Brevet FR2723553A1 — publié le 19960216

La présente invention concerne un véhicule automobile à locomotion mixte comportant un moteur thermique, en particulier un moteur à combustion interne du type à allumage spontané dit moteur diesel ou du type à allumage commandé dit moteur à explosion. Les véhicules automobiles à moteur thermique ont pour inconvénient principal, la pollution de l'environnement qui devient critique notamment dans les agglomérations et dans les voies souterraines. Pour pallier cet inconvénient, on a déjà proposé un véhicule automobile à moteur électrique dont les moteurs sont placés sur les roues motrices. Les véhicules de type électrique ont toutefois comme inconvénient par rapport aux véhicules à moteur thermique, une autonomie limitée, de l'ordre de 100 à 150 km sans recharge. En outre, rien n'est actuellement prévu pour la recharge des batteries, contrairement au nombre élevé de stations-service, et la recharge nécessite généralement une immobilisation prolongée du véhicule. D'autre part, les performances de ces véhicules électriques, et notamment leur vitesse de pointe, sont directement fonction du nombre de batteries embarquées sur le véhicule, ce qui limite l'utilisation de ces véhicules électriques à une circulation principalement urbaine, du fait du coût élevé de chaque batterie et du poids et de l'encombrement importants de ces dernières. En conséquence, les véhicules électriques actuellement connus ne présentent ni une vitesse de pointe suffisante pour rouler sur des voies rapides ou des autoroutes, ni une puissance suffisante pour permettre des dépassements de véhicules en toute sécurité ou une circulation en côte ou en montagne. Par ailleurs, la tension utilisée pour alimenter les moteurs électriques est généralement très élevée, de l'ordre de 110 volts en continu ou plus, ce qui constitue un risque grave d'électrocution pour les passagers du véhicule et nécessite une protection spéciale et coûteuse des câbles d'alimentation de ces moteurs. Des études récentes se sont orientées vers l'accouplement d'un moteur thermique à un générateur électrique, qui est généralement un alternateur triphasé, dont le courant doit être redressé pour charger des batteries d'accumulateurs disposées dans le véhicule qui servent à alimenter en énergie les moteurs électriques entraînant directement les roues. Mais, de tels véhicules se sont révélés d'une mise en oeuvre complexe et onéreuse, en particulier la principale difficulté rencontrée est l'entraînement synchronisé et coordonné des diverses roues motrices. La présente invention a donc pour but d'éliminer les inconvénients précités et de proposer un véhicule automobile à moteur thermique permettant de limiter la pollution de l'environnement, notamment dans les agglomérations et dans les voies souterraines, qui présente une autonomie importante, qui puisse être utilisé sur tout type de parcours et qui soit de fabrication simple et économique. A cet effet, la présente invention a pour objet un véhicule automobile à moteur thermique entraînant l'un des ponts avant ou arrière du véhicule via un différentiel mécanique, comportant une batterie d'accumulateurs électriques pour alimenter en énergie le démarreur et les organes auxiliaires du véhicule, tels les phares et les essuie-glaces, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moteur électrique entraînant via un autre différentiel mécanique, l'autre pont du véhicule, une autre batterie pour alimenter en énergie le moteur électrique et un système de commande sélective pour actionner séparément ou simultanément l'entraînement par moteur électrique ou par moteur thermique. Le véhicule automobile de l'invention peut donc être utilisé en mode 4 x 4, c'est-à-dire avec quatre roues motrices simultanées, par exemple avec une traction thermique et une propulsion électrique, ou en mode 2 x 2, c'est-à-dire avec deux fois séparément deux roues motrices, par exemple une traction thermique ou une propulsion électrique. Dans le mode à entraînement séparé ou 2 x 2, le système de commande sélective précité comprend un commutateur électrique pour actionner sélectivement l'entraînement du véhicule par moteur thermique ou par moteur électrique. Selon une caractéristique de l'invention, le commutateur peut être commandé par la position d'un contacteur multifonctions à clé, de telle sorte qu'en position de démarrage le commutateur actionne l'entraînement par moteur thermique, et en position de stationnement, dans laquelle les organes auxiliaires restent alimentés par la première batterie, le commutateur mette sous tension le circuit du moteur électrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le véhicule comprend une pédale d'accélérateur qui est reliée à un potentiomètre de commande du moteur électrique et à une commande d'accélération, telle un papillon des gaz ou une pompe à combustible, pour le moteur thermique, par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation servant à sélectivement actionner l'une des deux commandes précitées, en fonction des ordres transmis par le commutateur précité. