Brevet FR2739330A1 — publié le 19970404

DESCRIPTION L'énergie nécessaire au déplacement d'un véhicule lourd en milieu urbain se caractérise par une composante réactive beaucoup plus importante que la composante active: - La composante réactive ici définie est l'énergie mécanique qui doit etre injectée ou retirée au véhicule pour provoquer sa mise en mouvement ou son arret. C'est aussi l'énergie qu'il faut fournir pour gravir une pente ou celle qu'on récupère à la descente. Au terme du déplacement, le bilan énergétique de la composante réactive est très faible, voir nul quand on revient à son point de départ. - Nu contraire, la composante active est l'énergie dissipée par la résistance de l'air, la résistance au roulement et toutes formes de frottements susceptibles de se produire au cours du déplacement. Le bilan énergétique de cette forme d'énergie croit avec la longueur et la vitesse du déplacement. De façon çlassique, les véhicules a moteur ne gèrent pas séparément l'énergie réactive de l'énergie active ce qui amène à un surdimensionnement du moteur pour satisfaire à la demande de puissance lors de l'accélération. L'entretien de la rotation de ce gros moteur se révèle par la suite très pénalisant du point de vue de la consommation en carburant. Enfin, au freinage, l'énergie cinétique est intégralement dissipée par le dispositif de freinage et constitue une perte sèche pour le bilan de propulsion. Ce gaspillage est d'autant plus important que le véhicule est plus lourd. Le bilan énergétique du déplacement en cycle urbain se révèle désastreux avec un rendement final de 5 a 10 /. . La présente invention propose une solution a ce problème en utilisant deux voies de transmission parallèles (figure 1): t Une voie de transmission active comportant ie moteur (17), et une boite de vitesses à deux rapports (13) et (15). t Une voie de transmission réactive comportant un volant d'inertie (1), un réducteur (2) et une transmission de type continu et réversible. Ces deux voies de transmission attaquent le meme différentiel de roues (12). Le volant d'inertie (1) a axe vertical, d'un volume de quelques litres, peut stocker une énergie de plusieurs Mégajoules. I1 est conditionné avec son réducteur dans une enceinte étanche suspendue par une fixation à la cardan pour assurer sa verticalitée quelque soient les mouvements du véhicule. Un dispositif d'effort vient toutefois tirer l'axe gyroscopique du volant pour le ramener perpendiculairement à l'assiette du véhicule. Le vide d'air autour du volant d'inertie est assuré par une petite pompe a vide. L'entretien de la rotation du volant d'inertie ne devrait pas consommer plus de 200W, sachant que ce dernier tourne en permanence entre 50% et 90% de sa vitesse nominale. La transmission vers le reste du groupe moto-propulseur s'effectue par un arbre de transmission à cardans (3), monté parallèlement à l'axe de rotation du volant d'inertie (verticalement) de façon à ne pas lui transmettre de couple de renversement. La transmission vers le différentiel de roues s'effectue au travers des deux variateurs a courroies métalliques (6 et 10). Ces deux variateurs sont montés en tandem de façon à assurer la dynamique et la continuité de la transmission sur une plage de rapports de vitesses importante. Ces variateurs sont complétés par un dispositif d'inversion de marche (11). Le couple appliqué aux roues est fonction de la position de la pédale d'accélérateur. Toutefois en position de "décélération" (pédale complètement relevée), le couple de freinage reste a une valeur raisonnable correspondant a un frein moteur ferme; le couple de freinage maximum en récupération d'énergie étant obtenu par le début de course de la pédale de frein. Le moteur principal (17) est couplé aux roues par l'intermé diaire d'une transmission indépendante à deux rapports (13 et 15) au travers de l'un des embrayages (14) ou (19): 8 Le rapport court (13,14) est utilisé lorsqu'il est nécessaire de fournir simultanément l'énergie nécessaire a la recharge du volant d'inertie et à la propulsion du véhicule. * Le rapport long (15,19) est utilisé lorsque le volant d'inertie est suffisemment chargé, et dans ce cas, il ne permet pas au moteur principal d'assurer seul sa charge,le complément énergétique est alors fourni par le volant d'inertie. Un automatisme assure le passage automatique d'un rapport a l'autre suivant les besoins en énergie du volant; le moteur étant toujours utilisé à son couple maximum. g Le moteur principal est automatiquement coupé et débrayé lorsque le niveau d'énergie stocké par le volant d'inertie dépasse le deuxième seuil haut (en cas de descente ou de fonctionnement en ville). Son redémarrage automatique s'effectue par recouplage progressif avec les roues au moment des phases d'accélération. Un moteur auxiliaire (5) de faible puissance (50 cc/ 4 temps), mais avec de très bonnes performances de rendement, est couplé au volant d'inertie pour réduire la fréquence des épisodes "marche/arret" du moteur principal et assurer un chauffage plus régulier de l'habitacle ainsi que le maintien a température du moteur principal. Un entrainement peut