Brevet FR2665413A1 — publié le 19920207

La présente invention concerne des véhicules automobiles electriques en matériaux composi-tes de masse réduite, de forme ovoYde, aérodynamiquement developpés, disposant de plusieurs sources d'énergie de faible puissance et d'origines différentes utilisables séparément ou simultanément suivant une gestion appropriée. Dans l'état actuel de la technique, les véhicules automobiles électriques sont animés par des moteur de traction "basse tension" qui puisent leur énergie dans une série de batteries d'accumulateurs électriques dites "de traction", rechargeables par une source d'énergie électrique extérieure aux véhicules. Ces véhicules sont lourds et généralement peu performants ; de plus, leur autonomie de fonctionnement est réduite et le court global de telles installations est très élevé. Cet état de fait est du à ce que les structures des véhicules de base sont d'une masse importante et qu'aucun effort particulier n'a été réalisé pour améliorer leur aérodynamisme. Cela entratne l'installation de moteurs lourds et puissants et d'une grande quantité de batteries. En résumé, ces inconvénients s'ajoutent et s'aggravent les uns les autres. Tant que la technique n'offrira pas des batteries d'accumulateurs électriques légères à electrolyte solide polymere actuellement en développement, il sera nécessaire de réduire les masses des véhicules, d'améliorer leur aerodynamisme et d'utiliser une technique de gestion des énergies disponibles qui soit plus appropriée. C'est l'objet de la présente invention La présente invention dans son principe, consiste à optimiser les différents paramètres qui constituent le véhicule et qui sont, la masse, l'aerodynamisme et la gestion de plusieurs sources d'énergie électrique d'origines différentes et de faible puissance chacune. Dans son application, le problème de la masse du véhicule est résolu de la façon suivante: Premièrement, la coque ou carrosserie (1) du véhicule est construite en ma tériaux composites éprouvés qui sont, le verre, le carbone et les fibres et résines de synthèse. Deuxièmement, une ossature est rapportée à l'intérieur de la carrosserie (1) au moyen de volumes (2) en matière plastique expansée en forme "d'omega", comme le montrent, en coupe, les figures 1 et 2. Cette ossature est constituée de couples, cadres ou demi-cadres (3), de lisses ou longerons (4) et d'entretoises (5). Aucune rupture n'intervient à la jonction des cadres, des longerons et des entretoises qui réalisent ainsi un véritable "quadrillage" intérieur comme le montrent les figures 1 et 2. Troisièmement, un ensemble de planchers et de cloisons en matériaux composites construits suivant la technique dite "sandwich", reçoivent les éléments mécaniques de traction, de suspension et de roulage et les éléments de génération en électricité comme le montrent également les figures 1 et 2 Ces trois éléments sont polymérisés et collés les uns aux autres pour former un ensemble cohérent qui prend en charge tous les efforts verticaux, longitude naux et latéraux de flexion, de traction et de compression déterminés par les calculs. Dans son application également, le problème de 1 'aérodynamisme est résolu de la façon suivante La carrosserie (1) est réalisée au moyen d'un moule donnant un état de surface le meilleur possible. La forme de cette carrosserie est ovoÇde (issue de l'oeuf) procurant un aérodynamisme également le meilleur possible. Des essais en soufflerie, comparables à ceux effectués pour les aéronefs, permettent d'obtenir un coefficient de trainée aérodynamique (cx) le plus réduit possible. A partir des résultats obtenus au niveau de la masse et du coefficient de trainée aérodynamique du véhicule, il est aisé de déterminer un bilan énergétique constitué par la puissance du moteur de traction (6) qu'il faudra mettre en oeuvre et par les quantités d'énergie disponibles qui seront necessaires à son fonctionnement. La première source d'énergie disponible est représentée par des batteries d'accumulateurs électriques (7) dites "de traction" qui peuvent être installées sur le plancher (10) derrière le siège, comme le montrent