et le moteur 1 est ainsi désaccouplé de l'arbre primaire 4 du groupe de transmission. Ce désaccouplement peut être obtenu par exemple, par un embrayage automatique ou une roue libre ou par une commande d'embrayage placée sous la dépendance d'un détecteur d'état de freinage tel qu'un capteur d'effort sur la pédale de frein, ou un capteur de pression dans le circuit de freinage ou un capteur de la position de pied levée (cessation de la pression sur l'accélérateur). On comprend ainsi que, pendant une période de freinage, c'est l'en traSnement des roues 6 du véhicule, transmis par l'arbre 5, le groupe 2 et l'arbre primaire 4, qui entraîne l'arbre 9 fournissant de l'énergie mécanique à l'alternateur. L'accumulateur 7 se charge alors sans emprunt d'énergie mécanique au moteur puisque l'embrayage 3 est débrayé et qu'on suppose que, dans cette situation, l'embrayage secondaire 10 est embrayé. Le fait de charger, au moins partiellement, l'accumulateur et d'alimenter les consommateurs électriques par récupération d'énergie de freinage,permet de réduire la consommation en carburant du moteur 1 du véhicule. Bien entendu1 lorsque le moteur 1 entraine le véhicule, ou même à l'arrêt si le groupe de transmission possède un point mort, le dispositif suivant l'invention permet de compléter la charge de l'accumulateur et d'alimenter les consommateurs électriques par un entraînement de l'alternateur 8 par le moteur 1, les embrayages 3 et 10 étant alors fermes, c'est-à-dire em- brayés. La charge de l'accumulateur par récupération d'énergie de freinage s'avère particulièrement avantageuse pour la circulation en zone urbaine où la consommation de carburant liée à la production de l'énergie électrique nécessaire au véhicule est la plus sensible et où, en contrepartie, des quantités élevées d'énergie habituellement dissipées dans les freins sont à récupérer pendant de frequentes périodes de freinage. On notera que, par une commande convenable de l'embrayage 10 et de l'excitation de l'alternateur, on peut obtenir une fourniture intermittente de courant pour compléter la charge de l'accumulateur 7 et pour alimenter les consommateurs électriques, ce qui présente un intérêt au plan énergétique par l'optimisation des performances de l'alternateur, celui-ci n'ayant plus à fournir que des intensités peu différentes de son intensité nominale, aussi bien pendant les freinages recuperatifs, qu'en dehors quand c'est nécessaire. Compte tenu des capacités des batteries d'accumulateur et compte tenu des dimensions des alternateurs qui équipent généralement les véhicules automobiles actuels, la charge de la batterie s'opère, suivant la présente invention, sous des intensités relativement élevées pour absorber des pointes de charge a chaque freinage ce qui peut influer sur le rendement de charge de la batterie, sur sa durée de vie et sur les niveaux de tensions qui apparaissent à ses bornes et à celles des appareils électriques du véhicule qui sont alimentés par cette batterie.On peut procéder aux adaptations nécessaires d'une manière bien connue de l'homme de métier, en choisissant et en associant convenablement des batteries de divers types tels que nickel-cadmium, éventuellement de capacité réduite mais acceptant des "pointes" de courant, le complément de capacité étant par exemple assure par une batterie au plomb, éventuellement de capacité accrue. L'utilisation d'un régulateur modifié, d'un convertisseur continu-continu ou d'un hacheur de courant permettent ainsi par exemple d'obtenir ces adaptations. Un ensemble de régulation est associé au dispositif suivant l'invention et a pour but - de piloter l'excitation de l'alternateur 8 en fonction de l'état de charge de l'accumulateur et de l'effort exercé sur la pédale de frein, - de piloter l'embrayage 10 de l'alternateur, quand un tel embrayage est prévu et, - de piloter éventuellement le rapport établi par le groupe de trans mission 2. Dans ce qui suit, on suppose qu'il est prévu une roue libre entre le moteur et le groupe de transmission ou que l'embrayage 3 est automatisé de manière à s'ouvrir lorsque le conducteur cesse d'accélérer et/ou freine. L'ensemble de régulation du mode de réalisation du dispositif suivant l'invention représenté à la figure 1 comprend essentiellement une unité de commande 12 alimentée par trois entrées v, c, f pour élaborer des signaux apparaissant à ses trois sorties , e et i. Les paramètres qui sont associés aux signaux d'entrée sont: - l'effort f exercé sur la pédale de frein 13 du véhicule, le signal associé étant fourni par un capteur