Brevet FR2725409A1 — publié le 19960412

L'invention concerne un système d'entraînement hybride pour un véhicule routier. Le document DE-A-41 33 059 divulgue un système d'entraînement hybride pour un véhicule routier, dans lequel des moteurs électriques associés individuellement aux roues motrices du véhicule, sont alimentés par un générateur, qui pour sa part est entraîné par un moteur à combustion interne. En ce qui concerne les moteurs électriques, tout comme le générateur, il s'agit de machines à induction polyphasées, qui sont reliées les unes aux autres au moyen d'un circuit intermédiaire de tension continue fonctionnant à un niveau de moyenne tension d'environ, par exemple, 500 à 1000 V. Au genérateur et aux moteurs électriques sont associés des redresseurs et des onduleurs, qui sont commandés, conformément au fonctionnement en marche, par un dispositif de commande électronique. Indépendamment du circuit intermédiaire de courant continu, les véhicules routiers du type de ceux mentionnés précédemment, disposent d'un réseau de bord basse tension, de par exemple 12 ou 24 V, à partir duquel, en-dehors d'autres récepteurs, sont également alimentés, en règle générale, les composants électroniques du dispositif de commande, par la tension de fonctionnement. Le moteur à combustion interne peut, de manière tout à fait usuelle, être démarré à l'aide d'un moteur de démarreur électrique alimenté à partir du réseau de bord basse tension. Mais il est également connu [document "VDI Berichte" (rapport de l'association de ingénieurs allemands), N 878, 1991, pages 611 - 622], de faire fonctionner le générateur couplé de manière fixe en rotation au moteur à combustion interne, en moteur, et de l'utiliser en moteur de démarreur. Aussi bien le moteur de démarreur distinct, que le générateur fonctionnant en moteur, supposent toutefois une source de courant de puissance suffisante pour accélérer le moteur à combustion interne à la vitesse de rotation de démarrage, usuelle, de 100 à 300 tours par minute, à l'encontre du couple résistant du moteur à combustion interne, relativement élevé. Dans le cas des deux variantes, il est, en outre, nécessaire que la basse tension du réseau de bord soit suffisamment élevée pour le fonctionnement des composants électroniques du dispositif de commande. Cela peut poser des problèmes lorsque la capacité de la batterie du réseau de bord est trop faible, notamment lorsque la batterie est chargée à partir du générateur, par le circuit intermédiaire de tension continue, et que la commutation du générateur n'est pas garantie en raison d'une alimentation en tension de fonctionnement insuffisante, du dispositif de commande. Le but de l'invention consiste à indiquer une voie permettant de garantir le démarrage du moteur à combustion interne dans un système d'entraînement hybride du type de celui mentionné précédemment, même lorsque l'on ne dispose pas de source de tension suffisante pour la phase de démarrage. L'invention se fonde sur un système d'entraînement hybride pour un véhicule routier, comprenant: un moteur à combustion interne, un générateur électrique lié sur le plan de l'entraînement, au moteur à combustion interne, au moins un moteur électrique relié, notamment à l'aide d'un circuit intermédiaire de courant continu, au générateur, et destiné à l'entraînement d'au moins une roue du véhicule routier, et un dispositif de commande électronique assurant la commande du générateur et dudit au moins un moteur électrique, ainsi que, le cas échéant, du moteur à combustion interne, au cours du fonctionnement en marche. Le but recherché par l'invention est atteint, grâce au fait que pour un démarrage de secours du moteur à combustion interne, au moyen du dispositif de commande, le générateur peut être commuté en mode de fonctionnement en moteur entraînant le moteur à combustion interne, et ledit au moins un moteur électrique peut être commuté en mode de fonctionnement en générateur entraîné par la roue, de manière telle, que pour un mouvement de déplacement du véhicule routier sous l'effet de forces extérieures, le moteur électrique fonctionnant en générateur alimente le générateur fonctionnant en moteur. Un véhicule routier équipé d'un tel système d'entraînement hybride peut être accéléré par poussée, remorquage, ou descente libre en déclivité, jusqu'à ce que la puissance électrique produite par le moteur électrique fonctionnant en générateur, soit suffisante pour démarrer le moteur à combustion interne au moyen du générateur fonctionnant en moteur. A cette occasion, le moteur électrique fonctionne avantageusement en tant que générateur passif, pour sa part non commandé, qui établit dans le circuit intermédiaire de tension continue, une tension suffisante pour le fonctionnement en moteur du générateur. Le véhicule routier doit être accéléré à une certaine vitesse minimale, en vue de pouvoir garantir que son énergie cinétique soit suffisante pour produire