Brevet FR2660258A1 — publié le 19911004

La présente invention concerne un véhicule élec- trique, et plus précisément la technique de réglage de la vitesse de déplacement d'un véhicule électrique avec conservation d'un degré élevé de sécurité. Actuellement, les véhicules électriques attirent beaucoup l'attention pour la formation de chaises roulantes automobiles destinées aux personnes âgées et à celles qui ont des difficultés à marcher Un tel véhicule ne se déplace pas à vitesse élevée, comme une automobile ordi- naire, mais se déplace à la vitesse d'une personne au pas. En conséquence, dans le cas de ce véhicule électrique, le problème du réglage de la vitesse et de la sécurité néces- site une approche différente de celle de l'automobile ordinaire. Dans une technique connue de réglage de la vitesse de déplacement d'un véhicule électrique, une amplitude de manoeuvre d'un organe de réglage de vitesse, tel qu'un levier d'accélérateur, est détectée par un potentiomètre ou un organe analogue, et le résultat de la détection est utilisé par un dispositif de commande pour la détermination de l'alimentation d'un moteur électrique. Cependant, lorsque le véhicule se déplace par exemple sur une route qui monte, même si le levier d'accé- lérateur est manoeuvré avec une amplitude prédéterminée, sa vitesse devient inférieure à celle du déplacement sur un sol horizontal Lorsque le véhicule se déplace sur une route qui descend, le cas est inverse et la vitesse aug- mente Des perfectionnements sont donc possibles. Le réglage par rétroaction est bien connu dans le domaine technique du réglage de vitesse dans lequel une vitesse réelle est détectée et l'alimentation du moteur est ajustée de manière que la vitesse suive une valeur cible. Ce réglage convient comme réglage précis de vitesse lorsque les variations de charge sont réduites Cependant, il ne convient pas comme réglage de vitesse lorsque les varia- tions de la charge sont grandes lors du déplacement sur une route en pente ou sur une route non revêtue. L'invention a pour objet la réalisation d'un véhi- cule électrique perfectionné qui se déplace, même sur une route inclinée, avec une vitesse qui correspond à l'ampli- tude de manoeuvre d'un levier d'accélérateur. L'invention donne en outre d'excellentes caractéris- tiques de sécurité, et notamment une grande fiabilité pour l'arrêt du véhicule à moteur. A cet effet, l'invention concerne un véhicule à moteur perfectionné qui se déplace à une vitesse qui est réglée par ajustement de l'alimentation d'un moteur élec- trique en fonction d'un signal de consigne de vitesse provenant d'un dispositif de consigne de vitesse Le véhicule électrique selon l'invention comporte une première unité de commande destinée à créer une valeur cible de vitesse d'après le signal de consigne de vitesse provenant du dispositif de consigne de vitesse, une seconde unité de commande destinée à saisir la valeur cible de vitesse, un dispositif destiné à détecter la vitesse du véhicule et à transmettre un signal de vitesse du véhicule, une première ligne de rétroaction destinée à transmettre le signal de vitesse du véhicule à la première unité de commande, et une seconde ligne de rétroaction destinée à transmettre le signal de vitesse du véhicule à la seconde unité de com- mande du véhicule; la première unité de commande comporte un dispositif destiné à faire varier la valeur cible afin que la valeur cible de vitesse et le signal de vitesse du véhicule soient comparés et, lorsqu'une différence entre eux dépasse une valeur prédéterminée, à faire varier la valeur cible de vitesse, et la seconde unité de commande comprend un dispositif de consigne d'alimentation destiné à comparer la valeur cible de vitesse et le signal de vitesse du véhicule et à déterminer une amplitude d'alimentation du moteur électrique. Selon l'invention, les unités de commande sont destinées à ajuster l'alimentation du moteur électrique de propulsion du véhicule, en fonction du signal reçu du dispositif de consigne de vitesse Une valeur de cible de vitesse calculée à partir du signal de consigne de vitesse est comparée à une vitesse réelle du véhicule Lorsqu'il existe une différence supérieure à une valeur prédéter- minée, une valeur de correction est appliquée à la valeur cible de vitesse afin que la différence soit réduite De cette manière, l'alimentation du moteur électrique est ajustée à l'aide d'une nouvelle valeur cible de commande différente de la valeur cible de la commande ordinaire par rétroaction. L'invention permet donc la réalisation d'un véhicule automobile rationnel qui peut se déplacer à une vitesse correspondant à l'amplitude de manoeuvre d'un levier d'accélérateur ou analogue, même sur une route en pente ou sur une route non revêtue. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un petit véhicule électrique selon l'invention; la figure 2 est une vue en perspective du véhicule électrique représenté sur la figure 1; la figure 3 est une coupe d'une transmission du véhicule; la figure 4 est une vue agrandie en élévation latérale d'un dispositif manuel de freinage; la figure 5 est un schéma et un diagramme synoptique d'une structure à action solidarisée reliant le dispositif manuel de freinage, un frein négatif et un levier d'accélé- rateur; la figure 6 est un diagramme synoptique d'un système de réglage de vitesse; la figure 7 est un ordinogramme d'une séquence de réglage de vitesse; et les figures 8 et 9 sont des schémas de variantes de structure à action solidarisée montées entre le dispositif de freinage et le frein négatif. La figure 1 représente un petit véhicule électrique à trois roues qui comporte un châssis 1 de véhicule formé de cadres de tube métallique et un revêtement de matière plastique placé par-dessus Le châssis 1 du véhicule a une seule roue avant directrice 2, un guidon 3 permettant la direction de la roue avant 2, des roues arrière droite et gauche 3 et 4, et un siège 5. Les roues arrière 4 tourillonnent dans un carter 7 de réducteur ayant un moteur électrique 6 à impulsions Le moteur électrique 6 reçoit de l'énergie d'une batterie 6 d'accumulateurs montée sous le siège 5. Comme représenté aussi sur la figure 2, le châssis 1 du véhicule supporte une colonne 9 de direction qui peut tourner autour d'un axe vertical P La colonne 9 de direc- tion a des bras 10 de suspension qui sont fixés à son extrémité inférieure, afin qu'ils puissent osciller verti- calement, et qui supportent la roue avant 2 afin qu'elle puisse tourner La colonne 9 de direction porte le volant 3 fixé à son extrémité supérieure et qui a une forme en C ouverte vers l'arrière, ainsi qu'un boîtier 15 de commande. Ce boîtier 15 comprend un levier Il de changement de vitesse ayant trois positions de sélection d'une vitesse élevée, d'une vitesse intermédiaire et d'une faible vitesse, divers interrupteurs et commutateurs comprenant un commutateur 12 de marche arrière-avant, des leviers 13 d'accélérateur qui peuvent être commandés sélectivement par l'une ou l'autre main et un phare 14 Un levier 16 de freinage à main est placé sur la partie droite du guidon 3 afin qu'il puisse être manoeuvré par serrage. La figure 3 représente une structure de transmission de ce véhicule électrique. L'énergie transmise par le moteur électrique 6 subit une réduction assurée par des pignons montés dans un carter 7 de réducteur et elle est transmise par un différentiel 17 aux axes 18 des roues arrière droite et gauche Le carter 7 de réducteur loge un mécanisme 19 qui permet le changement de la réduction à un état de rotation libre permettant la poussée du véhicule électrique. Le différentiel 17 est monté dans un carter 20 de différentiel portant un frein manuel 50 ayant une structure interne de frein à tambour dilatable destinée à agir sur l'axe arrière gauche 18. Comme représenté sur les figures 3 et 4, le frein 50 a un tambour rotatif 21 fixé à l'axe arrière gauche 18, une plaque 22 de panneau boulonnée à une face d'extrémité du carter 20 de différentiel, un axe 23 de fixation qui est lui-même fixé à la plaque 22, une came 24 de freinage traversant la plaque 22 et pouvant tourner, deux patins de frein 25 disposés entre la came 24 et l'axe 23, et un ressort 26 destiné à repousser les patins 25 l'un vers l'autre. La plaque 22 porte un organe 28 de support d'un fil métallique 27 de freinage, et un interrupteur de limite 29. La came 24 est fixée à un levier 30 de came sur lequel est articulé le fil 27 de freinage Un ressort 31 de rappel est destiné à rappeler le levier 30 de came dans le sens qui provoque la fermeture des patins 25. Le levier 30 de came a une plaque 32 de retenue fixée à une extrémité et destinée à être au contact d'une face d'extrémité de la plaque 22 et à régler une position limite de retour du levier 30 de came La plaque 32 de retenue ferme l'interrupteur de limite normalement ouvert 29 lorsque le levier 30 de came est dans une position de retour. Comme