d'effort sur la pédale, ou, com me représenté à la figure 1, par un capteur de pression 14 branché sur le circuit de freinage 15 commandé par la pédale de frein 13 et alimenté par le maitre-cylindre 16; - l'état de charge C de l'accumulateur 7, fourni par un capteur d'etat de charge 17. Dans un mode de réalisation simplifié, ce capteur per met simplement une comparaison de la tension disponible de la batte rie avec une tension de référence; - la vitesse v du véhicule. Dans un mode de realisation simplifié, on peut supprimer la prise en compte de ce parametre.La mesure de v peut s'opérer a l'aide d'un capteur de vitesse 18, 19, coopérant avec un crantage prévu par exemple sur un disque de frein qui tourne solidairement avec la roue 6, par exemple. Les paramètres commandés par les sorties de l'unité 12 sont: - le courant i d'excitation des enroulements 21 de l'alternateur 8, - l'état e de l'embrayage 10 de l'alternateur 8. Dans la suite, et par convention, l'état e=o signifiera que l'embrayage 10 est débrayé, alors que e=l signifiera que l'embrayage est embrayé. Dans un mode de réalisation simplifié de l'invention, l'embrayage 10 est supprimé. - le rapport p établi par le groupe de transmission 2. Des adaptateurs 22, 23, 24 sont connectés pour convertir les signaux reçus en actions de commande convenables sur les enroulements 21 de l'al- ternateur, sur la commande 25 de l'embrayage 10 et sur le groupe de transmission 2 respectivement. On se réfère maintenant à la figure 2 où l'on a représenté ltorgat nigramme du programme d'instructions réalisé par l'unité de commande 12. Comme il est bien connu de l'homme de metier, ce programme peut être mis en oeuvre à l'aide d'un microprocesseur constituant le coeur de l'unité de commande 12. La stratégie qui a presidé a I'établisseent de ce programme, donné seulement à titre d'exemple, consiste d'une part à maintenir l'état de charge de l'accumulateur entre deux valeurs C1 et C2 et, d'autre part, à charger l'accumulateur essentiellement par le freinage, donc sans dépense de carburant. Quand l'état de charge Cest tel que C - e=l, l'embrayage 10 de l'alternateur étant alors embrayé; - = max' le courant d'excitation des enroulements de l'alternateur8 est réglé à une valeur maximum imax prédéterminée. Dans cet état, en dehors des périodes de freinage, quand l'effort de freinage f est inexistant, le rapport de transmission p est réglé a une valeur pa choisie par le conducteur du véhicule ou par un dispositif automatique associé au groupe de transmission. En période de freinage (f > 0), l'unité de commande agit par l'intermédiaire de l'adaptateur 24 sur le groupe de transmission 2 pour regler p à une valeur Popt calculée qui permet de charger l'accumuluteur dans les meilleures conditions, sans faire tourner l'alternateur à une vitesse supérieure à une vitesse de référence. Dans une variante de ce mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande établira i-iopt, valeur optimale du courant d'excitation du point de vue du rendement. Quand l'état de charge C est tel que C > C2, l'unité de commande établit un état de fonctionnement correspondant à l'arrêt de la charge de l'accumulateur 7, soit: e = O, i = 0, le rapport de transmission py est alors imposé par une commande manuelle à la disposition du conducteur du véhicule ou par un dispositif automatique associe au groupe de transmission. Quand l'état de charge C à l'instant t est tel que C1 C T étant une valeur prédéterminée. Cette disposition a pour but d'assurer à l'accumulateur un état de charge toujours superieur à l'état C: consi deré comme minimal compte tenu des services demandés à cet accumulateur. Dans ce but, l'unité de commande 12 comprend ensoufre des moyens de chronométrage de l'intervalle de temps (t-to). Dans le cas ou t-to Quand t-to > T, on ne charge que pendant les périodes de freinage, c'est- -dire quand f > 0. L'état de fonctionnement réglé par l'unité de commande est alors défini par: e = 1 i = imax p = 4 (v, f) , représentant le rapport de transmission engagé par le conducteur ou la boite de vitesses automatique. Ainsi, la vitesse d'entraînement de l'alternateur par les roues du vehicule et le courant débité par cet alternateur sont rendus fonction de l'effort f exercé sur la pédale de frein. Hors des périodes de freinage, c'est-à-dire quand f =o, l'unité de commande règle l'état de fonctionnement suivant e = o, i = o, P = p*, qui permet de réduire la consnr,l;zation du moteur, du fait que celui-ci ne produit pas d'énergie mécanique pour