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif de commutation précité est formé d'un accouplement électro-mécanique variable pour accoupler positivement et sélectivement la pédale d'accélérateur à la commande d'accélération du moteur thermique ou au potentiomètre du moteur électrique. L'accouplement variable précité peut être formé d'un organe coulissant, par exemple à commande électro-magnétique, apte à déplacer une poulie mobile de commande de pédale d'accélérateur entre deux positions extrêmes qui correspondent à l'accouplement de celle-ci respectivement avec un plateau de commande d'accélération du moteur thermique et avec un plateau de commande d'un levier de variation du potentiomètre. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, dans le cas où la pédale d'accélérateur est équipée d'un système de commande électro-hydraulique, pneumatique ou analogue, ce dernier assure la commutation entre le potentiomètre et la commande d'accélération du moteur thermique. On peut prévoir avantageusement, que l'alternateur de la première batterie soit entraîné par l'essieu associé au moteur thermique ou par l'arbre de sortie du moteur électrique, pour assurer la recharge de la première batterie dans le mode d'entraînement par moteur électrique. Dans le mode à entraînement simultané ou 4 x 4, le système de commande sélective comprend un système d'adéquation et d'asservissement des vitesses respectives du moteur électrique et du moteur thermique. On peut prévoir par exemple que ladite autre batterie est une batterie de 48V qui peut être formée de quatre batteries de 12V montées en série, ce qui réduit de manière significative le coût, le poids, l'encombrement1 le risque éventuel d'électrocution et le nombre de batteries en comparaison avec les véhicules automobiles électriques actuellement connus. Dans le mode 2 x 2, le conducteur commute l'entraînement vers le moteur thermique lorsqu'il désire circuler à haute vitesse ou en montagne et commute l'entraînement vers le moteur électrique lorsqu'il est en agglomération où la vitesse est limitée, généralement entre 50 et 80 km/heure. Le nombre et la puissance des batteries embarquées sur le véhicule automobile de l'invention sont adaptés pour une circulation en agglomération où la vitesse est limitée et où les trajets sont relativement courts et nécessitent une autonomie réduite et la circulation sur autoroute ou en montagne s'effectue en utilisant d'une manière classique le moteur thermique. Le véhicule automobile de l'invention a par ailleurs comme autre avantage que si le véhicule automobile vient à tomber en panne sèche d'essence, le conducteur peut utiliser le moteur électrique jusqu'à la station d'essence la plus proche ou inversement si l'énergie de la batterie associée au moteur électrique est épuisée, le conducteur peut actionner le moteur thermique pour terminer le trajet. La présente invention peut être mise en oeuvre de manière particulièrement simple et économique à partir d'un véhicule 4 x 4 à moteur thermique existant, en remplaçant le tronçon central de l'arbre de transmission entre les ponts arrière et avant du véhicule par un moteur électrique relié par cardans au pont arrière ou avant selon que le moteur thermique est placé à l'avant ou à l'arrière respectivement, et en équipant le véhicule du système électronique de commande sélective précité. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation particulier, actuellement préféré de l'invention, donné uniquement à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique, partielle, en perspective et partiellement arrachée d'un véhicule automobile conforme à l'invention - la figure 2 est une vue partielle et en perspective du train arrière du véhicule de la figure 1 - la figure 3 est un schéma synoptique fonctionnel d'un mode de réalisation particulier du véhicule automobile de l'invention - la figure 4 est une vue schématique du circuit électrique d'un train arrière de véhicule automobile équipé d'un moteur électrique conformément à une variante de réalisation de l'invention - la figure 5 est une vue schématique, partielle et en perspective d'un dispositif de commutation pour la pédale d'accélérateur du véhicule automobile de l'invention ; et - la figure 6 est une vue schématique du circuit électrique d'un train avant de véhicule automobile équipé d'un moteur thermique, conformément à une autre variante de réalisation de l'invention. Suivant l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, le véhicule automobile 1 de l'invention comporte un pont avant 2 et un pont arrière 3 qui