Brevet FR3072623A1 — publié le 20190426

PROCEDE DE REPARTITION D'ENERGIE ELECTRIQUE ET VEHICULE AUTOMOBILE L'invention a trait à la répartition de l'énergie produite par un alternateur entre les différents consommateurs électriques du réseau de bord d'un véhicule automobile. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de répartition d'énergie électrique pour un véhicule automobile avec une direction à actionnement électrique. L'invention concerne également un véhicule comprenant une direction actionnée uniquement de manière électrique. Le document FR 2 613 887 B1 divulgue un véhicule automobile comprenant une direction à assistance électrique et d'autres consommateurs électriques. Le véhicule comporte un moteur principal, une batterie principale et une batterie auxiliaire. Un alternateur entrainé par le moteur principal permet de recharger la batterie principale, cette dernière permettant d'alimenter les phares du véhicule et de recharger la batterie auxiliaire via un circuit élévateur de tension. La batterie auxiliaire peut ainsi présenter une tension supérieure à celle de la batterie principale, ce qui tend à simplifier l'alimentation de la direction à assistance électrique ; malgré les pics d'intensité qu'elle nécessite. Or la batterie principale peut être défaillante, et l'alimentation de la direction à assistance électrique peut devenir insuffisante d'un point de vue sécurité. L'invention a pour objectif de résoudre au moins un des problèmes posés par l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif d'augmenter ou de préserver la sécurité d'alimentation d'une direction à actionnement électrique d'un véhicule automobile. De manière générale, l'invention vise à identifier une situation critique vis-à-vis d'un besoin prédéfini en énergie électrique d'une direction à actionnement électrique, puis en réponse à une telle situation critique, à préserver la production d'énergie électrique qui est allouée à la direction à actionnement électrique ; que ce soit en augmentant la rapidité de charge de l'accumulateur auxiliaire, ou en bridant la consommation d'autres consommateurs électriques ; notamment de consommateurs électriques non prioritaires d'un point de vue sécurité du véhicule. 2 L'invention a pour objet un procédé de répartition d'énergie électrique d'un véhicule automobile, le véhicule automobile comprenant : un accumulateur électrique principal, un accumulateur électrique auxiliaire, un alternateur configuré pour recharger les accumulateurs, une direction à actionnement 5 électrique alimentée électriquement par l'alternateur et par l'accumulateur auxiliaire, et un premier consommateur électrique branché à l'alternateur; remarquable en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : (a) analyse de la capacité de l'alternateur et/ou de l'accumulateur auxiliaire à alimenter la direction à actionnement électrique ; (b) augmentation ou maintien de la 10 quantité d'énergie produite par l'alternateur rechargeant l'accumulateur auxiliaire par rapport à la quantité d'énergie produite par l'alternateur alimentant le premier consommateur électrique en cas d'incapacité de l'alternateur et/ou de l'accumulateur auxiliaire à alimenter seul(e) la direction électrique identifiée lors de l'étape (a) analyse. 15 Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : - L'étape (a) analyse comprend la comparaison d'une réserve de puissance RP pouvant être produite par l'alternateur par rapport à une 20 puissance prédéfinie PP d'alimentation de la direction à actionnement électrique. - L'étape (a) analyse comprend la définition d'un niveau d'énergie 0 lorsque la réserve de puissance RP est inférieure à la puissance prédéfinie PP, la définition d'un niveau d'énergie 2 lorsque la réserve de 25 puissance RP est supérieure ou égale à la somme de la puissance prédéfinie PP et d'une marge de puissance MP prédéfinie; et la définition d'un niveau d'énergie 1 lorsque la réserve de puissance RP est comprise entre la puissance prédéfinie PP et la somme de la puissance prédéfinie PP et de la marge de puissance MP. 30 - Au niveau 0, l'alimentation électrique du premier consommateur par l'alternateur est diminuée ou coupée. - L'étape (a) analyse comprend la définition d'un état 