Brevet FR3145898A1 — publié le 20240823

Dispositif d’hybridation intégré dans un véhicule L’invention concerne un dispositif d’hybridation intégré dans un véhicule (1) intégrant une motorisation thermique (2), caractérisé en ce que le dispositif d’hybridation comprend : une motorisation électrique (3) arrangée pour être couplée avec la motorisation thermique (2) du véhicule (1) par l’intermédiaire d’un mécanisme de transmission de force (16) comprenant au moins un embrayage et un arbre de transmission, au moins une unité de stockage électrique (4) connectée à la motorisation électrique (3), un dispositif de gestion (5) connectée, d’une part, à la motorisation électrique (3) et à l’unité de stockage électrique (4) et, d’autre part, à un mécanisme de commande (6) de la motorisation thermique (2) du véhicule (1). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 Dispositif d’hybridation intégré dans un véhicule La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de d’hybridation pour véhicule et plus particulièrement au domaine de la gestion de l’hybridation dans de tels dispositifs. Actuellement, les moteurs hybrides sont développés dans le cadre du couplage d’un moteur thermique à un moteur électrique de façon à permettre des fonctionnements alternatifs gérés par l’utilisateur selon les conditions de circulation que rencontre son véhicule. Ce caractère alternatif autorise un déplacement du véhicule de sorte que sa motorisation limite l’émission de produits polluants tels que des particules fines, des oxydes de carbone, du soufre ou encore de l’azote. Cette réduction des émissions de produits polluants est particulièrement bénéfique dans le cadre d’une application aux véhicules lourds utilisés notamment pour le transport ou sur certains chantiers tels que des camions, les motorisations de ces véhicules étant généralement de type turbodiesel. Ces motorisations hybrides reposent alors essentiellement sur le fonctionnement alternatif d’un moteur thermique et d’un moteur électrique. Néanmoins, certains mécanismes d’hybridations ont été améliorés de sorte que les moteurs, thermique et électrique, sont configurés pour coopérer dans l’actionnement des moyens de locomotion du véhicule en vue de limiter les émissions de produits polluants tout en conservant des performances de déplacement du véhicule similaires à celles d’un véhicule reposant sur une motorisation strictement thermique. Il convient toutefois de relever que telles améliorations ciblent essentiellement les capacités du véhicule en déplacement. La présente invention a pour but d’optimiser les mécanismes d’hybridation existant en proposant un dispositif d’hybridation pour véhicule permettant une optimisation complémentaire de la coopération entre les moteurs du véhicule de façon à améliorer certaines des performances du véhicule telles que dans le cadre du fonctionnement d’un appareillage ou d’un agrès additionnel porté ou associé au véhicule, tout en étant susceptible d’être intégré dans des flottes de véhicules existants. L’invention a ainsi pour objet un dispositif d’hybridation intégré dans un véhicule intégrant une motorisation thermique, caractérisé en ce que le dispositif d’hybridation comprend : une motorisation électrique arrangée pour être couplée avec la motorisation thermique du véhicule par l’intermédiaire d’un mécanisme de transmission de force comprenant au moins un embrayage et un arbre de transmission, au moins une unité de stockage électrique connectée à la motorisation électrique, un dispositif de gestion connecté, d’une part, à la motorisation électrique et à l’unité de stockage électrique et, d’autre part, à un mécanisme de commande de la motorisation thermique du véhicule. L’invention concerne également un procédé de mise en œuvre d’un dispositif d’hybridation selon l’invention, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape d’actionnement par le dispositif de gestion du couplage ou découplage de la motorisation électrique avec au moins un mécanisme de transmission de force du véhicule et/ou de l’alimentation de la motorisation électrique par l’unité de stockage électrique. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte aux modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : représente une illustration schématique d’un exemple de dispositif d’hybridation selon l’invention intégré dans un premier type de véhicule. représente une illustration schématique d’un exemple de dispositif d’hybridation selon l’invention intégré dans un deuxième type de véhicule. représente une illustration schématique d’un exemple de dispositif d’hybridation selon l’invention intégré dans un troisième type de véhicule. L’invention se rapporte à un dispositif d’hybridation intégré dans un véhicule 1 intégrant une motorisation thermique 2, caractérisé en ce que le dispositif d’hybridation comprend : une motorisation électrique 3 arrangée pour être couplée avec la motorisation thermique 2 du véhicule 1 par l’intermédiaire d’un mécanisme de transmission de force 16 comprenant au moins un embrayage et un arbre de transmission, au moins une unité de stockage électrique 4 connectée à la motorisation électrique 3, un dispositif de gestion 5 connecté, d’une part, à la motorisation électrique 3 et à l’unité de stockage électrique 4 et, d’autre part, à un mécanisme de commande 6 de la motorisation thermique 2 du véhicule 1. Le dispositif d’hybridation de l’invention comprend ainsi, d’une part, une motorisation thermique 2 et, d’autre part, une motorisation électrique 3. Alors que la motorisation thermique 2 est associée à un réservoir de stockage d’un carburant, la motorisation électrique 3 est associée à au moins une unité de stockage électrique 4. Le dispositif d’hybridation comprend aussi un dispositif de gestion 5 qui, en étant connecté à une unité de stockage électrique 4, permet d’opérer un évaluation des performances du véhicule 1 à l’appui du potentiel énergétique présent dans l’unité de stockage électrique 4. En étant également connecté à la motorisation thermique 2, le dispositif de gestion 5 permet d’opérer un contrôle du fonctionnement de la motorisation thermique 2 par l’intermédiaire d’un mécanisme de commande 6, de sorte que le fonctionnement de la motorisation thermique 2 soit ajusté au niveau de charge évalué de l’unité de stockage électrique 4. Il convient de relever que dans le cadre du dispositif d’hybridation de l’invention, celui-ci fait également intervenir un mécanisme de transmission de force 16 entre les deux motorisations, thermique 2 et électrique 3, de façon à permettre une coopération entre elles. Ce mécanisme de transmission de force 16 permet notamment un actionnement de la motorisation électrique 3 par la motorisation thermique 2 de façon à faire fonctionner la motorisation électrique 3 comme un alternateur. La motorisation électrique 3 est ainsi en mesure de réaliser une production électrique qui soit susceptible de régénérer les réserves de l’unité de stockage électrique 4 en absence de borne d’alimentation électrique. La présence d’un embrayage et d’un arbre de transmission ou cardan au niveau de ce mécanisme de transmission de force 16 autorise un contrôle ou une commande dans l’ajustement de la puissance et/ou du couple transmis par la motorisation thermique 2 à la motorisation électrique 3. Aussi, en cas de détection ou d’évaluation d’un déficit ou d’un niveau de charge électrique insuffisant dans l’unité de stockage électrique 4, notamment au regard des besoins ou d’une ou plusieurs performances attendues du véhicule 1, le dispositif de gestion 5 est en mesure de commander l’actionnement de la motorisation thermique 2 pour générer une production d’énergie électrique au niveau de la motorisation électrique 3, l’énergie électrique étant en mesure d’être stockée au niveau de l’unité de stockage 4 dédiée. De façon complémentaire, cette énergie électrique générée au niveau de la motorisation électrique 3 grâce à l’intervention de la motorisation thermique 2 est également en mesure d’être dirigée directement vers un appareillage ou un agrès qui nécessiterait un apport d’énergie pour son fonctionnement. Selon un exemple se rapportant à une variante de construction du dispositif d’hybridation de l’invention, le dispositif comprend également un second mécanisme de transmission de force 17 arrangé pour être couplé avec la motorisation électrique 3 du véhicule 1 par l’intermédiaire d’un embrayage et d’un arbre de transmission. Ce mécanisme de transmission de force 17 réalise ainsi un point de puissance apporté par le véhicule 1 pour