Brevet FR2778873A1 — publié le 19991126

La présente invention concerne un véhicule automo- bile du type comprenant au moins deux essieux, un générateur d'énergie mécanique relié mécaniquement à un premier des es- sieux pour l'entraîner, et des moyens de transformation d'énergie mécanique produite par le générateur d'énergie mé- canique en énergie électrique. Le générateur d'énergie mécanique est généralement un moteur thermique mais peut également être une turbine à gaz. Les moyens de transformation d'énergie mécanique en énergie électrique sont classiquement constitués par un al- ternateur électrique de puissance généralement comprise en- tre 1 et 1,5 kW. Un tel alternateur alimente, par l'intermédiaire d'un redresseur, une batterie d'accumulation d'énergie électrique sous 12 V. Cette batterie alimente elle-même divers équipements électriques du véhicule automo- bile tels que les projecteurs, les bougies et les moteurs d'essuie-glace. Par ailleurs, les véhicules comprennent également un démarreur, qui est un moteur électrique destiné à être alimenté en courant par la batterie de 12 V, et dont l'arbre de sortie peut entraîner le vilebrequin du moteur thermique en rotation. Les besoins en énergie électrique dans les véhicu- les automobiles ont tendance à augmenter du fait notamment de l'apparition de nouveaux équipements. Pour répondre à ces nouveaux besoins, on a proposé de remplacer l'alternateur et le démarreur, généralement distincts dans les véhicules au- tomobiles, par une seule machine électrique réversible for- mant un alternateur-démarreur, de rendement relativement plus élevé d'ailleurs. Le rotor de cette machine électrique réversible est, par exemple, porté par le volant du moteur. Une telle machine électrique, dont la puissance peut atteindre 10 kW, est alors associée à une batterie plus puissante que les batteries de 12 V qui équipent classiquement les véhicules automobiles. 2 2778873 On a également proposé que cette machine électri- que réversible, alimentée en énergie électrique par la nou- velle batterie et fonctionnant en moteur, puisse fournir une puissance mécanique additionnelle au premier essieu entraîné par le moteur thermique. Cette puissance mécanique addition- nelle améliore le fonctionnement des véhicules automobiles, par exemple en facilitant les démarrages en côte du véhicule ou les dépassements. L'invention a pour but d'améliorer encore le fonc- tionnement général des véhicules automobiles du type précité en augmentant notamment l'efficacité de la puissance d'entraînement fournie à ces véhicules, et les performances et l'agrément de conduite de ces véhicules. A cet effet, l'invention a pour objet un véhicule du type précité, caractérisé en ce que le véhicule comprend en outre des moyens électriques d'entraînement d'au moins un deuxième essieu qui sont raccordés auxdits moyens de trans- formation par des moyens de transfert d'énergie électrique. Selon des modes particuliers de réalisation, le véhicule peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéris- tiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les com- binaisons techniquement possibles: - les moyens de transformation d'énergie mécanique en énergie électrique comprennent une machine électrique formant un générateur; - la machine électrique forme un alternateur et comprend un rotor relié mécaniquement au moteur thermique; - ladite machine électrique est une machine élec- trique réversible formant un générateur-moteur, et les moyens de transfert d'énergie électrique comprennent au moins un accumulateur d'énergie électrique; - les moyens de transfert d'énergie électrique comprennent, d'une part, une unité électronique de transfert d'énergie électrique adaptée pour raccorder électriquement sélectivement ladite machine électrique réversible, le ou les accumulateur(s) et les moyens électriques d'entraînement 3 2778873 du deuxième essieu, et, d'autre part, une unité électronique de pilotage de cette unité de transfert d'énergie électri- que; - le véhicule comprend des capteurs d'informations relatives au fonctionnement du véhicule et d'instructions du conducteur, ces capteurs étant raccordés à l'unité électro- nique de pilotage, et l'unité électronique de pilotage est adaptée pour piloter l'unité de transfert d'énergie électri- que en fonction de ces informations; - les moyens