sont entraînés respectivement par un moteur thermique 4 et un moteur électrique 5. Le pont avant 2 comporte deux roues avant 6 reliées par un essieu 7 par l'intermédiaire d'un différentiel mécanique 8. Le pont arrière 3 comporte deux roues arrière 9 reliées par un essieu 10 par l'intermédiaire d'un autre différentiel mécanique 11 qui est à son tour relié au moteur électrique 5 par un arbre de transmission 12 à joints de cardan 13. Le principe de l'invention peut être facilement adapté à un véhicule automobile 4 x 4 à moteur thermique existant remplaçant le tronçon central de l'arbre de transmission entre les ponts arrière et avant par le moteur électrique 5 et en supprimant éventuellement le tronçon avant de l'arbre de transmission précité. Bien entendu, en variante, on pourrait prévoir le moteur thermique au niveau du pont arrière et le moteur électrique au niveau du pont avant. On peut prévoir par exemple quatre batteries 14 de 12V en série à l'arrière du véhicule 1 pour délivrer une tension globale de 48V au moteur électrique 5. On a représenté sur la figure 2 un berceau 15 pour le moteur électrique 5 qui vient se fixer sous le châssis du véhicule par l'intermédiaire par exemple d'une plaque de fixation 5a, des blocs silenceurs élastiques 16 étant prévus entre le berceau 15 et le châssis. Le système de commande sélective du véhicule automobile 1 de l'invention n'a pas été représenté sur la figure 1 par souci de clarté et nous allons maintenant décrire ce système en référence à la figure 3. La figure 3 représente sous forme de blocs fonctionnels le véhicule automobile 1 de l'invention qui comporte une partie train avant A et une partie train arrière B reliées par le système de commande sélective C indiqué en traits interrompus. La partie train avant A comporte une batterie 17 délivrant par exemple une tension de 12V vers un démarreur 18 et vers des organes auxiliaires 19 du véhicule. Le moteur thermique 4 est relié au pont avant 2 par l'intermédiaire d'un groupe boîte de vitesse - embrayage 20 et à une pédale d'accélérateur 21 par l'intermédiaire d'un système d'accélération 22, par exemple une commande de papillon des gaz ou de pompe à combustible. Les organes auxiliaires 19 du véhicule sont alimentés par la batterie 17 lorsqu'un contacteur multifonctions à clé 23 est commuté en position marche. Dans une première position marche 23a dite position de stationnement, seuls les organes auxiliaires 19 du véhicule sont alimentés en énergie par la batterie 17. Dans une seconde position marche 23b dite position de démarrage, le démarreur 18 est actionné pour faire démarrer le moteur thermique 4. La partie train arrière B comporte un variateur électronique de vitesse 24 qui est relié notamment au moteur électrique 5 du véhicule et à un potentiomètre 25 qui est commandé par la pédale d'accélérateur 21 précitée. Le moteur électrique 5 est relié en outre à un contacteur d'inversion de sens de marche 26 qui est commandé par un interrupteur de marche avant/arrière 27. Le groupe de batteries 14 de 48V est relié sur la figure 3 à un dispositif d'embrayage électrique automatique 28 et à un système d'assistance électrique 29 pour la direction et les freins. La batterie 14 est également reliée au variateur 24 et au contacteur multifonctions 23 précité par l'intermédiaire d'un fusible de sécurité 30. Le système de commande sélective C comporte un commutateur principal 31 à relais multifonctions pour commuter l'entraînement du véhicule vers la partie train avant A ou vers la partie train arrière B. Le commutateur 31 est excité lors du passage du contacteur à clé 23 de la position de stationnement 23a vers la position de démarrage 23b et inversement. En position de stationnement 23a, le commutateur 31 actionne un dispositif de blocage électromécanique 32 qui vient bloquer, par exemple par l'intermédiaire d'une fourchette (non représentée), le levier de vitesse 33 au point mort, pour éviter que le moteur thermique à l'arrêt freine l'avancement du véhicule, lorsqu'vil est entraîné par le moteur électrique, lors du passage accidentel d'une vitesse. Le commutateur principal 31 commande également dans cette position de stationnement 23a, un dispositif de commutation 34 qui commute la commande de la pédale d'accélérateur 21 du système d'accélération 22 vers le potentiomètre 25. On a représenté sur la figure 5 un mode de réalisation particulier du dispositif de commutation 34. Le dispositif de commutation 34 est formé ici d'un accouplement électro-magnétique variable qui est commandé automatiquement par le commutateur 31 par l'intermédiaire d'une tirette à câble réglable 35 ou par électro-aimant. La tirette à câble ou à électro-aimant 35 déplace un support coulissant 36 dans une direction 37, lequel support coulissant 36 porte le câble de commande 38 qui est directement relié à la pédale