les figures 1 et 2, plaçant ainsi le centre de gravité du véhicule le plus bas possible. La deuxième source d'énergie disponible est constituée par un groupe élec trogène autonome (8) de faible puissance, à moteur à combustion interne qui est intégré dans la partie arrière du vehicule et qui peut être installe sur le plancher (11), comme le montre la figure 1. La troisième source d'énergie est constituée par un ou plusieurs panneaux de cellules captatoires d'énergie électrique d'origine solaire appelées "modules solaires photovoltaXques" ou "photopiles" (9) qui peuvent etre places sous le toit ouvrant transparent du véhicule ou sur la plage située derriere les sieges, comme le montrent les figures 1 et 2. Le roule de la première source d'énergie disponible qui est représentée par les batteries d'accumulateurs électriques (7) est d'alimenter le moteur électrique de traction (6). A noter que la première particularité avantageuse de l'invention réside dans le fait que grâce à la structure légère en matériaux composites et à 1 'aéro- dynamisme évolué du vehicule, le moteur de traction (6) sera de puissance moindre comparé aux véhicules automobiles électriques construits à ce jour. Implicitement, ce facteur permet de réduire le nombre de batteries de traction (7) à installer. Les rôles et les particularités avantageuses de la deuxième source d'énergie disponible représentée par le groupe électrogène autonome intégré (8) sont de plusieurs ordres Premièrement, le groupe électrogène autonome intégré (8) couvre tous les besoins en énergie nécessités par les servitudes liées au bon fonctionnement du véhicule (phares, feux réglementaires, essuie-glaces, etc.). Ce faisant, il soulage les batteries de traction (7) habituellement sollici-tées pour ces fonctions. Là encore, implicitement, ce facteur permet de réduire le nombre de batteries à installer. Deuxièmement, il remplit le roule de chargeur permanent de batteries. Le vehicule est complètement autonome en ce qui concerne la recharge de ses batteries de traction (7) et n'est plus tributaire d'une source d'alimentation électrique extérieure ; ce qui n'empêche pas ledit véhicule de faire appel à une telle source au moyen de la prise extérieure (12) si cela est nécessaire. De plus, comme les batteries de traction (7) sont rechargées en permanence, cette particularité à pour conséquences, d'augmenter l'autonomie du véhicule, de réduire encore la quantité de batteries à installer et d'éliminer les risques de décharges complètes qui sont préjudiciables. Troisièmement, il participe à l'alimentation en énergie du moteur de traction simultanément avec les batteries et les modules solaires photovoltaTques (9) durant les phases de démarrage, au cours des manoeuvres d'accélération ou de dépassement ou pour gravir des dénivellations importantes. A noter que les accélérations sont egalement améliorées par la faible inertie du véhicule et par la qualité de l'aéro- dynamisme déjà citées. Quatrièmement, il entratne le compresseur (13) de la climatisation du véhicule au moyen d'un ensemble (14) constitué par une courroie et une poulie débrayable montées directement sur le moteur à combustion interne dudit groupe electrogene. Cinquièmement, en cas de défaillance des batteries de traction (7), le vehicule conserve une autonomie à vitesse réduite qui lui permet de rallier une source extérieure de recharge desdites batteries. Cette particularité est importante en matière de sécurité. Sixièmement, le groupe électrogène (8) recharge les batteries de traction (7) aux arrêts du véhicule, au cours des décélérations et des freinages et pendant le stationnement ; il augmente ainsi l'autonomie de fonctionnement du véhicule. La troisième source d'énergie est représentée par le ou les panneaux de modules solaires photovoltaçques (9). Cette source d'energie est complémentaire aux deux autres pour les phases de fonctionnement déjà citées mais surtout, elle permet le maintien du niveau de charge des batteries de traction (7) pendant les périodes d'arrêt prolongé du véhicule. La quatrieme source d'énergie est constituée par le moteur de traction (6) qui peut