représenté sur la figure 5, le fil 27 de freinage est raccordé au levier 16 fixé au guidon 13. Lorsque le levier 16 de freinage est serré, le fil métal- lique 27 est tiré afin qu'il commande le frein 50 Simulta- nément, l'interrupteur 29 de limite transmet un signal à une seconde unité de commande 200, décrite dans la suite, qui est connectée à une première unité de commande 100 qui est aussi décrite dans la suite. Le moteur électrique 6 comporte un frein négatif 60 (de type connu dans la technique et dont la construction particulière n'est pas décrite dans le présent mémoire) destiné à appliquer une force de freinage à partir de la force d'un ressort à un arbre 33 du moteur et à supprimer la force de freinage sous l'action d'une force électroma- gnétique due à la transmission d'énergie et dépassant la force du ressort Le frein négatif 60 fonctionne lorsque la pédale 13 d'accélérateur est ramenée en position d'arrêt. En outre, comme représenté sur la figure 1, le véhicule électrique comporte un détecteur 70 d'obstacle comprenant un interrupteur de limite 36 qui fonctionne lors du déplacement d'un tampon 35 monté sur l'extrémité avant d'un pare-choc avant 34 afin qu'il puisse coulisser vers l'arrière et vers l'avant Cet interrupteur 36 de limite est aussi connecté à la seconde unité de commande 200 Le frein négatif 60 est manoeuvré lorsque le tampon se déplace vers l'arrière par choc avec un objet étranger par exemple. La figure 6 est un diagramme synoptique d'un système de réglage de vitesse comprenant un système de freinage du véhicule électrique selon l'invention Comme l'indique le diagramme synoptique, les leviers 13 d'accélérateur, par l'intermédiaire d'un potentiomètre associé 13 a, trans- mettent un signal de consigne de vitesse correspondant à une position choisie de vitesse à la première unité de commande 100 De même, le levier 11 de changement de vitesse notifie à la première unité de commande 100, par l'intermédiaire d'un circuit à interrupteur non représenté, un étage choisi de vitesse, par exemple la vitesse élevée, la vitesse intermédiaire ou la faible vitesse Le commuta- teur 12 de marche arrière-avant transmet aussi directement son signal à la première unité de commande 100 La seconde unité de commande 200 connectée à la première unité de commande 100 reçoit un signal de réglage de vitesse de la première unité 100 de commande La seconde unité 200 de commande transforme le signal de commande de vitesse en un signal à impulsions de pilotage destiné à être appliqué, par l'intermédiaire d'un modulateur 80 d'impulsions, au moteur 6 qui constitue la source motrice du véhicule La seconde unité de commande 200 est en outre connectée au frein négatif 60, au détecteur d'obstacle 70 et à l'inter- rupteur 29 de limite destiné à détecter le fonctionnement du frein à main 50. Le moteur 6 à impulsions comporte un codeur rotatif ayant deux photocapteurs fonctionnant par transmission et disposés avec un déphasage de 90 Le codeur 90 détecte le sens et la vitesse de rotation du moteur 6 et il trans- met des signaux de détection à la première et à la seconde unité de commande 100 et 200 par l'intermédiaire d'un convertisseur fréquence-tension 91. Dans le dispositif de réglage de vitesse ayant cette construction, la première unité 100 dérive une valeur cible de la vitesse à partir de la position du levier 13 d'accé- lérateur, c'est-à-dire une valeur donnée par le potentio- mètre 13 a, d'après une position choisie du levier 11 de changement de vitesse et l'état du commutateur 12 de marche arrière-avant Les vitesses maximales vers l'avant sont déterminées comme étant égales à 6,0, 4,5 et 1,5 km/h pour les positions de vitesse élevée, de vitesse intermédiaire et de faible vitesse du levier 11 de changement de vitesse respectivement En marche arrière, les vitesses maximales sont réglées à 3,0, 2,5 et 1,0 km/h pour les positions de vitesse élevée, de vitesse intermédiaire et de faible vitesse du levier 11 de changement de vitesse. La valeur cible de vitesse ainsi dérivée est trans- mise à la seconde unité 200 de commande dans laquelle la valeur cible de vitesse est comparée à une vitesse réelle de vitesse correspondant au signal de vitesse de rotation provenant du codeur 90 La seconde unité 200 de commande détermine l'amplitude d'alimentation du moteur 6 à impul- sions nécessaire pour éliminer la différence entre les deux valeurs Le signal de réglage de vitesse correspondant à la quantité