électriques d'entraînement du deuxième essieu comprennent un moteur et un différentiel raccordé mécaniquement à l'arbre de sortie de ce moteur et aux deux roues du deuxième essieu pour entraîner ces derniè- res; > - les moyens électriques d'entraînement du deuxième essieu comprennent deux moteurs sensiblement cen- traux, dont les arbres de sortie sont reliés mécaniquement chacun à une roue du deuxième essieu; - les moyens électriques d'entraînement du deuxième essieu comprennent deux moteurs latéraux, dont les arbres de sortie sont reliés mécaniquement chacun à une roue du deuxième essieu, chacun des moteurs étant disposé à proximité de moyens de support de la roue correspondante; - le ou chaque moteur des moyens électriques d'entraînement du deuxième essieu est une machine électrique réversible formant un générateur-moteur; - la ou chaque machine électrique réversible des moyens électriques d'entraînement du deuxième essieu forme un alternateur-moteur; et n3o - le premier essieu est l'essieu avant du véhi- cule. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: 4 2778873 - la figure 1 est une vue schématique illustrant un véhicule automobile selon l'invention, - les figures 2 à 5 sont des vues schématiques partielles illustrant différents modes de fonctionnement du véhicule de la figure 1, et - les figures 6 et 7 sont des vues schématiques partielles illustrant chacune l'essieu arrière d'un véhicule automobile selon une variante de l'invention. La figure 1 illustre un véhicule automobile 1 qui comprend essentiellement: - un essieu avant 2 et un essieu arrière 3, - un moteur thermique 4, - une machine électrique réversible 5 formant un alternateur-moteur, J5 - une batterie principale 6 d'accumulation d'énergie électrique sous 100 V, et - une batterie auxiliaire 7 d'accumulation d'énergie électrique sous 12 V. La batterie principale 6 peut, par exemple, débi- ter 7,5 kW en continu et 15 kW en pointe. Le moteur thermique 4 est par exemple un moteur développant 100 kW à 5500 tr/mn. La machine électrique réversible 5 comprend un ro- tor 8 relié mécaniquement au volant (non représenté) du mo- teur thermique 4, ce volant étant lui-même fixé sur le vile- brequin 9.du moteur 4. Le vilebrequin 9 est relié mécanique- ment par l'intermédiaire d'un disque d'embrayage 10 à un en- semble 11 de pont avant/boîte de vitesse. L'essieu avant 2 comprend une roue avant gauche (en bas sur la figure 1) 12A portée par un support de roue 13A, et une roue avant droite (en haut sur la figure 1) 12B, portée par un support de roue 13B. Ces deux roues 12A et 12B sont reliées mécaniquement à l'ensemble 11 de pont avant/boîte de vitesse. L'essieu arrière 3 comprend une roue arrière gau- che 14A, portée par un support de roue 15A, et une roue ar- rière droite 14B, portée par un support de roue 15B. Le véhicule comprend en outre deux machines élec- i triques 16A et 16B réversibles formant chacune un alterna- teur-moteur associé à la roue arrière 14A, 14B. Chaque ma- chine électrique réversible 16A, 16B comprend un arbre de sortie 17A, 17B solidaire d'un rotor 18A, 18B de la machine et relié mécaniquement à la roue 14A, 14B correspondante. Les machines 16A et 16B sont disposées dans une position centrale par rapport aux roues 14A et 14B. Le véhicule automobile 1 comprend en outre une unité électronique 20 de transfert d'énergie électrique et une unité électronique 21 de pilotage de l'unité 20 raccor- 1i dée à cette dernière. L'unité électronique 21 comprend un microproces- seur convenablement programme. L'unité 20 de transfert d'énergie électrique com- prend en particulier un circuit onduleur 24 et un circuit redresseur 25. Cette unité 20, réalisée à partir d'éléments d'électronique de puissance, est raccordée électriquement au stator 26 de la machine électrique réversible 5, aux stators 27A et 27B des machines électriques réversibles 16A et 16B et aux batteries principale 6 et auxiliaire 7. 2> Des capteurs 28A, 28B, 30A et 30B d'informations relatives. aux vitesses de rotation respectives des roues 12A, 12B, 14A, 14B sont reliées à l'unité électronique de pilotage 21. Ces capteurs 28A, 28B, 30A et 30B sont, par exemple, les capteurs électroniques disponibles dans les systèmes de frein dits ABS. Des capteurs 32 (dont cinq sont représentés) d'informations relatives au comportement du véhicule 1 et à des instructions du conducteur sont également reliés à l'unité de pilotage 21. 