Brevet FR2944244A1 — publié le 20101015

SYSTEME DE GENERATION D'ENERGIE ELECTRIQUE POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un système de génération d'énergie électrique entraîné par les roues d'un véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'un tel système. Les véhicules hybrides comportent une machine électrique reliée à des accumulateurs électriques, permettant de générer un courant électrique stocké dans ces accumulateurs, pour utiliser cette énergie afin d'optimiser le fonctionnement du moteur thermique du véhicule et réduire la consommation d'énergie ainsi que les émissions polluantes. Certains véhicules hybrides comportent deux machines électriques distinctes, l'une pour générer une énergie électrique, l'autre pour appliquer un couple moteur venant en complément de celui délivré par le moteur thermique. Il en est de même pour certains véhicules électriques qui peuvent aussi disposer de deux machines électriques indépendantes, permettant de réaliser ces deux fonctions. Ces véhicules peuvent comporter une génératrice de courant reliée par une transmission disposant d'un rapport de vitesse constant, à des roues du véhicule. En variante, la transmission peut aussi disposer d'un nombre réduit de rapports de vitesse, par exemple en utilisant ceux de la boîte de vitesses du moteur thermique. Les choix pour adapter le rapport de vitesse entre la génératrice électrique et les roues du véhicule sont alors limités. On ne peut pas toujours optimiser la vitesse de rotation de la génératrice en fonction de ses conditions de fonctionnement, et bénéficier de son meilleur taux de rendement possible. Le rapport utilisé résulte d'un compromis qui ne donne pas forcément la meilleure efficacité. Un autre type connu de véhicule hybride présenté notamment dans le document US-4591016, comporte un système de freinage par frottement, comprenant un circuit hydraulique de freinage actionné par une pédale de frein, ce système étant relié à une commande d'un volant d'inertie pouvant stocker une énergie cinétique. Lors des freinages du véhicule, on privilégie avant d'actionner le circuit hydraulique de freinage, la récupération de l'énergie cinétique du véhicule en relançant le volant d'inertie par l'intermédiaire d'une transmission à variation continue. Cette transmission à variation continue permet d'adapter en permanence le meilleure rapport de vitesse entre les roues du véhicule et le volant d'inertie, pour optimiser son fonctionnement. Un problème de ces véhicules hybrides stockant une énergie cinétique dans un volant d'inertie, est que cette énergie est difficile à stocker, et ne permet pas de réaliser différentes fonctions comme peut le faire l'énergie électrique. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un système de génération d'énergie électrique simple d'utilisation, et comportant un rendement élevé. Elle propose à cet effet un système de génération d'énergie électrique pour véhicule automobile, comportant une motorisation réalisant l'entraînement du véhicule, et une génératrice électrique indépendante de cette motorisation, qui est reliée par une transmission aux roues du véhicule, cette génératrice permettant de générer un courant électrique stocké dans des accumulateurs électriques lors de phases de ralentissement du véhicule, caractérisé en ce que la transmission de la génératrice électrique comporte un dispositif de variation continue de la vitesse. Un avantage de ce système de génération d'énergie électrique, est que grâce à la variation continue de la vitesse de la génératrice électrique, on peut en permanence en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule et de la demande de freinage par le conducteur, régler de manière continue le rapport de vitesse pour obtenir le meilleur rendement de la génératrice. Le système de génération d'énergie électrique selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le système de génération d'énergie électrique comporte un calculateur recevant des informations de capteurs des pédales d'accélérateur et de frein, pour ajuster le rapport du dispositif de variation continue de la vitesse. Avantageusement, le système de génération d'énergie électrique comporte un moyen de mesure de l'intensité du courant délivré par la génératrice électrique. On peut utiliser ce moyen de mesure pour moduler le freinage appliqué par des freins de roue comprenant un frottement, afin d'ajuster ce freinage en fonction de celui déjà fourni par la génératrice électrique. Avantageusement, le rapport de vitesse établi par la transmission à variation