l'énergie électrique nécessaire à la phase de démarrage. En vue de pouvoir automatiser une telle phase de démarrage de secours, il est avantageusement prévu que le dispositif de commande réagisse à des moyens de détection de la vitesse de marche et n'autorise le début du fonctionnement de démarrage de secours que lorsque les moyens de détection de la vitesse de marche signalent une vitesse de marche située au-dessus d'un seuil de vitesse de marche prédéterminé. Cela permet d'empêcher de manière automatique, qu'en cas d'énergie cinétique insuffisante du véhicule routier, la phase de démarrage soit amorcée, et que de ce fait le véhicule soit freiné, avant le succès escompté du démarrage. Mais le dispositif de commande peut également être d'une configuration telle, qu'il réagisse à un organe de commande susceptible d'être actionné par le conducteur du véhicule routier, et n'autorise le fonctionnement de démarrage de secours que lors de l'actionnement de l'organe de commande. Grâce à l'organe de commande se présentant, par exemple, sous la forme d'un commutateur de commande pouvant être actionné manuellement, ou d'un détecteur relevant la déviation d'une pédale d'accélérateur du véhicule routier, le conducteur peut déterminer l'instant de l'essai de démarrage. A la place d'un contrôle automatique de la vitesse de marche quant au dépassement d'un seuil de vitesse de marche, le conducteur, en fonction de son expérience, peut ainsi décider à quel moment on atteint la vitesse de marche suffisante. Le déclenchement manuel de la phase de démarrage de secours peut toutefois également être avantageuse dans le cas d'un contrôle automatique de la vitesse de marche par le dispositif de commande, parce qu'il empêche que le conducteur soit surpris par le démarrage du moteur à combustion interne durant le remorquage. Avantageusement, le dispositif de commande contrôle le démarrage du moteur à combustion interne à l'aide de moyens de détection de l'état de fonctionnement, qui réagissent directement ou indirectement, par exemple, à la vitesse de rotation augmentant lors du démarrage du moteur à combustion interne en raison du délestage du générateur, ou au délestage du générateur. Le dispositif de commande permet d'assurer avantageusement qu'après le démarrage du moteur à combustion interne, le fonctionnement en moteur du générateur, ainsi que le fonctionnement en générateur du moteur électrique soient interrompus directement, de sorte qu'il est ensuite possible de passer à l'état de fonctionnement normal pour le fonctionnement en marche, c'est à dire que le flux de puissance électrique aille du générateur vers les moteurs électriques. Notamment dans des modes de réalisation dans lesquels le dispositif de commande assure automatiquement la commande de la phase de démarrage de secours, il peut s'avérer avantageux que le dispositif de commande comprenne des moyens de commande de temps, qui définissent une durée maximale d'une phase de fonctionnement de démarrage de secours ou/et un intervalle de temps minimal entre des phases de fonctionnement de démarrage de secours successives. Cela permet d'éviter des états de fonctionnement incontrôlés, tels que ceux qui pourraient, par exemple, s'établir lorsque le moteur à combustion interne ne démarre que pour un faible nombre de tours de vilebrequin et s'arrête ensuite à nouveau. En vue de pouvoir alimenter en tension de fonctionnement, les composants électroniques, même dans le cas d'une tension du réseau de bord insuffisante, le dispositif de commande, pour son alimentation en tension de fonctionnement, est raccordé à un circuit d'alimentation en tension de fonctionnement alimenté par le moteur électrique. Le circuit d'alimentation en tension de fonctionnement peut comporter des moyens de contrôle de la tension, qui valident la tension de fonctionnement pour le dispositif de commande, uniquement lorsque la tension de fonctionnement dépasse un seuil de tension prédéterminé. Cela permet de garantir que le dispositif de commande sera en mesure d'exécuter correctement les tâches qui lui sont affectées pour le fonctionnement de démarrage de secours. Le circuit d'alimentation en tension de fonctionnement est avantageusement raccordé au circuit intermédiaire de tension continue, notamment à l'aide d'un convertisseur continu-continu, et sert simultanément de circuit de charge pour une batterie de réseau de bord basse tension du véhicule routier, lors du fonctionnement en marche normal. Dans la suite, un exemple de réalisation de l'invention va être explicité plus en détail, au regard du dessin annexé. La figure unique du dessin annexé représente un schéma fonctionnel d'un véhicule routier à système d'entraînement hybride, dont le moteur à combustion interne peut également être démarré, lors d'une phase de démarrage de secours, par poussée, remorquage, ou descente libre en déclivité, du véhicule. Le système d'entraînement hybride d'un véhicule