3> Ces capteurs 32 sont relatifs, par exemple, au ré- gime du moteur thermique 4, à sa température, à 6 2778873 l'accélération transversale du véhicule, au rapport de vi- tesse sélectionné, à l'état et/ou à la commande de l'embrayage, de la commande des freins et de la commande d'accélération... Ces capteurs peuvent être des capteurs présents à d'autres fins sur le véhicule automobile 1. L'unité 20 de transfert d'énergie électrique est adaptée pour raccorder électriquement sélectivement, par l'intermédiaire ou non des circuits onduleur 24 ou redres- seur 25, les machines électriques réversibles 5, 16A et 16B et les batteries 6 et 7 en fonction d'instructions envoyées par l'unité électronique de pilotage 21. Celle-ci détermine ces instructions à partir des informations captées par les capteurs 28A, 28B, 30A, 30B et 32 et, par exemple, de tables de pilotage stockées en mémoire dans l'unité électronique de pilotage 21. Les figures 2 à 5 illustrent plusieurs modes de fonctionnement du véhicule 1. Dans ce qui suit, on supposera, pour faciliter la description, que les pertes, notamment dans les machines électriques réversibles 5, 16A et 16B sont négligeables. En réalité, le rendement de ces machines électriques réversi- bles, et notamment celui de la machine 5 fonctionnant en al- ternateur, peut atteindre 75 %. La figure 2 illustre un cas de charge des batte- ries 6 et 7 par la machine électrique 5 qui fonctionne en alternateur. Le véhicule 1 roulant, le moteur thermique 4 four- nit une puissance mécanique de 100 kW dont 90 kW sont trans- 3 la figure 1. La machine électrique 5, fonctionnant en alterna- teur, transforme les 10 kW restants en puissance électrique sous forme d'un courant alternatif. L'unité 20 transmet cette puissance électrique, après redressement du courant 7 2778873 dan-s le circuit redresseur 25, à la batterie principale 6 et/ou à la batterie auxiliaire 7 en assurant ainsi leur charge. Dans le cas représenté, les 10 kW de puissance élec- trique sont transmis intégralement à la batterie principale i 6. La figure 3 illustre un cas se distinguant de ce- lui de la figure 2 en ce que la puissance électrique (10 kW) fournie par la machine électrique 5 est transférée directe- ment par l'unité 20 de transfert d'énergie électrique aux machines électriques 16A et 16B qui fonctionnent chacune en moteur pour entraîner l'essieu arrière 3. Dans le cas représenté, ces 10 kW de puissance électrique alimentent de manière identique chacune des ma- chines électriques 16A et 16B, c'est-à-dire que chaque ma- chine 16A, 16B reçoit 5 kW. Toutefois, la répartition de la puissance électrique entre les machines 16A et 16B peut être inégale, cette répartition étant pilotée par l'unité 21 de pilotage. Le cas de la figure 3 permet, par exemple, de ré- partir entre les essieux avant 2 et arrière 3 la puissance mécanique fournie par le moteur thermique 4 en s'affranchissant des dispositifs mécaniques de transmission entre essieux avant et arrière présents sur les véhicules quatre roues motrices. Bien que les deux essieux 2 et 3 soient tous les deux moteurs dans le cas de la figure 3, le comportement du véhicule 1 reste similaire à celui d'un vé- hicule à un seul essieu moteur (deux roues motrices) du fait de la faible puissance fournie à l'essieu arrière 3 par rap- port à celle fournie à l'essieu avant 2. De plus, l'efficacité des 100 kW de puissance fournis aux essieux 2 et 3 est supérieure à celle correspondant au cas o les 100 kW sont fournis uniquement à l'essieu avant 2, car le poids du véhicule 1 est reporté sur l'essieu arrière 3 comme ex- pliqué également ci-après en regard de la figure 4. Ainsi, on risque moins d'amener l'essieu avant 2 au patinage que 8 2778873 dan-s le cas o toute la puissance est fournie à l'essieu avant 2. La figure 4 illustre un cas se distinguant de ce- lui de la figure précédente en ce que toute la puissance mé- canique fournie par le moteur thermique 4 est transmise mé- caniquement à l'essieu avant 2, et en ce que la batterie 6 alimente en puissance électrique les machines électriques 16A et 16B qui fonctionnent chacune en moteur. Ainsi, l'unité 20 transfère de la puissance électrique (10 kW),,s- sue de la batterie 6 sous forme de courant continu, vers les machines 16A et 16B