0 de l'accumulateur auxiliaire lorsque son niveau de charge ne lui permet pas d'assurer seul 3 l'alimentation de la direction à actionnement électrique, la définition d'un état 2 de l'accumulateur auxiliaire lorsque son niveau de charge lui permet d'assurer seul l'alimentation de la direction à actionnement électrique en y ajoutant une marge de sécurité MS prédéfinie, et la 5 définition d'un état 1 de l'accumulateur auxiliaire lorsque son niveau de charge lui permet d'assurer seul l'alimentation de la direction à actionnement électrique sans la marge de sécurité MS. - Dans l'état 0, au niveau 1 et au niveau 0, l'alimentation du premier consommateur est diminuée ou coupée. 10 - Le véhicule comprend un deuxième consommateur électrique branché sur l'alternateur et non activé lors de l'étape (a) analyse ; au niveau d'énergie 1, dans l'état 1 et dans l'état 2, l'activation du deuxième consommateur est interdite. - Le véhicule comprend un moteur thermique entraînant l'alternateur de 15 manière à fournir une puissance électrique. - La réserve de puissance RP est calculée en fonction du régime moteur N. - La réserve de puissance RP est calculée en fonction de l'énergie électrique consommée par le véhicule, notamment son réseau de bord, 20 lors de l'étape (a) analyse, et de la puissance maximale disponible Pelec_Max_dispo que peut produire l'alternateur en fonction de sa vitesse de rotation. - Au niveau d'énergie 0, l'alimentation du deuxième consommateur est interdite. 25 - Au niveau d'énergie 1 et dans l'état 0, l'activation du deuxième consommateur est interdite. - Chaque quantité d'énergie produite par l'alternateur est une puissance électrique. - Au niveau d'énergie 2, et dans l'état 0 et l'état 1 et dans l'état 2, 30 l'activation du deuxième consommateur est autorisée. - Le premier consommateur électrique et/ou le deuxième consommateur électrique est/sont branché(s) à l'accumulateur auxiliaire et/ou apte(s) à être alimenté(s) électriquement par l'accumulateur auxiliaire. 4 - Lors de l'étape (b) augmentation ou maintien, l'énergie de l'alternateur reçue par l'accumulateur auxiliaire augmente, et/ou l'énergie de l'alternateur reçue par le premier consommateur diminue, et/ou la proportion d'énergie pour l'accumulateur auxiliaire par rapport à 5 l'énergie de l'alternateur pour le premier consommateur augmente. - Lors de l'étape (b) augmentation ou maintien, la puissance électrique produite par l'alternateur reste constante et/ou est égale à la puissance électrique produite par l'alternateur lors de l'étape (a) analyse. L'invention a également pour objet un véhicule comprenant un accumulateur 10 électrique principal, un accumulateur électrique auxiliaire, un alternateur configuré pour recharger les accumulateurs, une direction à actionnement électrique exclusif, la direction étant alimentée électriquement par l'alternateur et par l'accumulateur auxiliaire, un premier consommateur électrique branché sur l'alternateur, remarquable en ce que le véhicule comprend en outre un 15 système de répartition de l'énergie électrique produite par l'alternateur, le système de répartition étant configuré de manière à analyser la capacité de l'alternateur et/ou de l'accumulateur auxiliaire à alimenter la direction à actionnement électrique ; et à augmenter ou à maintenir la quantité d'énergie produite par l'alternateur rechargeant l'accumulateur auxiliaire par rapport à la 20 quantité d'énergie produite par l'alternateur alimentant le premier consommateur électrique en cas de détection d'une incapacité de l'alternateur et/ou de l'accumulateur auxiliaire à alimenter la direction à actionnement électrique. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le premier 25 consommateur est un consommateur de confort tel un organe de confort thermique, un module de géo-positionnement par satellite, ou un dispositif de divertissement. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'accumulateur auxiliaire est une batterie lithium ion ou un dispositif capacitif de maintien de tension. 30 Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le système de répartition est configuré de manière à fonctionner selon le procédé de répartition selon l'invention. 