remplir la fonction de génératrice. Cela à lieu lorsque le véhicule est en mouvement et que ledit moteur électrique de traction (6) n'est pas alimenté ; c est-à-dire, au cours des décélérations et des freinages et dans les descentes. Pendant ces configurations, la fonction "génératrice" du moteur de traction produit une énergie de récupération, grâce à l'inertie du véhicule, qui recharge les batteries de traction (7), conjointement avec le groupe électrogène autonome intégré (8) et les modules photovoltaSques (9). Ces différentes sources d'énergie sont gérées par le positionnement de la pédale d'accélération (15) au moyen de conjoncteurs-disjoncteurs et relais (16) de modèles connus, largement répandus dans l'industrie et judicieusement sélectionnés. Le fonctionnement du véhicule est le suivant Lorsque le contact général électrique est coupé, les modules solaires photo voltafques (9) sont actifs et maintiennent le niveau de charge des batteries de traction (7), quelle que soit la position de la pédale d'accélération (15). Lorsque le contact général électrique est branché, la gestion des énergies disponibles est illustrée schématiquement par la figure 3 - Les arcs de cercle "évidés" déterminent les énergies disponibles pour la charge des batteries de traction (7) et pour l'alimentation des servitudes (17 à 19) effectuées au moyen de conjoncteurs-disjoncteurs et relais (16). - Les arcs de cercle "grises" déterminent les énergies disponibles pour 1 'ali- mentation du moteur électrique de traction (6) effectuée au moyen de conjoncteursdisjoncteurs et relais (16). La pédale d'accélération (15) est en position minimale "A". Au cours de cette phase, le moteur de traction (6) n'est pas alimenté, le groupe électrogène (8) et les modules solaires photovoltaTques (9) rechargent simultanément les batteries de traction (7) et alimentent les servitudes, telles que feux arrières (17), ventilateurs (18) ou autres (19). Cette position minimale "A" sera adoptée aux arrêts, au cours des stationnements ou pendant les manoeuvres de décélération et de freinage du véhicule. Avant de démarrer, il y a lieu de placer une manette d'un modele connu en position "avant" ou "arrière" en fonction de la manoeuvre désirée. Pour démarrer, il suffit d'appuyer sur la pédale d'accélération (15) et d'amener celle-ci entre la position minimale "A" et une position déterminée qui définit une plage intermédiaire d'utilisation "B". Au cours de cette phase, les modules solaires photovoltaXques (9) et les batteries de traction (7) alimentent simultanément le moteur de traction (6), tandis que le groupe électrogène (8) continue de charger les batteries et d'alimenter les servitudes (17 à 19). Par ailleurs, une transmission à variation continue et un embrayage centrifuge automatiques de modeles connus permettent au véhicule de fonctionner. Cette plage intermédiaire d'utilisation "B" sera adoptée pour les démarrages à faible vitesse, pour se garer, pour les manoeuvres en marche arriere et pour le maintien de la vitesse normale d'utilisation ou "vitesse de croisière1 du véhicule. Au-delà de la plage intermédiaire d'utilisation "B" et jusqu'à la position maximale de la pédale d'accélération (15), se situe la plage d'utilisation "C". Au cours de cette phase, les batteries de traction (7), le groupe électrogène (8) et les modules solaires photovoltaSques (9) alimentent simultanément le moteur de traction (6), tandis que les servitudes (17 à 19) sont alimentées par la batterie subsidiaire de servitude (19). Cette plage d'utilisation "C" sera adoptée pour les démarrages rapides afin de rompre plus facilement l'inertie du véhicule, au cours des manoeuvres de dépassement afin d'effectuer ces dernières avec le maximum de sécurité, pour gravir des côtes ou des dénivellations importantes et d'une façon générale à chaque fois qu'il sera nécessaire d'effectuer une accélération importante. A noter que le retour de la position maximale "C" à la position minimale "A", s'effectue automatiquement par relachement de la pression sur la pédale d'accéleration (15) et par action de son ressort de rappel d'un modèle connu. De retour à la