d'accélérateur 21. Le support coulissant 36 est apte à déplacer une poulie mobile 39 de réception du câble de commande 38 par l'intermédiaire d'une fourchette 40 qui est fixée audit support 36. La fourchette 40 vient en prise avec un plateau à gorge 41 qui est solidaire en rotation de la poulie mobile 39, ledit plateau à gorge 41 et ladite poulie mobile 39 étant montés libres en rotation et mobiles axialement sur un axe 42 supporté par des pattes de fixation 43. La poulie mobile 39 et son plateau à gorge associé 41 sont disposés entre deux plateaux 44 et 45 montés à rotation sur l'axe 42 et fixes axialement, lesquels plateaux 44 et 45 sont reliés respectivement à la commande d'accélération 22 pour le moteur thermique 4 et à un levier de variation 25a du potentiomètre 25 via une biellette de commande 46. L'accouplement sélectif de la poulie mobile 39 avec respectivement les plateaux 44 et 45 s'effectue par l'intermédiaire d'une tige 47 qui fait saillie de part et d'autre et perpendiculairement du plan de la poulie mobile 39 et qui est apte à s'engager dans une fente correspondante 48, 49 pratiquée respectivement dans les plateaux 44 et 45. On peut prévoir par exemple un ressort de compression 50 entre la poulie mobile 39 et le plateau 45 pour rappeler la poulie mobile 39 vers l'accouplement avec le plateau 44. On peut prévoir également que la gaine 38a du câble 38 assure le rappel élastique automatique de la pédale d'accélérateur 21 en position de repos, de sorte que la tige 47 soit toujours au droit des fentes 48 et 49. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'accouplement variable électro-mécanique représenté sur la figure 5 et on peut utiliser par exemple un dispositif électrohydraulique pour effectuer une telle commutation. On a représenté schématiquement sur la figure 4, un autre exemple de réalisation du circuit électrique de la partie train arrière B du véhicule 1 de l'invention. On voit sur la figure 4 que les batteries 14 de 48V alimentent en énergie le variateur électronique 24 par l'intermédiaire d'un fusible général 51 et d'une résistance de surcharge 52 (non représentés sur la figure 3). Un relai 53 est prévu entre la batterie et le variateur. La batterie 14 alimente également le contacteur d'inversion de sens de marche 26 par l'intermédiaire d'un relais de dérivation 54. Sur la figure 4, le circuit d'alimentation en énergie est indiqué par des traits forts et le circuit de commande est indiqué par des traits fins. Bien entendu, le schéma électrique représenté sur la figure 4 est de type connu et peut être remplacé par tout autre circuit adapté. En particulier, le circuit de la figure 4 ne comporte ni le dispositif d'embrayage électrique 28, ni le système d'assistance 29 de la figure 3. On a représenté sur la figure 6 un schéma électrique de type connu de la partie train avant A du véhicule 1 de 1'invention, illustrant notamment l'alimentation en énergie des organes auxiliaires 19 du véhicule par la batterie 17. On voit sur la figure 6 que le contacteur à clé 23 met sous tension dans sa position de démarrage le démarreur 18 et une bobine d'allumage 55 qui commande un distributeur d'allumage 56 qui est relié à des bougies 57. Dans la position de stationnement du contacteur à clé 23, la batterie 17 alimente les organes auxiliaires 19, par l'intermédiaire d'un redresseur 58 qui est relié à une boîte à fusibles 59. Parmi les organes auxiliaires 19 du véhicule 1, on peut citer notamment un clignotant latéral 60, un avertisseur sonore 61, une thermistance de température d'eau 62, un interrupteur de témoin de pression d'huile du moteur 63, un coupe-ralenti 64, un interrupteur thermométrique du radiateur 65, un ventilateur de refroidissement du moteur thermique 66, une pompe électrique pour lave-glace de lunette arrière 67, une autre pompe électrique pour lave-glace avant 68, un interrupteur de témoin de frein à main serré 69, un relais de lunette arrière dégivrante 70, une centrale clignotante de direction de détresse 71, des voyants témoins de tableau bord 72 et un groupe commutateur 73 pour les feux de direction, les feux de code-route, les essuie-glaces et les lave-glaces. Bien entendu, le circuit électrique représenté sur la figure 6 peut être modifié d'une manière quelconque adaptée et ne limite en rien le principe de la présente invention. On peut également prévoir que l'alternateur de la batterie 17 de 12 volts soit entraîné par l'essieu avant 7 ou l'arbre de transmission 12 du train arrière, pour permettre la recharge de cette batterie lorsque le moteur thermique 4 est à l'arrêt et que le moteur électrique 5 fonctionne. En effet, lorsque le système de commande sélective C commute vers l'entraînement par moteur électrique, la batterie 17 continue à assurer seule l'alimentation aux organes auxiliaires 19. On peut bien entendu prévoir