continue, ajuste généralement la vitesse de rotation de la génératrice électrique à sa vitesse maximale pour produire de l'énergie électrique. Avantageusement, le système de génération d'énergie électrique comporte un moyen pour déterminer l'inclinaison longitudinale du véhicule, qui permet d'ajuster dans les descentes le fonctionnement de la génératrice électrique pour maintenir une vitesse prédéterminée du véhicule. Selon une disposition particulière de l'invention, la transmission à variation continue comporte une poulie à écartement variable, qui serre une courroie d'entraînement de la génératrice. Avantageusement, lorsque la génératrice électrique ne produit pas de courant, le rapport de la transmission à variation continue est ajusté pour établir la plus faible vitesse de rotation de cette génératrice. Selon une autre disposition particulière de l'invention, entre les roues du véhicule et la génératrice électrique, on dispose un embrayage de couplage permettant d'interrompre la transmission de mouvement lorsque cette génératrice électrique ne produit pas de courant. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comportant une motorisation réalisant l'entraînement du véhicule, et un système de génération d'énergie électrique comprenant une génératrice électrique indépendante de cette motorisation, qui est reliée par une transmission aux roues du véhicule, cette génératrice permettant de générer un courant électrique stocké dans des accumulateurs électriques lors de phases de ralentissement du véhicule, ce système de génération d'énergie électrique comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de l'installation électrique du système de génération d'énergie électrique selon l'invention ; et - la figure 2 est un schéma du dispositif mécanique de ce système de génération d'énergie, comprenant une transmission à variation continue comportant une courroie et une poulie variable. Les figures 1 et 2 représentent un système de génération d'énergie électrique 1 comprenant une génératrice électrique 2 pouvant être un alternateur ou un autre type de machine électrique tournante, qui est reliée à des roues 40 du véhicule par une transmission mécanique de mouvement. Cette transmission de mouvement comprend un variateur continu de vitesse 28, qui permet de faire varier de manière progressive le rapport de vitesse entre les roues 40 et la génératrice 2. Entre les roues 40 du véhicule et la génératrice électrique 2, on a successivement un embrayage 42 qui peut comporter des crabots de verrouillage, ou des disques de frottement serrés axialement, puis la transmission à variation continue 28. La transmission à variation continue 28 comporte une poulie variable 44, disposée sur l'axe de la roue 40, après l'embrayage 42. La poulie variable 44 comprend deux joues de serrage axial d'une courroie 48, dont l'écartement est variable sous l'effet d'un actionneur 50 piloté par un signal de commande 30. La courroie 48 entraîne à son tour une poulie fixe 46, qui se trouve sur l'axe de la génératrice électrique 2. Pour simplifier le schéma, on a représenté une seule roue 40 du véhicule, et un embrayage 42 ainsi qu'une poulie variable 44 directement montés sur l'axe de la roue. On peut en variante disposer ces éléments autrement, ils peuvent notamment être reliés à d'autres organes de transmission du véhicule, comme une boîte de vitesses. L'actionneur 50 exerce une force axiale sur une joue mobile de la poulie variable 44, pour en la resserrant vers l'autre joue, faire monter la courroie 48 sur un plus grand diamètre de cette poulie pour faire tourner cette courroie plus vite. On peut ainsi progressivement faire varier le rapport de vitesse des deux poulies 44, 46, entre deux valeurs minimum et maximum. Avec une poulie fixe 46, l'entraxe entre les poulies change en même temps que la poulie variable 44 modifie son rayon. Le générateur électrique 2 est monté sur un pivot, pour pouvoir se déplacer et modifier l'entraxe entre les deux poulies en fonction des variations de la poulie variable 44. En variante, on peut disposer une deuxième poulie variable sur l'axe de la génératrice électrique 2, de manière à resserrer les joues d'une poulie pendant qu'elles sont écartées sur l'autre, pour travailler avec un entraxe constant entre ces deux poulies. On peut aussi prévoir une transmission comprenant une variation continue du rapport, utilisant d'autres technologies connues. La génératrice électrique 2 est reliée d'une part à la masse du véhicule, et d'autre part à une batterie d'accumulateurs électriques 4. Entre