position minimale "A" de la pédale d'accélération (15), alors que le véhicule est en marche, fonctionnant grâce à son inertie, l'énergie complementaire de la fonction "génératrice" du moteur de traction (6) recharge les batteries (7) et alimentent les servitudes (17 à 19) conjointement avec les modules solaires photovoltaTques (9) et le groupe électrogène (8) comme le montre la figure 3. Dans l'état actuel de la technique, on constate que la répartition approximative des masses composant un véhicule électrique est la suivante Un tiers pour la génération électrique complête. Un tiers pour la construction du véhicule, équipements et accessoires compris. Un tiers pour la charge utile. Les véhicules, objets de la présente invention, n'échappent pas à cette regle approximative mais il est aisément possible de mesurer l'importance du gain de masse et de trainée aérodynamique (cx) et l'intérêt da à la gestion des différentes sources d'energie électrique disponibles utilisées d'une façon optimale. Toujours dans T'état actuel de la technique, la répartition des énergies électriques disponibles par l'adoption de la présente invention est approximativement la suivante - 70 40 de l'énergie électrique totale sont fournis par les batteries (7), - 25 % sont fournis par le groupe électrogène intégré (8), - 5 % sont fournis par les modules solaires photovoltaSques (9). Les améliorations des techniques de chacune de ces trois sources d'énergie ne modifieront en rien le caractère de l'invention et ne feront qu'augmenter les rendements du véhicule par la gestion appropriée de ces trois sources d'énergies. Cette gestion étant effectuée par un positionnement adéquat de la pédale d'accélération (15) ou par toute autre manette assurant les mimes fonctions et au moyen de conjoncteurs-disjoncteurs et relais (16) largement répandus dans l'industrie et judicieusement adaptés, L'optimisation de la masse et de l'aérodynamisme du véhicule ayant déjà été obtenue par ailleurs suivant des modalités déjà citées. Un autre aspect de l'invention réside dans l'organisation de lastructure arrière du véhicule comme le montrent les figures 1 et 2. L'ensemble des planchers et cloisons en matériaux composites construits suivant la technique dite "sandwich" et qui reçoit les éléments mécaniques de roulage, de traction et de génération en électricité est un caisson autoporteur, étanche et completement isolé de la cabine. Notamment, cette étanchéité est assurée en ce qui concerne les gaz toxiques qui pourraient émaner des batteries et du groupe elec trogène. De plus, l'isolation est effective, tant au plan phonique que calorifique. L'organisation du refroidissement et de l'aération dynamique de l'intérieur de ce caisson est réalisé de la façon suivante Des prises d'air sont disposées sous le plancher (10) des batteries (7) qui sont elles-memes isoles de leur logement par un espace leur permettant d'etre refroidies. Des ventilateurs electriques (18) sont placés au-dessus des batteries (7) et accélèrent la circulation d'air vers le groupe électrogène (8) comme le montre la figure 1 et vers le moteur de traction (6) comme le montre la figure 2. L'air chaud et les autres émanations sont ensuite evacuées par les ouzos d'aération (20). Un autre aspect de l'invention est constitué par le bloc arrière des feux réglementaires (17) qui est réalisé de la façon suivante Cet ensemble est constitué par un bloc de caoutchouc moulé épousant la forme ove'ré du véhicule comme le montrent les figures 1 et 2. Dans ce bloc de caoutchouc moulé, on a inséré, légèrement en retrait, les dispositifs lumineux proprement dits qui sont de modèles connus. Comme le montrent également les figures 1 et 2, l'ensemble est place à la façon d'un "tiroir" entre deux planchers et contre une cloison construits sui vant la technique dite "sandwich". Les particularités avantageuses de cet aspect de l'invention sont de trois ordres Premièrement, le bloc arrière (17) épousant la forme ovofde du véhicule peut absorber les petits chocs qui surviennent au cours des manoeuvres pour se garer ; il remplit donc le roule de pare-chocs. Deuxièmement, les dispositifs