tout appareillage 7 ou agrès susceptible d’être associé au véhicule 1 pour fonctionner grâce aux motorisations du véhicule 1. Il convient de relever que la présence d’un embrayage et d’un arbre de transmission ou cardan au niveau du second mécanisme de transmission de force 17 permet un contrôle ou une commande supplémentaire qui autorise un ajustement de la puissance et/ou du couple transmis par le dispositif d’hybridation à l’appareillage associé au niveau de ce second mécanisme de transmission de force 17 du véhicule 1. A titre d’exemple de mise en œuvre, un tel appareillage 7 ou agrès est susceptible d’être porté par l’élément principal 101 du véhicule 1 lui-même ou, alternativement, par un second élément 102 tel qu’un élément remorqué à l’élément principal 101 du véhicule 1 intégrant le dispositif d’hybridation de l’invention. De même, cet appareillage 7 est susceptible de prendre, par exemple, la forme d’une grue intégrée à un camion-grue, d’une toupie intégrée dans un camion-malaxeur, ou encore plus simplement d’un mécanisme à vérin pour la bascule d’un plateau ou d’une benne dans un camion-benne. Ainsi, le dispositif d’hybridation permet de tirer profit du fonctionnement des motorisations du véhicule 1 afin d’en faire bénéficier, d’une part, des opérations qui diffèrent du déplacement du véhicule 1 et, d’autre part, des systèmes mécaniques autres que le véhicule 1. Le dispositif d’hybridation de l’invention est ainsi susceptible d’opérer le fonctionnement du second mécanisme de transmission de force 17 par actionnement de la motorisation électrique 3 du véhicule 1 alimentée par la seule unité de stockage électrique 4. De façon alternative, le fonctionnement du second mécanisme de transmission de force 17 est réalisé par actionnement de la motorisation électrique 3 couplé à la motorisation thermique 2. Ce couplage est notamment susceptible de survenir lorsque le dispositif de gestion 5 évalue le niveau de charge ou les réserves d’énergie de l’unité de stockage électrique 4 comme étant insuffisants au regard des performances de puissance et/ou de couple nécessaires et/ou attendues au niveau du second mécanisme de transmission de force 17. Selon un exemple se rapportant à une variante de construction du dispositif d’hybridation de l’invention susceptible d’être combinée avec l’une ou l’autre des variantes précédemment détaillées, l’unité de stockage électrique 4 est connectée à une interface de connexion électrique 18 extérieure. Cette interface de connexion électrique 18 extérieure réalise ainsi un point d’alimentation électrique permettant la connexion d’un appareillage électrique quelconque. Dans le cadre de la construction du dispositif, l’interface de connexion électrique 18 est susceptible d’être adaptée aux performances de puissances et/ou de résistances attendues selon le type d’appareillage électrique susceptible d’être connecté ou branché au niveau de cette interface de connexion électrique 18. Selon un exemple se rapportant à une variante de construction du dispositif d’hybridation de l’invention susceptible d’être combinée avec l’une ou l’autre des variantes précédemment détaillées, le dispositif de gestion 5 est connecté à un calculateur prédictif associé à un dispositif de géo-positionnement par satellite et/ou à une interface de communication. Ainsi, par l’intermédiaire d’une interface de communication, le dispositif de gestion 5 est en mesure d’être connecté à un centre d’information du trafic routier ou à une base de données évolutive en lien avec le trafic routier et/ou la topographie de la région dans laquelle le véhicule 1 est localisé. Ces différents éléments sont susceptibles d’être intégrés au niveau d’une structure centralisé d’un réseau auquel l’interface de communication permet de relier le dispositif de gestion 5. Le dispositif de géo-positionnement permet au dispositif de gestion 5 de localiser le véhicule 1 et d’identifier au moins un itinéraire susceptible d’être suivi par le véhicule 1 en fonction d’une destination communiquée par un utilisateur via une interface dédiée. Le calculateur prédictif du dispositif de gestion 5 est alors en mesure d’évaluer les performances de puissance nécessaires, voire indispensables, au déplacement du véhicule 1 pour l’itinéraire concerné en fonction