5 Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le volant de la direction est libre d'entraînement mécanique relié aux roues directrices du véhicule, notamment libre de colonne de direction. De manière générale, les modes particuliers de chaque objet de l'invention sont 5 également applicables aux autres objets de l'invention. Dans la mesure du possible, chaque objet de l'invention est combinable aux autres objets. Les objets de l'invention sont également combinables aux modes de réalisation. L'invention privilégie une production d'énergie électrique dédiée à la direction électrique. Ainsi, une réserve d'énergie utilisable par la direction est toujours 10 disponible, ou en cours de production. Une telle gestion augmente significativement la sécurité d'alimentation d'une direction électrique, et offre une fiabilité comparable à une direction mécanique conventionnelle. La sécurité du véhicule est également renforcée par le rôle de l'accumulateur auxiliaire qui est branché de manière redondante avec l'accumulateur principal. 15 En effet, lors d'une défaillance de ce dernier, l'accumulateur auxiliaire peut le remplacer du point de vue des besoins énergétiques de la direction électrique du véhicule. Ainsi, l'invention autorise le remplacement une direction avec une colonne de direction, avec son optionnelle assistance hydraulique, par une direction toute 20 électrique. La suppression des liaisons mécaniques reliant chaque roue directrice au volant dans l'habitacle permet de réduire la masse et l'encombrement. Par ailleurs, le comportement du véhicule en cas de collision frontale est plus simple à gérer et offre de meilleurs résultats. Aussi, une direction toute électrique offre une plus grande sécurité de conduite et une 25 meilleure précision. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins parmi lesquels : La figure 1 présente un véhicule automobile selon l'invention. 6 La figure 2 illustre un diagramme du procédé de répartition d'énergie électrique produite par un alternateur selon l'invention. La figure 1 esquisse un véhicule 2 vu du dessus. Le véhicule comporte des roues directrices 4 qui permettent de le diriger, et qui sont commandées par 5 une direction à actionenment électrique 6. Le véhicule 2 comprend un système de répartition 8 de l'énergie électrique que l'alternateur 10 produit grâce au moteur thermique 12 du véhicule 2. L'alternateur 10 convertit une énergie mécanique issue du moteur 12 en énergie électrique, optionnellement via à un réducteur (non représenté). 10 L'énergie produite par l'alternateur 10 peut permettre d'alimenter le réseau de bord 14, et donc d'alimenter un premier consommateur 16, un deuxième consommateur 18, et un troisième consommateur 20 qui y sont électriquement connectés. Le premier consommateur 16 et le deuxième consommateur 18 peuvent être des consommateurs de confort, tels une climatisation, un système 15 audio, un système de géolocalisation par satellite. Leurs activations électriques sont indépendantes l'une de l'autre. Ces actionneurs (16; 18) ne sont pas nécessairement utiles à la sécurité du véhicule. Le troisième consommateur 20 peut être en liaison avec la sécurité du véhicule 2. Il peut s'agir d'un système de freinage ou d'un système d'éclairage comprenant des phares d'éclairage. 20 L'énergie produite par l'alternateur 10 peut alimenter un accumulateur d'énergie électrique principal 22, telle une batterie 12V; et un accumulateur électrique auxiliaire 24. Ces accumulateurs (22 ; 24) peuvent être rechargés grâce à l'intensité et la tension en sortie de l'alternateur 10, notamment via le réseau de bord 14. Chacun d'eux peut alimenter la direction 6 de manière autonome ; au 25 même titre que l'alternateur 10. L'accumulateur auxiliaire 24 peut être une batterie type lithium ion ou un dispositif capacitif. Il peut présenter une rapidité de charge supérieure à celle de l'accumulateur principal 22, et/ou une durée de vie, considéré en termes de nombre de cycles de charge / décharge, supérieure à celle de l'accumulateur principal 22. Ces aspects augmentent 30 encore la fiabilité générale. La masse de l'accumulateur auxiliaire 24 peut être inférieure à celle de l'accumulateur principal 22. 