par l'intermédiaire du circuit onduleur 24 pour alimenter ces machines 16A et 16B en courant alter- natif. Chaque machine 16A, 16B reçoit dans le cas représenté kW. Ce cas permet, par exemple, de faciliter le dépas- sement d'un autre véhicule avec l'avantage que la surpuis- sance de 10 kW est fournie à l'essieu arrière 3 et non à l'essieu avant 2 qui est entraîné par le moteur thermique 4. Cette caractéristique permet d'assurer une meilleure effica- cité de la surpuissance transmise. En effet, l'essieu avant 2 étant principalement moteur, le poids du véhicule 1 est reporté sur l'essieu arrière 3. Ainsi, l'adhérence des roues de l'essieu arrière 3 sur la chaussée est satisfaisante et permet ainsi, d'une part, de limiter les risques de patinage au niveau de l'essieu avant 2, et, d'autre part, d'obtenir un meilleur rendement pour l'utilisation des 10 kW de sur- puissance que dans le cas o ces 10 kW seraient transmis sur l'essieu avant. Le véhicule 1 peut aussi se comporter en véhicule à quatre roues motrices. Ceci peut être assuré par des transmissions de puissance de natures analogues à celles dé- crites en regard de la figure 3, la valeur de la puissance mécanique fournie par le moteur thermique 4 étant par exem- ple de 20 kW et chaque essieu 2, 3 recevant alors une puis- sance de 10 kW. Ce mode de fonctionnement peut être particu- 9 2778873 Fièrement utile par exemple, dans le cas o le véhicule 1 roule sur de la neige ou sur du verglas. D'autres possibilités de transfert et de réparti- tion de puissance sont possibles, la batterie 6 alimentant par exemple à la fois les machines électriques 5, 16A et 16B qui fonctionnent toutes en moteur, ou les machines électri- ques 16A et 16B étant alimentées de manière mixte par la ma- chine électrique 5 fonctionnant en alternateur et par la batterie principale 6. La figure 5 illustre un cas de freinage du véhi- cule 1 o, par exemple, 5 kW de puissance mécanique sont transmis par l'essieu avant 2 au moteur thermique 4 pour as- surer un freinage par le moteur 4, et o 10 kW de puissance électrique sont prélevés sur l'essieu arrière 3 par les ma- chines électriques 16A et 16B fonctionnant chacune en alter- nateur prélevant 5 kW de puissance. Ces 10 kW sont fournis, après redressement dans le circuit redresseur 25, à la bat- terie 6 pour la charger. Selon une variante de ce mode de fonctionnement la machine électrique 5 peut également fonctionner en alterna- teur pour assurer seule ou en partie le freinage de l'essieu avant 2, et assurer seule ou compléter l'alimentation élec- trique de la batterie 6 pour la charger. Ainsi, l'invention permet d'améliorer de manière générale le fonctionnement d'un véhicule automobile de type deux roues motrices, sans modifier profondément son compor- tement, en autorisant de nombreuses possibilités de réparti- tion de puissance, et en améliorant notamment l'efficacité d'une surpuissance d'entraînement fournie au véhicule. Par ailleurs, la machine électrique réversible 5 alimentée en courant alternatif par la batterie 6, via le circuit onduleur 24, permet d'assurer de manière classique le démarrage du moteur thermique 4. La batterie principale 6 alimente électriquement divers équipements électriques non représentés tels qu'un climatiseur, un moteur électrique de direction assistée. o 2778873 La batterie auxiliaire 7 alimente électriquement d'autres équipements non représentés tels que les bougies, les projecteurs... Selon une variante illustrée par la figure 6, les machines électriques réversibles 16A et 16B sont suspendues aux roues 14A et 14B. Ainsi, chaque machine électrique 16A, 16B est disposée latéralement à proximité de la roue corres- pondante 14A, 14B et de son support 15A, 15B. Une telle va- riante permet de limiter le coût des transmissions mécani- ques entre les arbres de sortie 17A et 17B des machines 16A et 16B et les roues 14A et 14B. Selon une autre variante illustrée par la figure 7, les machines 16A et 16B sont remplacées par une seule ma- chine électrique réversible 16 formant un alternateur- générateur accouplé à un différentiel 34. Ce différentiel 34 est relié mécaniquement à l'arbre de sortie 35 de cette ma- chine 16 et aux roues 14A et 14B. Dans cette variante, la répartition de puissance entre les roues 14A et 14B peut également être pilotée par l'unité de pilotage 21 notamment à