routier, représenté de manière schématique sur la figure unique du dessin, comprend au moins un moteur électrique destiné à entraîner au moins une roue 3 du véhicule. A cette occasion, des moteurs électriques 1 distincts peuvent être associés à des roues 3 individuelles du véhicule; mais des moteurs électriques individuels peuvent également être en liaison d'entraînement avec plusieurs roues, par exemple, par l'intermédiaire de différentiels ou d'éléments de transmission similaires. En fonctionnement de marche, les moteurs électriques 1 sont alimentés, à l'aide du circuit intermédiaire de tension continue indiqué en 9, par un générateur électrique 7, qui pour sa part est entraîné par un moteur à combustion interne 5. En ce qui concerne les moteurs électriques 1 et le générateur 7, il s'agit de machines électriques multipolaires, qui peuvent fonctionner aussi bien en générateur qu'en moteur. A chaque moteur électrique 1 est associé un dispositif de commande électronique de moteur 11, qui par l'intermédiaire de commutateurs à semi-conducteurs ou éléments similaires, assure la commutation du moteur électrique associé. La commutation électronique peut s'effectuer de la manière suivante, à savoir qu'à partir de la tension continue du circuit intermédiaire de tension continue 9, sont engendrés des courants continus pulsés, déphasés, ou bien des courants alternatifs déphasés. Au générateur 7 est associé un dispositif de commande électronique 13, qui assure de même, la commutation électronique et la conversion des courants produits par le générateur 7, pour le circuit intermédiaire de tension continue 9. Le circuit intermédiaire de tension continue 9 fonctionne à un niveau de moyenne tension, par exemple entre 500 V et 1000 V. Au moteur à combustion interne est associé usuellement, un dispositif de commande de moteur 15, qui commande, notamment la puissance du moteur et la vitesse de rotation du moteur. Les dispositifs de commande de moteur 11, le dispositif de commande de générateur 13, et le dispositif de commande de moteur 15 sont pilotés conformément à la situation de marche, par un dispositif de commande de marche 17, auquel ils sont reliés, par exemple, par un bus de données 19. Les dispositifs de commande 11, 13, 15 et 17 réagissent, par l'intermédiaire de détecteurs non représentés plus en détail, à des paramètres de fonctionnement des moteurs électriques 1, du moteur à combustion interne 5 et du générateur 7, ainsi qu'à des organes de commande devant être actionnés par le conducteur du véhicule, tels que par exemple des commutateurs de sélection ou une pédale d'accélérateur. Les détails concernant un tel dispositif de commande sont explicités dans le document DE-A-41 33 059 déjà évoqué. En supplément au circuit intermédiaire de tension continue 9 alimentant les moteurs électriques 1, le véhicule possède un réseau de bord basse tension, présentant une tension continue de réseau de bord de, par exemple, 12 V ou 24 V. Le réseau de bord basse tension comprend une batterie 21 pouvant être chargée de manière usuelle, et alimente en tension du réseau de bord, en-dehors de récepteurs usuels 23 du véhicule, tels que par exemple les projecteurs ou éléments similaires, également les composants électroniques des dispositifs de commande 11, 13, 15 et 17. Durant le fonctionnement en marche, le réseau de bord basse tension est alimenté à partir d'un convertisseur continu- continu 25, qui convertit la moyenne tension du circuit intermédiaire de tension continue 9 au niveau basse tension du réseau de bord, et qui, simultanément, charge également la batterie 21. Il est évident qu'à la place du convertisseur continu-continu 25, peut également être prévue une génératrice usuelle entraînée par le moteur à combustion interne 5. La génératrice peut toutefois être supprimée lorsque l'énergie électrique engendrée de toute façon par le générateur 7 est utilisée pour l'alimentation du réseau de bord. Pour le démarrage du moteur à combustion interne 5, peut être prévu un moteur électrique de démarreur usuel, alimenté à partir du réseau de bord. En variante, il peut être prévu que le dispositif de commande de générateur 13 soit en mesure de commuter le générateur 7 en mode de fonctionnement en moteur, de sorte que le générateur 7 peut assurer ainsi en même temps la fonction de démarreur. Dans ce cas, le générateur 7 est alimenté à partir du circuit intermédiaire de tension continue 9, qui pour sa part, reçoit alors l'énergie électrique de la batterie 21, au moyen du convertisseur continu-continu 25 amenant le niveau de tension du réseau de bord au niveau moyenne tension. En supplément ou en variante, il est également possible de raccorder une batterie moyenne tension indiquée en 27, au circuit intermédiaire de tension continue 9. Dans un tel cas, la batterie moyenne tension 27 non seulement assure avantageusement l'alimentation du générateur 7 fonctionnant en démarreur, mais sert également à la