la génératrice électrique 2 et la batterie d'accumulateurs 4, on a successivement un transistor de charge 6 de cette batterie, qui est piloté par un signal 12 venant du calculateur 10, et une résistance R de mesure 8 montée en série, dont les bornes sont reliées à ce calculateur pour fournir une information sur l'intensité du courant de charge. Le calculateur 10 est alimenté en courant par une alimentation 20, et reçoit des informations de capteurs de la pédale d'accélérateur 24 ainsi que de la pédale de frein 26, commandées par le conducteur. Le calculateur 10 peut recevoir de plus en option, une information provenant d'un capteur d'inclinaison longitudinale 22 du véhicule, qui permet de déterminer la pente de la route suivie par ce véhicule. En fonctions des différentes informations reçues et des modes de fonctionnement mis en mémoire dans le calculateur 10, ce calculateur envoie un signal de commande 30 à la transmission à variation continue 28, pour faire varier le rapport de vitesse entre les roues 40 du véhicule et la génératrice électrique 2. Le véhicule peut être un véhicule à traction uniquement électrique, ou un véhicule hybride combinant la traction d'un moteur thermique avec celle de moteurs électriques, ces différents moteurs électriques de traction étant indépendants de la génératrice électrique 2. La génératrice électrique 2 a pour but principal en délivrant un courant de charge de la batterie d'accumulateurs 4, de récupérer au moins en partie l'énergie cinétique du véhicule pendant les phases de décélération, ou dans les descentes. Cette énergie stockée dans la batterie d'accumulateurs 4, sert ensuite pour alimenter les moteurs de traction électriques notamment pendant des phases d'accélération, afin de réduire la consommation globale d'énergie du véhicule. L'ajustement du rapport de vitesse par le calculateur 10 délivrant le signal de commande 30 à la transmission à variation continue 28, permet en particulier à chaque instant d'ajuster la vitesse de rotation de la génératrice électrique 2 à sa vitesse maximale, qui est généralement le point de fonctionnement où le rendement est le plus élevé. On notera que pour des vitesses importantes du véhicule, on peut diminuer le rapport de multiplication de la transmission à variation continue 28, pour éviter une vitesse trop élevée de la génératrice électrique 2, dépassant sa vitesse maximale, qu'elle ne pourrait pas supporter. Les informations délivrées par les capteurs de la pédale d'accélérateur 24 et de frein 26, permettent de connaître la volonté du conducteur : accélération du véhicule ; maintien de sa vitesse ou freinage. En cas de demande de freinage et suivant l'intensité du freinage demandé, on privilégie une recharge la plus élevée de la batterie d'accumulateurs 4, avant d'utiliser les freins de roue comprenant des moyens de frottement, commandés par une pression dans un circuit hydraulique. Avantageusement, le calculateur 10 délivre une information permettant de moduler le freinage appliqué par les freins de roue en fonction de celui déjà fourni par la génératrice électrique 2, afin de répondre globalement à la demande du conducteur. En particulier, le calculateur ajuste le rapport de la transmission à variation continue 28 par la commande 30, pour obtenir une vitesse de rotation de la génératrice électrique 2 élevée, représentant du point de fonctionnement où le rendement est le meilleur. Le freinage demandé par le conducteur peut être un appui sur la pédale de frein 24, ou seulement le relâchement de la pédale d'accélérateur 26 qui peut représenter la demande pour un freinage léger correspondant au frein moteur réalisé par le moteur thermique. Le calculateur 10 contrôle en permanence le courant délivré par la génératrice électrique 2, par la mesure des tensions aux bornes de la résistance R, pour optimiser le fonctionnement du système de génération d'énergie électrique 1. En particulier, ce courant correspond à un couple résistant de la génératrice électrique 2, et donc au couple de freinage appliqué sur le véhicule par cette génératrice, qui doit être ajusté en fonction de la demande du conducteur. Une répartition du freinage global du véhicule avec celui délivré par les freins de roues, est établie en permanence par le calculateur 10. En cas de demande par le conducteur d'un freinage important, la transmission à variation continue 28 procure la plus grande multiplication de vitesse possible, pour fournir une puissance électrique importante et délivrer un freinage des roues le plus élevé. Pendant les phases ou aucun freinage