l'aide de dispositifs visco-coupleurs. De manière plus générale, l'invention peut s'appliquer à un véhicule 1 dit à propulsion, c'est-à-dire un véhicule 1 dont l'essieu arrière 3 est entrainé mécani- quement par le moteur thermique 4, les machines électriques réversibles 16A et 16B ou 16 équipant alors l'essieu avant 2. Enfin, les machines électriques 16A, 16B ou 16 peuvent également être uniquement des moteurs destinés à être alimentés en courant continu, et le moteur thermique 4 peut être remplacé par une turbine à gaz. il 2778873 -'. REVENDICATIONS 1. Véhicule automobile (1) du type comprenant au moins deux essieux (2, 3), un générateur d'énergie mécanique (4) relié mécaniquement à un premier (2) des essieux pour i l'entraîner, et des moyens (5) de transformation d'énergie mécanique produite par le générateur d'énergie mécanique (4) en énergie électrique, caractérisé en ce que le véhicule comprend en outre des moyens électriques (16A, 16B; 16) d'entraînement d'au moins un deuxième essieu (3) qui sont raccordés auxdits moyens (5) de transformation par des moyens (6, 7, 20, 21) de transfert d'énergie électrique. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (5) de transformation d'énergie mécani- que en énergie électrique comprennent une machine électrique (5) formant un générateur. 3. Véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que la machine électrique (5) forme un alternateur et comprend un rotor (8) relié mécaniquement au moteur thermi- que (4). 4. Véhicule selon la revendication 2 ou 3, carac- térisé en ce que ladite machine électrique est une machine électrique réversible (5) formant un générateur-moteur, et en ce que les moyens de transfert d'énergie électrique com- prennent au moins un accumulateur d'énergie électrique (6, 7). 5. Véhicule selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de transfert d'énergie électrique com- prennent, d'une part, une unité électronique (20) de trans- fert d'énergie électrique adaptée pour raccorder électrique- ment sélectivement ladite machine électrique réversible (5), le ou les accumulateur(s) (6, 7) et les moyens électriques (16A, 16B; 16) d'entraînement du deuxième essieu (3), et, d'autre part, une unité électronique de pilotage (21) de cette unité (20) de transfert d'énergie électrique. 6. Véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que le véhicule comprend des capteurs (28A, 28B, 30A, B-, 32) d'informations relatives au fonctionnement du véhi- cule (1) et d'instructions du conducteur, ces capteurs étant raccordés à l'unité électronique de pilotage (21), et en ce que l'unité électronique de pilotage (21) est adaptée pour piloter l'unité (20) de transfert d'énergie électrique en fonction de ces informations. 7. Véhicule selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens électriques d'entraînement du deuxième essieu (3) comprennent un moteur (16) et un différentiel (34) raccordé mécaniquement à l'arbre de sortie (35) de ce moteur (16) et aux deux roues (14A, 14B) du deuxième essieu (3) pour entraîner ces derniè- res. 8. Véhicule selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens électriques d'entraînement du deuxième essieu (3) comprennent deux mo- teurs (16A, 16B) sensiblement centraux, dont les arbres de sortie (17A, 17B) sont reliés mécaniquement chacun à une roue (14A, 14B) du deuxième essieu (3). 9. Véhicule selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens électriques d'entraînement du deuxième essieu (3) comprennent deux mo- teurs latéraux, dont les arbres de sortie (17A, 17B) sont reliés mécaniquement chacun à une roue (14A, 14B) du deuxième essieu (3), chacun des moteurs (17A, 17B) étant disposé à proximité de moyens (15A, 15B) de support de la roue (14A, 14B) correspondante. 10. Véhicule selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 9, caractérisé en ce que le ou chaque moteur (16A, 16B; 16) des moyens électriques d'entraînement du deuxième essieu (3) est une machine électrique réversible formant un générateur-moteur. 11. Véhicule selon la revendication 10, caractéri- sé en ce que la ou chaque machine électrique réversible des moyens électriques d'entraînement du deuxième essieu (3) forme un alternateur-moteur. -' 12. Véhicule selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que le premier essieu est l'essieu avant (2) du véhicule (1)