lumineux proprement dits etant places légèrement en retrait dans le moulage en caoutchouc, ils sont davantage protégés des chocs extérieurs. Troisièmement, les montages, les démontages et la maintenance de ce bloc arrière (17) sont facilités par la conception et la fabrication de cette structure postérieure du véhicule. A noter que les véhicules ayant trait à la présente invention ne s'apparente pas aux véhicules hybrides pour lesquels un essieu est animé par un moteur électrique et un autre essieu par un moteur à combustion interne. De plus, comme le montrent les figures 1 et 2, à titre d'exemples, les véhicules ont la possibilité d'être tricycle. Cette particularité est avantageuse au plan industriel car la législation internationale des véhicules tricycles est plus répandue que celle des "voiturettes" à quatre roues limitée à un petit nombre de pays. Un autre aspect de l'invention est constitué par le fait que dans les versions à "quatre roues" des véhicules, les deux arrières motrices sont équipées chacune d'un moteur de traction (6), d'une transmission à variation continue et d'un embrayage centrifuge automatiques de modèles connus. Cette disposition originale supprime l'installation d'un différentiel. Un dernier aspect de l'invention réside dans le fait qu'une source d'énergie subsidiaire est constituée par une batterie d'accumulateurs électriques dite "de démarrage". Cette source d'énergie subsidiaire n'a pas la capacité d'alimenter le moteur de traction (6) et n'entre pas dans le cadre de la gestion des énergies disponibles, telle qu'elle est définie par la figure 3. Elle constitue une servitude alimentee par le groupe électrogène (8) représentée par les éléments "autres servitudes" (19) de ladite figure 3. Cette source d'énergie subsidiaire remplit les fonctions suivantes Premièrement, elle déclenche le démarrage du groupe électrogène (8) à l'issue du branchement du contact général électrique du véhicule. Deuxièmement, elle agit comme élément de relais ou "tampon" entre le groupe électrogène (8) et les servitudes (17 à 19) à chaque fois que cela est nécessaire. Troisièmement, elle rend le groupe électrogène intégre (8) encore plus autonome car la mise en route de ce dernier ne dépend pas des batteries de traction (7) qui peuvent etre soumises à des décharges complêtes. Les débouchés industriels de l'invention sont très étendus. Il y a lieu de citer notamment : les voiturettes de ville, les véhicules de loisir et de promenade utilises pour le golf par exemple, les véhicules de livraison en ville de petits paquets et plis urgents, les véhicules de zones piéton nières, les véhicules sans permis de conduire, les véhicules à usage souterrain, etc. REVENDICATIONS 1) Véhicules automobiles électriques à structure composite légère et de forme ovoide aérodynamiquement développée, caractérisés en ce que plusieurs sources d'énergie électrique d'origines différentes et de faible puissance chacune, utilisables séparément ou simultanément, sont gerées par des positionnements differents d'un dispositif constitué par la pédale d'accélération (15) ou par toute autre manette assurant les mêmes fonctions et ce, au moyen de conjoncteurs-disjoncteurs et relais (16) de modèles connus. 2) Véhicules automobiles électriques à structure composite légère selon la revendication 1, caractérisés en ce que le dispositif constitué par la pédale d'accélération (15), gère par des positionnements différents les énergies fournies par des batteries d'accumulateurs électriques (7), par un groupe électrogène autonome intégré (8) et par des modules solaires photovoltaîques (9) pour l'alimentation du ou des moteurs de traction (6) et des servitudes (17 à 19) au moyen de conjoncteurs-disjoncteurs et relais (16). 3) Véhicules automobiles électriques à structure composite légère selon la revendication 1, caractérisés en ce que le dispositif constitue par la pédale d'accélération (15), gere également par des positionnements différents, les energies fournies par le groupe électrogène autonome intégre (8), par les modules solaires photovoltaçques (9) et par la fonction "génératrice" du moteur de traction (6) pour la recharge des batteries d'accumulateurs électriques de traction (7) et de la batterie subsidiaire de servitude (19) au moyen de conjoncteurs-disjoncteurs et relais (16). 