récupération de l'énergie en cas de freinage électromoteur du véhicule au moyen des moteurs électriques 1. En vue de pouvoir démarrer en fonctionnement de secours, le moteur à combustion interne 5, même en cas de défaillance de l'alimentation en courant du moteur de démarreur usuel, ou du générateur 7 fonctionnant en moteur, il est prévu que le dispositif de commande de marche 17 commute, pour le fonctionnement de démarrage de secours, les moteurs électriques 1 en mode de fonctionnement en générateur, par l'intermédiaire du dispositif de commande de moteur 11, et le générateur 7 en mode de fonctionnement en moteur, par l'intermédiaire du dispositif de commande de générateur 13. De cette manière, il est possible, par poussée ou par remorquage du véhicule, ou bien également par descente libre du véhicule en déclivité, d'établir dans le circuit intermédiaire de tension continue 9, une tension continue, qui permet au générateur 7 fonctionnant en moteur, de démarrer le moteur à combustion interne 5. Les moteurs électriques 1 fonctionnant en générateur sont dans ce cas entraînés par l'intermédiaire des roues 3, qui leurs sont associées. A cette occasion, les moteurs électriques 1 fonctionnent, tout au moins au départ, de manière passive, en générateur, c'est à dire sans être commandés. Avant l'essai de démarrage de secours, le véhicule doit être accéléré à une vitesse de marche pour laquelle l'énergie cinétique du véhicule est suffisante pour la phase de démarrage. La vitesse de marche pourrait être évaluée par le conducteur du véhicule, et la phase de démarrage de secours pourrait être déclenchée à souhait par un organe de commande 29 à actionner par le conducteur, lorsque la vitesse de marche atteinte est suffisante. En ce qui concerne l'organe de commande, il peut par exemple s'agir d'un commutateur de commande à actionner manuellement par le conducteur. En guise d'organe de commande, il est toutefois également possible d'utiliser un détecteur relevant la déviation d'une pédale d'accélérateur du véhicule, de sorte que le conducteur peut déclencher la phase de démarrage de secours par actionnement de la pédale d'accélérateur. Pour exclure des erreurs de manoeuvre, le dispositif de commande de marche réagit toutefois, de préférence, à un détecteur de vitesse de marche 31, et valide le fonctionnement de démarrage de secours seulement après que l'on ait atteint un seuil de vitesse de marche prédéterminé, pour lequel on peut supposer que l'énergie cinétique nécessaire au démarrage a été atteinte. En ce qui concerne le détecteur de vitesse de marche 31, il peut s'agir d'un détecteur mesurant directement la vitesse de rotation de la roue; mais le détecteur peut également être réalisé par d'autres moyens, qui fournissent un signal représentant la vitesse de marche, tels que, par exemple, des signaux de commutation du dispositif de commande de moteur 11. Même dans le cas de la détermination du seuil de vitesse de marche par le détecteur 31, il est également avantageux de laisser le conducteur décider de l'instant du déclenchement de l'essai de démarrage par l'intermédiaire de l'organe de commande 29, pour éviter des effets de surprise par des essais de démarrage déclenchés sinon automatiquement par le dispositif de commande de marche 17. Pour la phase de démarrage de secours, les dispositifs de commande 11, 13, 17 et, le cas échéant , doivent, avant l'essai de démarrage, être alimentés avec une tension de fonctionnement suffisante, en vue de pouvoir commuter et ensuite commander le mode de fonctionnement des moteurs électriques 1 et du générateur 7. Dans le cas d'une défaillance de la batterie 21 ou de la batterie de moyenne tension 27, lorsque celle-ci alimente le réseau de bord basse tension, par l'intermédiaire du convertisseur continu- continu 25 en renonçant à la batterie 21, il est nécessaire de s'assurer que les moteurs électriques 1 fonctionnant en générateur, tout d'abord sans être commandés, ont établi dans le réseau de bord, avant l'essai de démarrage, une tension de fonctionnement suffisante pour faire fonctionner les dispositifs de commande 11, 13, 15 et 17. L'un de ces dispositifs de commande, notamment toutefois le convertisseur continu- continu 25, dispose d'un circuit de contrôle de la tension, qui permet de garantir que la tension de fonctionnement produite par les moteurs électriques 1 fonctionnant en générateur, n'est appliquée au réseau de bord, qu'après que cette tension dépasse un niveau de tension suffisant pour assurer le fonctionnement des composants électroniques. Cela permet d'éviter des situations de fonctionnement erroné. Le dispositif de commande de marche 17 contrôle durant l'essai de démarrage de secours, si le moteur à combustion interne 5 réagit, et directement après le démarrage, commute en retour le générateur 7 en mode de fonctionnement en générateur, et les moteurs électriques 1 en mode de fonctionnement en moteur. Le démarrage du moteur à