d'énergie transmise parvient au modulateur 80 d' impulsions. En outre, la première unité 100 de commande compare la valeur cible de vitesse calculée par la première unité à la valeur réelle de la vitesse correspondant au signal de vitesse de rotation provenant du codeur 90. Lorsque la différence dépasse une valeur prédéterminée, une valeur de correction est ajoutée à la valeur cible lorsque la différence est positive et est soustraite de cette valeur cible lorsque la différence est négative Ensuite, la valeur cible corrigée est transmise à la seconde unité de commande 200 Par exemple, si la vitesse cible est réglée à 5 km/h mais la vitesse réelle est égale à 1 km/h, le véhicule est considéré comme se déplaçant sur une route qui monte Dans ce cas, une valeur de correction, par exemple 5 km/h est ajoutée afin que la valeur cible soit égale à 10 km/h et soit transmise comme valeur cible pour le réglage de vitesse par la seconde unité 200 de commande. En conséquence, le véhicule se déplace à une vitesse correspondant à la manoeuvre du levier 11 de changement de vitesse et du levier 13 d'accélérateur. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la première unité 100 de commande comprend un microordina- teur comme élément principal, et réalise le réglage par rétroaction par logiciel La seconde unité 200 de commande réalise le réglage par rétroaction à l'aide de matériel comprenant un amplificateur différentiel comme élément principal Ceci est représenté par une première ligne Ll de rétroaction et une seconde ligne L 2 de rétroaction sur la figure 6. On décrit maintenant le système de freinage. Lorsque le levier 13 d'accélérateur est réglé à une vitesse nulle, c'està-dire à la position d'arrêt, la valeur cible de la vitesse est réduite à zéro afin que l'alimentation du moteur 6 soit interrompue Le moteur 6 qui n'est plus alimenté joue alors le rôle d'un frein à génératrice, et l'énergie transmise au frein négatif 60 est simultanément supprimée En conséquence, le frein négatif prend un état de freinage sous l'action de la force du ressort et contribue à l'arrêt positif du véhicule. Lorsque le frein à main est manoeuvré en cas d'ur- gence, l'alimentation du frein négatif est aussi inter- rompue si bien que le véhicule s'arrête de manière fiable. Le frein négatif fonctionne également lorsque le détecteur 70 d'obstacle se ferme. La séquence de calcul, par la première unité de commande 100, d'une valeur cible de vitesse est maintenant décrite en référence à la figure 7. D'abord, aux pas 10, 20 et 30, la première unité 100 de commande accepte les signaux indiquant les états du levier 11 de changement de vitesse, du commutateur 12 de marche arrière-avant et du levier d'accélérateur 13 respec- tivement Ensuite, au pas 40, une valeur cible est calculée en référence à une table formée par utilisation des états du levier 11 de changement de vitesse, du commutateur 12 de marche arrière-avant et du levier d'accélérateur 13, constituant des paramètres Au pas 50, une valeur réelle de vitesse R est déterminée à partir du signal correspondant à l'état de rotation du moteur 6, détecté par le codeur 90. Au pas 60, la valeur cible S est comparée à la valeur réelle R, avec prise en considération d'une valeur prédé- terminée K Si le résultat de la comparaison est S>R+K, une nouvelle valeur cible est déterminée par addition d'une valeur de correction à la valeur cible au pas 70 Si S+K d'une valeur de correction de la valeur cible au pas 80. Dans les autres cas, c'est-à-dire lorsque KÄI(S-R)I, la valeur cible n'est pas modifiée. Après ce traitement, la valeur cible est transmise à la seconde unité de commande 200 dans laquelle la valeur cible est comparée au signal correspondant à la vitesse de rotation du moteur 6 détectée par le codeur 90, comme quantité de référence pour l'amplificateur différentiel Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel est transmis au modulateur 80 d'impulsions dans lequel le signal est transformé en impulsions convenables permettant la rotation du moteur 6 à impulsions. Les figures 8 et 9 représentent des variantes de structure à action solidarisée placée entre le frein 50 et le détecteur 70 d'obstacle. 1) Comme représenté sur la figure 8, une bielle oscillante 37 peut occuper une position intermédiaire sur la longueur du fil 27, et un fil 38 peut entourer la partie avant de l'interrupteur 36 de limite, fixé à l'extrémité inférieur et raccordé, à une extrémité supérieure, à la bielle 37. 