etre prévu a ce niveau pour entrainer l'alternateur et les assistances freinage et embrayage. $ Ce moteur auxiliaire pourra être couple à un moteur électrique à courant continu de quelques kilowatts, destiné a fournir une éventuelle énergie supplémentaire sous forme électrique. Un alternateur entrainé par le volant d'inertie assure l'entretien de toutes les fonctions électriques du véhicule ainsi que la récupération sous forme électrique de l'énergie résiduelle du volant d'inertie lors de l'arret définitif du véhicule. Une transmission particulière composée du train d'engrenages (16) et du crabot (7) empêche le moteur (17) de tourner plus vite que ne le permet la vitesse de l'arbre (8). Ainsi, au démarrage, lorsque tout est immobile, le démarrage du moteur (17) entraine le lancement du volant d'inertie (1) a travers le crabot (7) et le variateur a courroies (6). Nu contraire, en marche normale, la vitesse de l'arbre (8) est telle que le crabot (7) est en glissement permanent et ne joue plus aucun role dans la transmission, la recharge en énergie du volant d'inertie étant assurée par l'intermédiaire de l'un des deux embrayages (14) ou (19), l'arbre secondaire (20) et les transmissions à courroies (6) et (10). CAS DE L'UTILISATION D'UNE TRANSISSION HYDROMECANIQUE La figure 2 montre une application ou le variateur (6) est remplacé par une transmission de type hydromécanique: L'énergie mécanique fournie par l'arbre (4) et la roue creuse (21) est transmise vers l'engrenage solaire (23) et l'arbre (8) au travers des engrenages planétaires (22). La machine hydraulique (24) exerce un couple de freinage sur l'engrenage portant les planétaires (22) et transmet en retour une puissance hydraulique vers la deuxième machine hydraulique (25) laquelle la restitue sous forme mécanique vers l'arbre (8). Les deux machines hydrauliques représentées ici sont de type a cylindrée variable commandée par plateau oscillant. L'intéret de ce dispositif est d'&commat;tre réversible et continu jusqu'a la vitesse zéro. L'embrayage (9) et le dispositif d'inversion de marche peuvent etre supprimés. En outre, le variateur hydraulique peut n'etre activé que pour les basses vitesses (O à 40 Km/h). Pour les vitesses supérieures, la machine hydraulique (24) ne tourne plus et transmet un couple statique au différentiel, ce qui réduit considérablement les pertes inhérentes a ce type de transmission. D'autres propriétées remarquables peuvent alors etre mises a profit: - La puissance traversante est fonction de la pression hydraulique différentielle. Cette information peut être utilisée pour réagir sur le variateur (10) en fonction de la position de la pédale d'accélérateur. - Une limitation de couple peut être obtenue facilement par un clapet de décharge limitant la pression hydraulique maximum. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'entrainement pour véhicule automobile utilisant simultanément deux voies de transmission: - La première réalise la transmission d'énergie mécanique du moteur vers les roues au moyen d'une boite de vitesses à engrenages comprenant un ou plusieurs rapports de vitesses ainsi que les moyens de leur sélection. - La deuxième voie de transmission de type à variation continue du rapport de vitesses, réalise le couplage entre un volant d'inertie et les roues du véhicule. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le volant d'inertie est utilisé comme réservoir d'énergie pour augmenter ou diminuer l'énergie cinétique du véhicule. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le volant d'inertie tourne à grande vitesse dans une enceinte vide d'air. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par un positionnement vertical du volant d'inertie et de l'arbre de transmission au reste du véhicule. 5) Dispositif selon les revendications 1 et 4, caractérisé par une suspension du type cardan destiné à isoler le volant d'inertie des mouvements de roulis et de tangage du véhicule; un dispositif d'effort étant chargé de ramener l'axe du volant d'inertie perpendiculairement a l'assiette du véhicule. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par une utilisation du moteur a un couple proche ou égal a sa valeur maximale. Lorsque le besoin en énergie ne justifie plus un tel fonctionnement, le moteur est arrêté et désolidarisé du reste de la transmission. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par une régulation de la puissance moyenne du moteur basée sur l'alternance d'épisodes de fonctionnement à haut régime et a rapport de vitesses court, et d'épisodes de fonctionnement à bas régime et a rapport de vitesses long, voire meme d'épisodes d'arret complet du moteur. 8) Dispositif selon la revendication 1 complété par une voie de couplage décrabotable entre le moteur et le volant d'inertie. Cette voie additionnelle est destinée à permettre la mise en mouvement dudit volant d'inertie lors du premier démarrage. 9) Dispositif selon la revendication 1 pour lequel le volant d'inertie est utilisé comme source d'énergie pour l'entrai- nement de l'alternateur et la fourniture des assistances au freinage, a l'embrayage et a la direction.