Brevet FR2742100A1 — publié le 19970613

VEHICULE AUTOMOBILE A MOTORIsATION HYBRIDE L'invention concerne les véhicules automobiles et, plus particulièrement, un véhicule automobile qui utilise à la fois un moteur thermique et des moteurs électriques. Pour diminuer la pollution atmosphérique due aux véhicules automobiles à moteur thermique, il est proposé des véhicules automobiles à moteur(s) électrique(s) alimenté(s) par une batterie d'accumulateurs. Ces véhicules électriques ont une autonomie limitée car les accumulateurs de la batterie doivent être rechargés de temps à autre. Aussi, pour augmenter cette autonomie, il a été proposé d'adjoindre à ces moteurs électriques un moteur thermique pour charger les accumulateurs de la batterie en tant que de besoin, ce moteur thermique étant prévu pour fonctionner à un régime qui occasionne peu de pollution. Un tel véhicule automobile du type moteur(s) électrique(s) alimenté(s) par une batterie d'accumulateurs rechargée grâce à un moteur thermique embarqué présente l'inconvénient que le moteur thermique utilisé, bien que moins polluant qu'un moteur thermique sollicité directement par le pilote, est cependant toujours en fonctionnement et contribue donc à la pollution, notamment des agglomérations urbaines dans lesquelles le fonctionnement simultané de nombreux moteurs thermiques, même moins polluants, peut conduire à une augmentation de cette pollution à un niveau dangereux pour la santé des habitants. Aussi, un but de la présente invention est de réaliser un véhicule automobile qui peut fonctionner avec moteur électrique seul en agglomération urbaine et avec moteur thermique seul en dehors des agglomérations. L'invention concerne donc un véhicule automobile à quatre roues caractérisé en ce que les moyens d'entraînement des roues comprennent - un moteur thermique pour entraîner en rotation les roues avant par l'intermédiaire d'un embrayage et d'une boîte de vitesses, - deux moteurs électriques pour entraîner chacun en rotation une roue arrière, - un dispositif d'alimentation électrique des moteurs électriques, et - un dispositif de supervision du moteur thermique et des deux moteurs électriques pour sélectionner le ou les moteurs à mettre en oeuvre pour entrainer le véhicule en fonction des commandes du pilote du véhicule et de la vitesse du véhicule. L'invention concerne également un procédé de mise en oeuvre du moteur thermique et des moteurs électriques qui comprend les étapes suivantes a) mise sous tension du véhicule, b) choix marche avant/marche arrière, c) alimentation des moteurs électriques quel que soit le sens de la marche, d) mesure de la vitesse du véhicule et des paramètres de pilotage, e) mise en marche du moteur thermique lorsque le véhicule atteint une vitesse VC1 et arrêt des moteurs électriques au-delà de la vitesse VC1, et f) alimentation des moteurs électriques en plus du moteur thermique (24) lorsque la vitesse électrique atteint une vitesse VC2 > VC1. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 est un schéma fonctionnel simplifié d'un véhicule automobile selon l'invention, - la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de supervision du moteur thermique et des moteurs électriques du véhicule automobile selon l'invention. Sur la figure 1, le véhicule automobile 10 a été représenté sous la forme de quatre roues 12, 14, 16 et 18 dont la rotation est obtenue par un ensemble d'organes 20. Cet ensemble d'organes 20 comprend - un moteur thermique 22 (ou MT) qui entraîne en rotation la roue avant droite 12 (ou RAVD) et la roue avant gauche 14 (ou RAVG) par l'intermédiaire d'un organe 24 comprenant un embrayage (EMB) et ue boite de vitesses (BV), - des moteurs électriques 26 et 28, l'un 26 (ou MEARD) qui entraîne en rotation la roue arrière droite 16 (ou RARD) et l'autre 28 (ou MEARG) qui entraîne en rotation la roue arrière gauche 18 (ou RARG), - un dispositif d'alimentation électrique 30 des moteurs électriques 26 et 28 qui comprend un circuit onduleur 36, une batterie d'accumulateurs 32 (ou BA) comme source d'énergie électrique et un gestionnaire de batterie de traction 34 (ou GBT), - un poste de pilotage 38 de type classique comprenant un volant, une pédale de frein, une pédale d'accélérateur ainsi que d'autres commandes du genre marche/arrêt, marche avant/marche arrière, etc ... - un dispositif de supervision 40 des différents éléments 22 à 38. Le moteur thermique 