2) Comme représenté sur la figure 9, le levier manuel 16 de frein peut comporter un interrupteur de limite commandé lors du serrage du levier 16, cet interrupteur 39 de limite et l'interrupteur 36 de limite associé au tampon étant connectés à la seconde unité de commande 200. Dans la construction précédente 1), le fil 38 est tiré lorsque le levier 16 est serré afin qu'il déplace l'interrupteur 36 de limite vers l'arrière et qu'il manoeuvre cet interrupteur 36. Le frein 50 et le frein négatif 60 peuvent être disposés afin qu'ils agissent sur la roue avant 2 ou sur la roue arrière droite 4 Le dispositif 16 de réglage de frein peut comporter une pédale de freinage. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux véhicules électriques qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. il REVENDICATIONS 1 Véhicule électrique qui se déplace à une vitesse réglée par ajustement de l'alimentation d'un moteur élec- trique en fonction d'un signal de consigne de vitesse provenant d'un dispositif de consigne de vitesse, caracté- risé en ce qu'il comprend un premier dispositif de commande ( 100) destiné à former une valeur cible de vitesse d'après le signal de consigne de vitesse provenant du dispositif de consigne de vitesse, un second dispositif de commande ( 200) destiné à recevoir la valeur cible de vitesse, un dispositif ( 90) de détection destiné à trans- mettre un signal de vitesse du véhicule, une première ligne de rétroaction (Ll) destinée à transmettre le signal de vitesse du véhicule au premier dispositif de commande, et une seconde ligne de rétroaction (L 2) destinée à transmettre le signal de vitesse du véhicule au second dispositif de commande, le premier dispositif de commande ( 100) comprenant un dispositif destiné à faire varier la valeur cible et à comparer la valeur cible de vitesse et le signal de vitesse du véhicule et, lorsqu'une différence entre eux dépasse une valeur prédéterminée, à faire varier la valeur cible de vitesse, et le second dispositif de commande ( 200) comprenant un dispositif de consigne d'alimentation destiné à comparer la valeur cible de vitesse au signal de vitesse du véhicule et à déterminer l'amplitude d'alimentation du moteur électrique. 2 Véhicule électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif destiné à faire varier la valeur cible est destiné à ajouter une valeur de correc- tion à la valeur cible de vitesse en fonction du signal de consigne de vitesse de manière que ce signal soit appliqué au second dispositif de commande ( 200) lorsque le signal de vitesse du véhicule est inférieur à la valeur cible de vitesse d'une valeur prédéterminée, et destiné à soustraire la valeur de correction de la valeur cible de vitesse en fonction du signal de consigne de vitesse afin qu'il soit appliqué au second dispositif de commande lorsque le signal de vitesse du véhicule dépasse la valeur cible de vitesse d'une valeur prédéterminée. 3 Véhicule électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un frein auxi- liaire ( 60), et dans lequel le premier dispositif de commande ( 100) est destiné à transmettre un signal de valeur cible de vitesse correspondant à une valeur nulle de vitesse et, simultanément, à transmettre un signal de manoeuvre du frein auxiliaire. 4 Véhicule électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le frein auxiliaire ( 60) est un frein négatif qui peut être desserré par une force électroma- gnétique et, lorsque la force électromagnétique est suppri- mée, une force de freinage est appliquée par de l'énergie mécanique telle que celle d'un ressort. Véhicule électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un frein à main ( 50) qui comporte un dispositif ( 36) de détection d'une opération de freinage qui est connecté au second dispositif de commande, le signal de manoeuvre de frein étant transmis au frein auxiliaire dès qu'une opération de freinage est détectée. 6 Véhicule électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de consigne de vitesse comprend un levier d'accélérateur ( 13) destiné à régler des vitesses de façon continue, et un levier ( 11) de changement de vitesse destiné à sélectionner un étage parmi plusieurs étages de vitesses, le premier dispositif de commande ( 100) étant destiné à faire varier le procédé de calcul de la valeur cible de vitesse et de la valeur de correction d'après la valeur donnée par le levier d'accélérateur en fonction de l'étage sélectionné.