n'est souhaité, l'embrayage de couplage 42 est maintenu ouvert pour ne pas entraîner la transmission à variation continue 28, ainsi que la génératrice électrique 2. De cette manière, on réduit les pertes dues aux frottements de ces composants. En variante, on peut disposer un tel système de génération d'énergie électrique 1 sans embrayage de couplage 42, pour réaliser un système plus économique. Dans ce cas, le calculateur 10 dispose systématiquement la transmission à variation continue suivant la multiplication de vitesse la plus faible quand aucun freinage n'est souhaité, de manière à réduire la vitesse de rotation de la génératrice électrique 2, et donc les pertes dues à son entraînement. Le capteur d'inclinaison longitudinale 22 du véhicule donnant une information sur la pente de la route, disposé en option, permet notamment en connaissant la pente, de maintenir une vitesse constante du véhicule quand la pédale de gaz est relâchée. Le calculateur 10 ajuste alors la vitesse de rotation de la génératrice électrique 2, ainsi que le courant débité dans la batterie d'accumulateur 4, pour obtenir un couple de freinage permettant de maintenir une vitesses constante du véhicule.25 REVENDICATIONS1 ù Système de génération d'énergie électrique pour véhicule automobile, comportant une motorisation réalisant l'entraînement du véhicule, et une génératrice électrique (2) indépendante de cette motorisation, qui est reliée par une transmission (28) aux roues (40) du véhicule, cette génératrice permettant de générer un courant électrique stocké dans des accumulateurs électriques (4) lors de phases de ralentissement du véhicule, caractérisé en ce que la transmission (28) de la génératrice électrique (2) comporte un dispositif de variation continue de la vitesse. 2 ù Système de génération d'énergie électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur (10) recevant des informations de capteurs des pédales d'accélérateur (24) et de frein (26), pour ajuster le rapport du dispositif de variation continue de la vitesse (28). 3 ù Système de génération d'énergie électrique suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure (8) de l'intensité du courant délivré par la génératrice électrique (2). 4 ù Système de génération d'énergie électrique suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise ce moyen de mesure (8) pour moduler le freinage appliqué par des freins de roue comprenant un frottement, afin d'ajuster ce freinage en fonction de celui déjà fourni par la génératrice électrique (2). 5 ù Système de génération d'énergie électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport de vitesse établi par la transmission à variation continue (28), ajuste généralement la vitesse de rotation de la génératrice électrique (2) à sa vitesse maximale pour produire de l'énergie électrique. 6 ù Système de génération d'énergie électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour déterminer l'inclinaison longitudinale (22) du véhicule, quipermet d'ajuster dans les descentes le fonctionnement de la génératrice électrique (1) pour maintenir une vitesse prédéterminée du véhicule. 7 ù Système de génération d'énergie électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la transmission à variation continue (28) comporte une poulie à écartement variable (44), qui serre une courroie (48) d'entraînement de la génératrice (2). 8 ù Système de génération d'énergie électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque la génératrice électrique (2) ne produit pas de courant, le rapport de la transmission à variation continue (28) est ajusté pour établir la plus faible vitesse de rotation de cette génératrice. 9 ù Système de génération d'énergie électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'entre les roues (40) du véhicule et la génératrice électrique (2), on dispose un embrayage de couplage (42) permettant d'interrompre la transmission de mouvement lorsque cette génératrice électrique ne produit pas de courant. 10 ù Véhicule automobile comportant une motorisation réalisant l'entraînement du véhicule, et un système de génération d'énergie électrique (1) comprenant une génératrice électrique (2) indépendante de cette motorisation, qui est reliée par une transmission (28) aux roues (40) du véhicule, cette génératrice permettant de générer un courant électrique stocké dans des accumulateurs électriques (4) lors de phases de ralentissement du véhicule, caractérisé en ce que ce système de génération d'énergie électrique (1) est réalisé suivant l'une quelconque des revendications précédentes.