en variante, une boîte de vitesse électrique pour le moteur électrique 5. Nous allons maintenant brièvement décrire un fonctionnement particulier du véhicule automobile de l'invention. Lorsque le véhicule est à l'arrêt, on commute le contacteur à clé 23 sur la position de stationnement 23a de sorte que le commutateur 31 bloque le levier de vitesses 33 au point mort et commute la commande de la pédale d'accélérateur 21 vers le potentiomètre 25 du moteur électrique 5. Le conducteur peut ainsi utiliser son véhicule avec une propulsion électrique qui est adaptée à une conduite en agglomération. Lorsque le conducteur souhaite circuler sur une voie rapide, il met le contacteur à clé 23 sur la position de démarrage 23b, ce qui commute la pédale d'accélérateur 21 vers le système d'accélération 22 du moteur thermique 4 et le commutateur 31 envoie également un signal vers le dispositif de blocage 32 pour débloquer le levier de vitesses 33. Inversement pour revenir en mode électrique, le conducteur s'assure au préalable que le levier de vitesse 33 est au point mort et remet le contacteur à clé 23 sur la position de stationnement 23a, ce qui commute l'entraînement vers le moteur électrique. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Véhicule automobile (1) à moteur thermique (4) entraînant l'un (2) des ponts avant (2) ou arrière (3) du véhicule via un différentiel mécanique (8), comportant une batterie d'accumulateurs électriques (17) pour alimenter en énergie un démarreur (18) et des organes auxiliaires (19) du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moteur électrique (5) entraînant via un autre différentiel mécanique (11), l'autre pont (3) du véhicule (1), une autre batterie (14) pour alimenter en énergie le moteur électrique (5) et un système de commande sélective (C) pour actionner séparément ou simultanément l'entraînement par moteur électrique ou par moteur thermique. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le mode à entraînement séparé ou 2 x 2, le système de commande sélective (C) précité comprend un commutateur électrique (31) pour actionner sélectivement l'entraînement du véhicule (1) par moteur thermique (4) ou par moteur électrique (5). 3. Véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que le commutateur (31) est commandé par la position d'un contacteur multifonctions à clé (23), de telle sorte qu'en position de démarrage (23b) le commutateur (31) actionne l'entraînement par moteur thermique, et en position de stationnement (23a), dans laquelle les organes auxiliaires (19) restent alimentés par la première batterie (17), le commutateur mette sous tension le circuit du moteur électrique. 4. Véhicule selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend une pédale d'accélérateur (21) qui est reliée à un potentiomètre de commande (25) du moteur électrique (5) et à une commande d'accélération (22) pour le moteur thermique (4), par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation (34) servant à sélectivement actionner l'une des deux commandes précitées (22, 25), en fonction des ordres transmis par le commutateur (31) précité. 5. Véhicule selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de commutation (34) est formé d'un accouplement électro-mécanique variable pour accoupler positivement et sélectivement la pédale d'accélérateur (21) à la commande d'accélération (22) ou au potentiomètre (25). 6. Véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'accouplement variable précité est formé d'un organe coulissant (36), par exemple à commande électro-magnétique, apte à déplacer une poulie mobile de commande (39) de pédale d'accélérateur (21) entre deux positions extrêmes qui correspondent à l'accouplement de celle-ci respectivement avec un plateau (44) de commande d'accélération du moteur thermique et avec un plateau (45) de commande d'un levier de variation (25a) du potentiomètre (25). 7. Véhicule selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans le cas où la pédale d'accélérateur (21) est équipée d'un système de commande électro-hydraulique ou pneumatique, ce dernier assure la commutation entre le potentiomètre (25) et la commande d'accélération (22) du moteur thermique. 8. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alternateur de la première batterie (17) est entraîné par l'essieu (7) associé au moteur thermique (4) ou par l'arbre de sortie (12) du moteur électrique (5). 9. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le mode à entraînement simultané ou 4 x 4, le système de commande sélective (C) comprend un système d'adéquation et d'asservissement des vitesses respectives du moteur électrique (5) et du moteur thermique (4). 10. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première batterie (17) est une batterie de 12V et l'autre batterie (14) est une batterie de 48V.