l'alternateur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle s'étend notamment à des dispositifs de charge plus simples qui ne comprennent pas, par exemple, l'embrayage 10 associé à l'alternateur, et/ou dans lesquels l'unité de commande est sans action sur le rapport de transmission du groupe 2. Les modifications qui en resultent dans le programme de fonctionnement de la figure 1 peuvent être facilement introduits par l'homme de métier. De même on peutprévoir que l'embrayage 3 reliant le moteur 1 à la boîte de vitesses ou transmission 2 et qui débraye automatiquement la liaison entre le moteur et la transmission en cas de freinage ou dé célération peut être commandé pour empêcher ou inhiber précisément ce débrayage automatique dans certaines circonstances de fonctionnement exceptionnelles, par exemple en cas de descente de fortes pentes, ou à volonté sous la commande du conducteur. Compte tenu de la puissance d'entrainement que l'on peut prévoir Dour l'alterr teur8 lorsqu'il est couplé à l'arbre d'entrée 4 par l'intermédiaire de l'embra) 3 couplé au moteur 1 tournant au régime du ralenti, une électrovalve de ralenti accéléré peut être prévue sur le carburateur ou la pompe d'injection de carburant du moteur 1 réalisé sous la forme d'un moteur thermique, cette électrovalve étant susceptible de déclencher la marche au ralenti accéléré du moteur 1 lorsque la tension de la batterie 7 descend en dessous de l'état de charge minimal pour lequel C L'utilisation d'un alternateur 8 de puissance supérieure à la normale peut être combinée à celle d'une batterie 7 de relativement grande capacité qui permet, selon une méthode connue, d'arrêter le moteur du véhicule après un temps très court (de l'ordre de 5 à 30 secondes) de marche au ralenti pour économiser les consommations de carburant au cours des longues phases d'attente dans la circulation urbaine et de faire redémarrer le moteur par une simple pression sur la pédale d'ac célérateur qui est alors combinée à un relais de démarreur.Selon une telle méthode de conduite, l'arrêt devant un point d'attente peut s'effectuer par la méthode classique du débrayage de l'embrayage moteur 3 suivi d'un freinage d'arrêt final mais le départ du point d'arrêt (par exemple lorsque les feux de circulation passent à la position libre) peut s'effectuer avec le premier rapport de vi tesses déjà engagé sur le moteur embrayé et arrêté pour servir de frein de parc.L'entraînement initial du véhicule et de son moteur par l'intermédiaire de la boîte de vitesses, s'effectue par le moteur électrique de démarrage du moteur qui utilise alors l'énergie électrique stockée dans la batterie 7 principalement au moment des phases de freinage du véhicule pour provoquer, simultanément,la mise en marche du moteur et le démarrage du véhicule, selon une méthode qui n'était jusque là utilisée que pour le dépannage des véhicules automobiles. L'économie de carburant obtenue avec le dispositif selon l'invention provient de la transformation, pendant les phases de freinage du véhicule, de l'énergie cinétique du véhicule habituellement dissipée dans les freins, en énergie électrique de recharge rapide de la batterie ainsi que du fait que la liaison mecanique entre le générateur électrique et l'arbre d'entrée du groupe de transmission comporte un embrayage de générateur susceptible d'être débrayé lorsque le véhicule est entraîné par le moteur et/ou lorsque la tension et/ou la charge de l'accumulateur dépasse un niveau prédéterminé. Bien entendu, la présente invention n'est pas limite aux modes de réalisation décrits et représentés ; elle est susceptible d nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. Ainsi on doit comprendre que les moyens d'accouplement 3 sont susceptibles de désaccoupler automatiquement ou non, l'arbre de sortie du moteur de l'arbre d'entrée du groupe de transmission 2 en réponse à un freinage du véhicule afin de mieux récupérer dans l'accumulateur électrique l'énergie cinétique à dissiper lors du freinage, sans pour autant réduire de façon significative la capacité de freinage ou de retenue ainsi que les qualités de tenue de route et de confort de conduite du véhicule automobile, un tel compromis tant par exemple obtenu en autorisant le désaccouplement du moteur seulement pour les faibles vitesses du vehicule correspondant à la circulation urbaine ou lorsque le conducteur le demande. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de charge d'un accumulateur électrique alimentant le circuit électrique d'un véhicule automobile comprenant un moteur, un groupe de transmission tel qu'une boîte de vitesses qui transmet la puissance développée par le moteur aux roues du véhicule, des moyens d'accouplement entre l'arbre de sortie du moteur et l'arbre d'entrée de ce groupe, et un générateur électrique pour charger l'accumulateur et alimenter le circuit électrique du véhicule, caractérisé en ce que le générateur (8) est couplé mécaniquement à l'arbre d'entrée (4) du groupe de transmission (2) pour être relié aux roues (6) du véhicule par l'intermédiaire du groupe de transmission (2), et en ce que les moyens d'accouplement (3) sont adaptes pour désaccoupler automatiquement l'arbre de sortie du moteur de l'arbre d'entrée du groupe de transmission en réponse à un freinage c a une cessation de fourniture de puissance par le moteur. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison mécanique entre le générateur électrique (8) et l'arbre d'entrée (4) comporte un embrayage de générateur (10) susceptible d'être débrayé lorsque le véhicule est entrainé par le moteur (1) et/ou lorsque la tension et/ou la charge de l'accumulateur (7) dépasse un niveau prédéterminé. 3.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une unité de commande (12), un capteur d'état de charge (17) de l'accumulateur (7) relié à l'unité de commande pour lui fournir un signal (C) représentatif de cet état de charge, un capteur d'état de freinage (14) commandé par la pédale de frein (13) du véhicule et relié à l'unité de commande (12) pour lui fournir un signal (f) significatif de l'état de freinage du véhicule, l'unité de commande (12) réagissant à ces signaux pour fournir un signal de commande du niveau du courant d'excitation (i) du générateur (8), suivant un programme prédéterminé. 4.- Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un embrayage de générateur (10) interposé entre le générateur (8) et l'arbre d'entrée (4) comporte un moyen de contrôle (25) apte à embrayer ou débrayer l'embrayage en fonction d'un signal (e) élaboré par l'unité de commande en fonction des signaux (f) et (C). 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un capteur de vitesse (18, 19) du véhicule qui fournit un signal (v) à l'unité de commande et un moyen (24) d'adaptation du rapport de transmission du groupe de transmission sous la commande d'un signal (p) élaboré par l'unité de commande en fonction des signaux f et/ou v. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que l'unité de commande compare l'état de charge C de l'accumulateur à une valeur C1 prédéterminée de marnière à régler le courant de charge i du générateur (8) à une valeur prédéterminée, pendant le freinage du véhicule et si C est supérieur à C1. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que, lorsque l'état de charge C est inférieur à C1, l'unité de commande (12) délivre à l'embrayage de générateur (10) un signal e d'embrayageX 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que, s'il y a freinage et si l'état de charge C est inférieur à C1, l'unité de commande (12) fournit, en outre, un signal de rapport de transmission optimal t opt.)à un moyen de réglage du rapport de transmission du groupe de transmission (2). 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'unité de commande (12) compare, en outre, l'état de charge C de l'accumulateur à une valeur de pleine charge C2 prédét?rminée, supérieure à C, et délivre un signal d'interdiction apte à faire couper la charge par le ge nérateur (8) et/ou son courant d'excitation (i) et à autoriser la charge par le générateur (8) uniquement pendant les phases de freinage lorsque l'état de charge C est compris entre C1 et C2. 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que, pendant les phases de freinage et lorsque l'état de charge C est compris entre C, et C2, l'unité de commande (12) fournit à l'embrayage de générateur (10) un signal e d'embrayage. 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que, pendant les phases de freinage et lorsque l'état de charge C est compris entre C, et C2, l'unité de commande (12) fournit, en outre, un signal p fonction de la vitesse et/ou de l'état de freinage du véhicule, à un organe de réglage du rapport de transmission du groupe de transmission (2). 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que l'unité de commande (12) établit les conditions de charge de l'accumulateur correspondant à l'état pour lequel la charge C est inférieure à C1, si simultanément, la charge C est supérieure à C1 et si cette charge C a dépassé la valeur C, depuis un intervalle de temps in férieur à une valeur (T) prédéterminée.