7 La multiplication des voies d'alimentation électrique de la direction 6 en augmente la sécurité de fonctionnement et justifie le remplacement comme la suppression des liaisons mécaniques de commande. La rotation du volant 26, notamment sa position angulaire, peut être convertie en un signal électrique 5 exploité par la direction électrique 6, qui commande en réponse un actionneur électrique dédié à chaque roue directrice 4, ou commun aux roues directrices 4, de sorte à en faire pivoter l'axe de rotation. L'énergie permettant d'orienter les axes de rotation des roues directrices 4 peut être uniquement électrique. La direction 6 peut être exclusivement à commande électrique. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, la direction électrique peut comprendre un actionneur électrique au niveau de chaque roue directrice. Bien que deux roues directrices 4 soient représentées il est possible d'en prévoir quatre. La figure 2 est un diagramme du procédé de répartition de l'énergie électrique 15 qu'offre l'alternateur 10. Le procédé de répartition de l'énergie électrique, ou procédé de supervision de fourniture de l'énergie électrique, que produit l'alternateur au sein du véhicule, peut comprendre les étapes suivantes, notamment réalisées dans l'ordre qui suit : 20 (a) analyse 100 en continu de la capacité de l'alternateur 10 et de l'accumulateur auxiliaire 24 à alimenter la direction à actionnement électrique 6 de manière autonome ; puis (b) augmentation ou maintien 102 de la quantité d'énergie, notamment de la puissance électrique, produite par l'alternateur 10 rechargeant 25 l'accumulateur auxiliaire 24 par rapport à la quantité d'énergie, notamment de la puissance électrique, produite par l'alternateur alimentant le premier consommateur électrique 16 en cas d'incapacité de l'alternateur et/ou de l'accumulateur auxiliaire à alimenter de manière indépendante la direction 6 détectée lors de 30 l'étape (a) analyse 100; 8 (c) interruption 104 de la charge de l'accumulateur auxiliaire 24 lorsque son niveau de charge SOC est suffisant pour faire face à une consommation présente et future de la direction 6 selon une sollicitation prédéterminée ou moyenne. 5 L'étape (a) analyse 100 tend à identifier une situation critique, que ce soit au niveau de l'alternateur 10 ou de l'accumulateur auxiliaire 24. Cette étape peut être indépendante de l'état de l'accumulateur principal puisque le but est d'analyser la capacité du système à supporter une éventuelle défaillance de l'accumulateur principal. 10 L'étape (a) analyse 100 comprend la mesure du niveau de charge SOC de l'accumulateur auxiliaire 24. L'information fournie par cette mesure est un niveau de charge en % par rapport à sa charge maximale. Ce niveau de chargement SOC est comparé à un besoin d'énergie BE de la direction 6. Ce besoin d'énergie BE permet de manoeuvrer la direction 6 en effectuant 15 plusieurs efforts d'intensités prédéfinis au niveau des roues directrices. Le besoin d'énergie BE peut permettre de piloter la direction 6 pendant une durée théorique. L'état de charge SOC de l'accumulateur auxiliaire 24 est également apprécié au regard d'une marge de sécurité MS préétablie. Sur la base de ces informations, différents états de charge de l'accumulateur 20 auxiliaire 24 sont définis ; donc un état 0, un état 1, et un état 2. L'état 0 de l'accumulateur auxiliaire 24 correspond à un niveau de charge SOC qui ne lui permet pas d'assurer seul l'alimentation de la direction 6. L'équation : SOC REVENDICATIONS1- Procédé de répartition d'énergie électrique d'un véhicule automobile (2), le véhicule automobile (2) comprenant : un accumulateur électrique principal (22), un accumulateur électrique auxiliaire (24), un alternateur (10) configuré pour recharger les accumulateurs, une direction à actionnement électrique (6) alimentée électriquement par l'alternateur (10) et par l'accumulateur auxiliaire (24), et un premier consommateur électrique (16) branché à l'alternateur (10); caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : (a) analyse (100) de la capacité de l'alternateur (10) et/ou de l'accumulateur auxiliaire (24) à alimenter la direction à actionnement électrique (6) ; (b) augmentation ou maintien (102) de la quantité d'énergie produite par l'alternateur (10) rechargeant l'accumulateur auxiliaire (24) par rapport à la quantité d'énergie produite par l'alternateur (10) alimentant le premier consommateur électrique (16) en cas d'incapacité de l'alternateur (10) et/ou de l'accumulateur auxiliaire (24) à alimenter seul(e) la direction électrique (6) identifiée lors de l'étape (a) analyse (100). 