combustion interne 5 peut être détecté par le courant d'alimentation variant suite au délestage du générateur fonctionnant en moteur, ou bien par l'élévation, de courte durée, de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne 5, qui en résulte. Notamment dans le cas de modes de réalisation, selon lesquels le dispositif de commande de marche 17 commande dans une large mesure automatiquement l'essai de démarrage de secours, il est avantageux que le dispositif de commande de marche possède des moyens de commande de temps, qui définissent une durée maximale d'un essai de démarrage de secours ou/et un intervalle de temps minimal entre des essais de démarrage de secours successifs. Cela permet d'éviter que des essais de démarrage infructueux conduisent à des situations de fonctionnement incontrôlées. REVENDICATIONS. 1. Système d'entraînement hybride pour un véhicule routier, comprenant: un moteur à combustion interne (5), un générateur électrique (7) lié sur le plan de l'entraînement, au moteur à combustion interne (5), au moins un moteur électrique (1) relié, notamment à l'aide d'un circuit intermédiaire de courant continu (9), au générateur (7), et destiné à l'entraînement d'au moins une roue (3) du véhicule routier, et un dispositif de commande électronique (11, 13, 15, 17) assurant la commande du générateur (7) et dudit au moins un moteur électrique (1), ainsi que, le cas échéant, du moteur à combustion interne (5), au cours du fonctionnement en marche, caractérisé en ce que pour un démarrage de secours du moteur à combustion interne (5), au moyen du dispositif de commande (11, 13, 15, 17), le générateur (7) peut être commuté en mode de fonctionnement en moteur entraînant le moteur à combustion interne (5), et ledit au moins un moteur électrique (1) peut être commuté en mode de fonctionnement en générateur entraîné par la roue (3), de manière telle, que pour un mouvement de déplacement du véhicule routier sous l'effet de forces extérieures, le moteur électrique (1) fonctionnant en générateur alimente le générateur (7) fonctionnant en moteur. 2. Système d'entraînement hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commande (11, 13, 15, 17) réagit à des moyens de détection de la vitesse de marche (31) et n'autorise le début du fonctionnement de démarrage de secours que lorsque les moyens de détection de la vitesse de marche (31) signalent une vitesse de marche située au-dessus d'un seuil de vitesse de marche prédéterminé. 3. Système d'entraînement hybride selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de commande (11, 13, 15, 17) réagit à un organe de commande (29) susceptible d'être actionné par le conducteur du véhicule routier, et n'autorise le fonctionnement de démarrage de secours que lors de l'actionnement de l'organe de commande (29). 4. Système d'entraînement hybride selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de commande (29) se présente sous la forme d'un commutateur de commande pouvant être actionné manuellement, ou d'un détecteur relevant la déviation d'une pédale d'accélérateur du véhicule routier. 5. Système d'entraînement hybride selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de commande (11, 13, 15, 17) réagit à des moyens de détection de l'état de fonctionnement, qui détectent le démarrage du moteur à combustion interne (5), et met fin ensuite, au fonctionnement en moteur du générateur (7) ainsi qu'au fonctionnement en générateur du moteur électrique (1). 6. Système d'entraînement hybride selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de commande (11, 13, 15, 17) comprend des moyens de commande de temps, qui définissent une durée maximale d'une phase de fonctionnement de démarrage de secours ou/et un intervalle de temps minimal entre des phases de fonctionnement de démarrage de secours successives. 7. Système d'entraînement hybride selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de commande (11, 13, 15, 17) pour son alimentation en tension de fonctionnement, est raccordé à un circuit d'alimentation en tension de fonctionnement alimenté par le moteur électrique (1). 8. Système d'entraînement hybride selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en tension de fonctionnement comprend des moyens de contrôle de la tension, qui valident la tension de fonctionnement pour le dispositif de commande (11, 13, 15, 17) uniquement lorsque la tension de fonctionnement dépasse un seuil de tension prédéterminé. 9. Système d'entraînement hybride selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en tension de fonctionnement est raccordé au circuit intermédiaire de tension continue (9), notamment à l'aide d'un convertisseur continu-continu (25). 10. Système d'entraînement hybride selon la revendication 9, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en tension de fonctionnement est réalisé en tant que circuit de charge pour une batterie de réseau de bord basse tension (21) du véhicule routier.