22 est affecté uniquement à la traction des roues avant 12 et 14 et n'est donc pas utilisé pour recharger directement la batterie d'accumulateurs 32 par l'intermédiaire d'un générateur électrique. Les moteurs électriques 26 et 28 sont affectés chacun uniquement à la propulsion d'une roue arrière et ceci de manière indépendante l'une de l'autre. Ces moteurs électriques sont du type synchrone triphasé à aimants permanents et réalisent trois fonctions - l'entraînement en rotation de la roue associée, - le freinage de la roue associée, - la fourniture d'énergie électrique quand ils ne sont pas en fonctionnement moteur. Cette fonction de fourniture d'énergie électrique par les moteurs 26 et 28 en dehors des périodes moteur sert à recharger la batterie d'accumulateurs 32. La source d'énergie électrique est constituée par la batterie d'accumulateurs 32 qui alimente les moteurs électriques 26 et 28 par l'intermédiaire du circuit onduleur 36. Les différents états de charge de la batterie 32 et ses modes de fonctionnement sont gérés par le système gestionnaire de batterie de traction 34. Ce système calcule l'état de charge de la batterie à partir de mesures instantanées de courant, de tension et de température, fournit différentes informations au dispositif de supervision 40 et contrôle les opérations de recharge de la batterie. Le circuit onduleur 36 est du type réversible, c'est-àdire qu'il peut fonctionner pour alimenter les moteurs électriques 26, 28 ou pour recharger la batterie 32 à l'aide du courant fourni par les moteurs électriques 26, 28. Par ailleurs, cet onduleur peut être remplacé par deux onduleurs, un par moteur électrique. Le dispositif de supervision 40 (figure 2) est essentiellement un microprocesseur 42 qui détermine les modes de fonctionnement des différents moteurs en fonction des conditions de pilotage du véhicule telles que la position de la pédale d'accélérateur, de celle de la pédale de frein, de la vitesse de déplacement de la pédale d'accélérateur, de la vitesse du véhicule, du sens de déplacement vers l'avant ou l'arrière du véhicule, de la demande ou non de chauffage de la climatisation de l'habitacle du véhicule. Selon la combinaison de ces différentes conditions, le microprocesseur 42 fournit des signaux électriques de sélection du type de moteur à mettre en oeuvre, moteur thermique et/ou moteurs électriques. Ces signaux électriques sont appliqués à des circuits de détermination du couple à fournir par les moteurs, l'un référencé 44 pour le moteur thermique 22 et l'autre référencé 46 pour les moteurs électriques 26 et 28. A partir de cette valeur du couple à appliquer, ces circuits 44 et 46 déterminent également les conditions de fonctionnement de chaque moteur, en indiquant l'angle papillon du moteur thermique 22 et le rapport de la boîte de vitesses 24 et en indiquant une tension de consigne à l'onduleur 36 soit pour la rotation des roues dans un sens ou l'autre, soit pour le freinage. Pour calculer le couple à appliquer à chaque moteur ainsi que les conditions de fonctionnement de chaque moteur pour obtenir ce couple, les circuits 44 et 46 reçoivent d'autres informations matérialisées par les flèches 48 et 50 telles que la vitesse instantanée du véhicule, la température du moteur thermique, le rapport de transmission, etc ... Les modes de fonctionnement du moteur thermique et des moteurs électriques sont résumés dans le TABLEAU 1 en fonction de seuils de vitesse du véhicule VRmax, Vmax, VC1 et VC2, du sens de la vitesse avant ou arrière, de la demande d'accélération AC, de la charge CH du véhicule. TABLEAU I Phases de roulage Moteur thermique Moteurs électriques Observations Phase à A rarrêt A l'arrêt I'arrêt Phase I A l'arrêt En marche Quelles que soient la En marche aniére, vitesse et la demande vitesse limitée à une d'accélération. valeur maximum VRmax Phase 2 A I'arrét En marche Quelle que soit la En marche avant, pour demande une vitesse inférieure à d'accélération. une première consigne de vitesse VC I . Phase 3 Mise en action A l'arrêt aprés mise en La mise en action du En marche avant, au action du moteur moteur thermique est passage de la premiére thermique. assurée par consigne de vitesse entraînement des roues VCI. motrices et donc sans dispositif de démarrage. Phase 3 En fonctionnement A l'arrêt Pour des valeurs faibles En marche avant, normal, avec gestion de demande jusqu'a la deuxième automatique