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (a) analyse (100) comprend la comparaison d'une réserve de puissance RP pouvant être produite par l'alternateur (10) par rapport à une puissance prédéfinie PP d'alimentation de la direction à actionnement électrique (6). 3- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape (a) analyse (100) comprend la définition d'un niveau d'énergie 0 lorsque la réserve de puissance RP est inférieure à la puissance prédéfinie PP, la définition d'un niveau d'énergie 2 lorsque la réserve de puissance RP est supérieure ou égale à la somme de la puissance prédéfinie PP et d'une marge de puissance MP prédéfinie; et la définition d'un niveau d'énergie 1 lorsque la réserve de puissance RP est comprise entre la puissance 13 prédéfinie PP et la somme de la puissance prédéfinie PP et de la marge de puissance MP. 4- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au niveau 0, l'alimentation électrique du premier consommateur (16) par l'alternateur 5 (10) est diminuée ou coupée. 5- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape (a) analyse (100) comprend la définition d'un état 0 de l'accumulateur auxiliaire (24) lorsque son niveau de charge ne lui permet pas d'assurer seul l'alimentation de la direction à actionnement 10 électrique (6), la définition d'un état 2 de l'accumulateur auxiliaire (24) lorsque son niveau de charge lui permet d'assurer seul l'alimentation de la direction à actionnement électrique (6) en y ajoutant une marge de sécurité MS prédéfinie, et la définition d'un état 1 de l'accumulateur auxiliaire (24) lorsque son niveau de charge lui permet d'assurer seul 15 l'alimentation de la direction à actionnement électrique (6) sans la marge de sécurité MS. 6- Procédé selon l'une des revendications 3 à 4 et selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans l'état 0, au niveau 1 et au niveau 0, l'alimentation du premier consommateur (16) est diminuée ou coupée. 20 7- Procédé selon l'une des revendications 3 à 4 et selon l'une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que le véhicule (2) comprend un deuxième consommateur électrique (18) branché sur l'alternateur (10) et non activé lors de l'étape (a) analyse (100); au niveau d'énergie 1, dans l'état 1 et dans l'état 2, l'activation du deuxième consommateur (18) est 25 interdite. 8- Véhicule (2) comprenant un accumulateur électrique principal (22), un accumulateur électrique auxiliaire (24), un alternateur (10) configuré pour recharger les accumulateurs, une direction à actionnement électrique (6) exclusif, la direction (6) étant alimentée électriquement par l'alternateur 30 (10) et par l'accumulateur auxiliaire (24), un premier consommateur électrique (16) branché sur l'alternateur (10), caractérisé en ce que le 14 véhicule (2) comprend en outre un système de répartition (8) de l'énergie électrique produite par l'alternateur (10), le système de répartition (8) étant configuré de manière à analyser de la capacité de l'alternateur (10) et/ou de l'accumulateur auxiliaire (24) à alimenter la direction à 5 actionnement électrique (6); et à augmenter ou à maintenir la quantité d'énergie produite par l'alternateur (10) rechargeant l'accumulateur auxiliaire (24) par rapport à la quantité d'énergie produite par l'alternateur (10) alimentant le premier consommateur électrique (16) en cas de détection d'une incapacité de l'alternateur (10) et/ou de 10 l'accumulateur auxiliaire (24) à alimenter la direction à actionnement électrique (6). 9- Véhicule (2) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier consommateur (16) est un consommateur de confort tel un organe de confort thermique, un module de géo-positionnement par satellite, ou un 15 dispositif de divertissement. 10-Véhicule (2) selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que l'accumulateur auxiliaire (24) est une batterie lithium ion ou un dispositif capacitif de maintien de tension. 20