4) Véhicules automobiles électriques à structure composite légère selon les revendications 1 à 3, caractérisés en ce que le contact général électrique étant branché, le dispositif constitue par la pédale d'accélération (15) étant en position minimale A et le véhicule étant immobile, le moteur de traction (6) n'est pas alimente et le groupe électrogène autonome intégré (8) ainsi que les modules solaires photovoltaiques (9) rechargent simultanément les batteries de traction (7) et alimentent les servitudes (17 à 19) au moyen de conjoncteursdisjoncteurs et relais (16). 5) Véhicules automobiles électriques à structure composite légère selon les revendications 1 à 3, caractérisés en ce que le contact général électrique etant branché et le dispositif constitué par la pédale d'accélération (15) etant dans la plage intermédiaire "B", les batteries de traction (7) et les modules solaires photovoltaTques (9) alimentent simultanément le moteur électrique de traction (6), tandis que le groupe électrogène autonome intégré (8) recharge lesdites batteries de traction (7) et alimentent les servitudes (17 à 19) au moyen de conjoncteurs-disjoncteurs et relais (16). 6) Véhicules automobiles électriques à structure composite légère selon les revendications 1 et 2, caractérisés en ce que le contact général électrique étant branché et le dispositif constitué par la pédale d'accélération (15 étant dans la plage maximale "C", les batteries de traction (7), le groupe électrogène autonome intégré (8) et les modules solaires photovoltaçques (9) alimentent simultanément le moteur de traction (6), tandis que les servitudes (17 à 19) sont alimentées par la batterie subsidiaire de servitude (19) au moyen de conjoncteurs-disjoncteurs et relais (16). 7) Véhicules automobiles électriques à structure composite légère selon les revendications 1 à 3, caractérisés en ce que le contact général electrique étant branché, le dispositif constitué par la pédale d'accélération (15) etant revenu à la position minimale "A" et le véhicule étant en mouvement, la fonction "génératrice" du moteur de traction (6), le groupe électrogène autonome intégré (8) et les modules solaires photovoltaTques (9) rechargent simultanément les batteries de traction (7) et alimentent les servitudes (17 à 19) au moyen de conjoncteursdisjoncteurs et relais (16). 8) Véhicules automobiles électriques à structure composite légère selon les revendications 1 à 3, caractérisés en ce que le contact général électrique étant coupé et quelle que soit la position "A", "B" ou "C" du dispositif constitué par la pédale d'accélération (15) ou par toute autre manette assurant les mêmes fonctions, les modules solaires photovoltaiques (9) sont actifs et maintiennent le niveau de charge des batteries au moyen de conjoncteurs-disjoncteurs et de relais (16). 9) Véhicules automobiles électriques à structure composite legere selon la revendication 1, caractérisés en ce que le contact général électrique étant branché, le dispositif constitué par la pedale d'accélération (15) étant en position "C", le groupe électrogène intégré (8) est en fonctionnement, supplée aux batteries de traction (7) en cas de défaillance de ces dernières et permet aux véhicules dont il est question d'être autonomes et ce, au moyen de conjoncteurs-disjoncteurs et relais (16). 10) Véhicules automobiles électriques à structure composite légère selon la revendication 1, caractérisés en ce que le contact général électrique étant branché, le dispositif constitué par la pédale d'accélération (15) étant en position "A" ou "B", le groupe électrogène intégré (8) est en fonctionnement, remplit le rôle de chargeur permanent des batteries de traction (7) qui ne sont plus tributaires d'une source d'alimentation extérieure et couvre tous les besoins en énergie nécessités par les servitudes (17 à 19) liées au bon fonctionnement des vehicules dont il est question et ce, au moyen de conjoncteursdisjoncteurs et relais (16).