du d'accélération ( consigne de vitesse passage des vitesses exprimées par le VC2. par l'intermédiaire du conducteur via la superviseur. pédale d'accélérateur. Phase 3 En fonctionnement En marche. Pour des valeurs En marche avant, entre normal, avec gestion élevées de demande les deux consignes de automatique du d'accélération ( > AC) vitesse VC i et VC2. passage des vitesses ou de charge élevée du par rinter néZiaire du véhicule ( > cH). superviseur. Phase 4 En marche. En marche. En marche avant, pour des vitesses supérieures à la deuxième consigne de vitesse VC2 et inférieures à une vitesse maximum Vmax. Pendant les phases 1 et 2, le véhicule se comporte comme un véhicule électrique classique. Pendant la phase 3, en régime stabilisé, le véhicule se comporte comme un véhicule thermique classique mais le moteur électrique peut être mis en marche pour tenir compte des valeurs élevées de demande d'accélération ou de charge élevée du véhicule. Dans cette phase 3, le moteur électrique prend en charge les transitoires dus à une modification du profil de roulage. La commande du papillon motorisé du moteur thermique est obtenue en intégrant la consigne de couple lue sur la pédale d'accélérateur. La commande de couple du moteur électrique est obtenue en dérivant la consigne lue sur la pédale d'accélérateur. Les ordres de changement de rapport sont donnés de manière à maintenir une consommation optimale du moteur thermique. Pendant la phase 4, le moteur thermique délivre un couple fixe et le moteur électrique ajuste la vitesse en fournissant le complément de couple. Pour passer de la phase 2 à la phase 3, il faut démarrer le moteur thermique s'il n'est pas en marche. A cet effet, le moteur thermique est mis en position débrayée, un rapport élevé de la boite de vitesses est passé, les soupapes de décompression du moteur sont actionnées, l'allumage et l'injection sont alimentés. Le moteur thermique est ensuite embrayé et les soupapes de décompression sont relâchées. Après une durée déterminée, on considère que le moteur a démarré. Après débrayage, le rapport de transmission approprié est ensuite enclenché et la vitesse du moteur thermique adaptée à la vitesse du véhicule, puis le moteur thermique est embrayé. Pour passer de la phase 3 à la phase 2, le moteur thermique est débrayé puis au bout d'un certain temps, la boite de vitesses est passée au point mort, l'injection et l'allumage du moteur thermique sont coupés. Les changements de rapport de transmission ont lieu au cours de la phase 3 et éventuellement au cours de la phase 4 dans le cas de la montée d'une forte côte par exemple. Pendant ces changements, le couple est maintenu par les moteurs électriques. En phases de décélération et de freinage, le superviseur agira sur le système gestionnaire de batterie pour que les moteurs électriques réinjectent du courant dans la batterie par l'intermédiaire de 1' onduleur. Le système de chauffage du véhicule (non représenté) est branché sur le circuit d'eau de refroidissement du moteur thermique de sorte que pour une demande de mise en service du chauffage, le moteur thermique sera mis en marche dès que la vitesse du véhicule sera supérieure à un seuil minimum. Un système de climatisation du véhicule (non représenté) comprend un compresseur qui est entraîné par le moteur thermique au moyen d'une poulie. En conséquence, une demande de mise en marche de la climatisation conduit à la séquence suivante - démarrer le moteur thermique s'il n'est pas en marche, - rehausser le niveau du ralenti. Après cette séquence, le superviseur recevra du calculateur de climatisation les demandes d'embrayage et de débrayage du compresseur. REVENDICATIONS 1. Véhicule automobile (10) à quatre roues (12, 14, 16, 18) caractérisé en ce que les moyens d'entraînement des roues comprennent - un moteur thermique (32) pour entraîner en rotation les roues avant (12, 14) par l'intermédiaire d'un embrayage et d'une boîte de vitesses (24), - deux moteurs électriques (26, 28) pour entraîner chacun en rotation une roue arrière (16, 18), - un dispositif d'alimentation électrique (30) des moteurs électriques (26, 28), et - un dispositif de supervision du moteur thermique et des deux moteurs électriques pour sélectionner le ou les moteurs à mettre en oeuvre pour entraîner le véhicule en fonction des commandes du pilote du véhicule et de la vitesse du véhicule. 2. Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation électrique comprend - une batterie d'accumulateurs (32), - au moins un onduleur réversible (36) alimenté soit par la batterie d'accumulateurs (32) en cas de propulsion par les moteurs électriques (26, 28), soit par les moteurs électriques (26, 28) en cas de décélération et de freinage électrique, et - un système gestionnaire de batterie (34) pour déterminer les différents états de charge et les modes de fonctionnement de la batterie d'accumulateurs (32). 3. Véhicule automobile selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de supervision (40) comprend - un microprocesseur (42) pour déterminer les moteurs à mettre en oeuvre pour obtenir la vitesse et le couple demandés par le pilote (38), - un circuit de détermination (44) des conditions de fonctionnement du moteur thermique (22) et du système d'embrayage/boite de vitesses (24) pour obtenir le couple et la vitesse demandés, et - un circuit de détermination (46) des conditions de fonctionnement des moteurs électriques (26, 28) pour obtenir le couple et la vitesse demandés. 4. Véhicule automobile selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de détermination (44) des conditions de fonctionnement du moteur thermique comprend des moyens pour déterminer l'angle papillon du moteur thermique et des moyens pour déterminer le rapport de transmission de la boîte de vitesses (24). 5. Véhicule automobile selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le circuit de détermination (46) des conditions de fonctionnement des moteurs électriques (26, 28) comprend des moyens pour déterminer les tensions à appliquer aux moteurs électriques pour entraîner le véhicule ou le freiner. 6. Dans un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, un procédé de mise en oeuvre du moteur thermique (24) et des moteurs électriques (26, 28) qui comprend les étapes suivantes a) mise sous tension du véhicule, b) choix marche avant/marche arrière, c) alimentation des moteurs électriques (26, 28) quel que soit le sens de la marche, d) mesure de la vitesse du véhicule et des paramètres de pilotage, e) mise en marche du moteur thermique (24) lorsque le véhicule atteint une vitesse VC1 et arrêt des moteurs électriques au-delà de la vitesse VC1, et f) alimentation des moteurs électriques (26, 28) en plus du moteur thermique (24) lorsque la vitesse électrique atteint une vitesse VC1 > VC2. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape (e) comprend en outre l'étape d'alimentation électrique des moteurs électriques (26, 28) lorsque l'accélération demandée par le pilote est supérieure à une valeur déterminée (AC) ou la charge du véhicule est supérieure à une valeur déterminée (CH). 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'étape (c) comprend, en outre, l'étape de limitation de la vitesse de la marche arrière à une valeur maximum (VRmax). 9. Procédé selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que l'étape (f) comprend, en outre, l'étape de limitation de la vitesse de marche avant à une valeur maximum (Vmax) supérieure à la vitesse VC2. 10. Procédé selon la revendication 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que la mise en marche du moteur thermique (24) pendant l'étape (e) comprend les opérations suivantes - débrayage du moteur thermique, - mise de la boîte de vitesses (24), dans un rapport de transmission élevé, - décompression du moteur thermique, - alimentation de l'allumage et de l'injection du moteur thermique, - embrayage du moteur thermique, - recompression du moteur thermique, - débrayage du moteur thermique, - mise de la boîte de vitesses (24) dans un rapport de transmissions adapté à la vitesse du véhicule, et - embrayage du moteur thermique. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 6 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, l'étape suivante g) mise en marche du moteur thermique en cas de demande de chauffage de l'habitacle du véhicule, dans le cas où le système de chauffage est branché sur le circuit de refroidissement du moteur thermique. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 6 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes suivantes h) mise en marche du moteur thermique en cas de demande de climatisation de l'habitacle du véhicule, dans le cas où le compresseur du système de climatisation est entraîné par le moteur thermique, et i) rehaussement du niveau régime de ralenti.