des conditions réelles du trafic et/ou de prévisions de ce trafic et/ou de la topographie du parcours. De même, le calculateur prédictif est en mesure d’évaluer les performances de distance susceptibles d’être réalisées par le véhicule 1 au regard du niveau de charge ou des réserves d’énergies disponibles tel qu’au niveau de la réserve de carburant de la motorisation thermique 2 et en particulier au niveau de l’unité de stockage électrique 4. Selon un exemple se rapportant à une variante de construction du dispositif d’hybridation de l’invention susceptible d’être combinée avec l’une ou l’autre des variantes précédemment détaillées, la motorisation électrique 3 du véhicule 1 est montée ou couplée avec au moins un essieu du véhicule 1 et apte à fonctionner en freinage génératif. Ce freinage génératif permet de profiter de l’inertie du véhicule lors d’une opération de freinage au cours de son déplacement en récupérant tout ou partie de l’énergie cinétique absorbée par la motorisation électrique 3 fonctionnant en freinage génératif. Cette énergie stockée sous forme électrique dans au moins une unité de stockage 4 est alors susceptible d’être utilisé ultérieurement dans le cadre d’un fonctionnement de la motorisation électrique 3. Selon un exemple de construction particulier, un mécanisme de freinage génératif est respectivement associé à chacune des roues du véhicule 1 de façon à optimiser spécifiquement la récupération d’énergie au niveau de chacune de ces roues. Selon un exemple se rapportant à une variante de construction du dispositif d’hybridation de l’invention susceptible d’être combinée avec l’une ou l’autre des variantes précédemment détaillées, le véhicule 1 est un ensemble comprenant un élément principale tracteur 101 intégrant au moins la motorisation thermique 2 et un élément tracté 102 intégrant une motorisation électrique 3. Le couplage de la motorisation thermique 2 de l’élément principale tracteur 101 avec la motorisation électrique 3 de l’élément tracté 102 fait ainsi intervenir un mécanisme de transmission de force 16 qui forme une partie de la jonction entre l’élément principale tracteur 101 et l’élément tracté 102. Ce mécanisme de transmission de force est susceptible d’être positionnée à proximité de l’interface d’attelage de l’élément tracté 102 sur l’élément principale tracteur 101 du véhicule 1. Il convient de relever que, dans le présent exemple de mise en œuvre, l’élément principale tracteur 101 est également susceptible d’intégrer une motorisation électrique en complément de la motorisation thermique 2, par exemple dans le cadre d’un mécanisme d’hybridation propre au seul élément principale tracteur 101. Selon une particularité non-limitative de construction du dispositif de gestion 5, celui-ci comprend également un bus CAN du véhicule tracteur 1. Ce bus CAN ( Controller Area Network ) est un bus système série normé ISO 11898 permettant d’opérer une communication entre différents éléments d’un véhicule 1. Il convient de noter que le système CAN et le bus CAN peuvent également être substitués par tout dispositif adapté pour opérer les mêmes fonctions. Selon un exemple se rapportant à une variante de construction du dispositif d’hybridation de l’invention susceptible d’être combinée avec l’une ou l’autre des variantes précédemment détaillées, le dispositif de gestion 5 comprend : un contrôleur 10 de la motorisation électrique 3 du véhicule 1, une unité de transfert et traduction 12 de commandes du contrôleur 10 de la motorisation électrique 3 au mécanisme de commande 6 de la motorisation thermique 2 du véhicule 1. De façon préféré, le contrôleur 10 de la motorisation électrique 3 est également relié à l’unité de stockage électrique 4. Cette connexion du contrôleur 10 à l’unité de stockage électrique 4 permet d’intégrer l’état de charge de l’unité de stockage 4 dans la gestion de la motorisation électrique 3 du véhicule 1. Il convient de noter que, lorsque le véhicule 1 est un ensemble comprenant un élément principale tracteur 101 et un élément tracté 102, les différents éléments qui composent le dispositif de gestion 5 peuvent être intégrer pour certains au niveau de l’élément principale tracteur 101 et pour d’autre au niveau du l’élément tracté 102. C’est ainsi que, préférentiellement et de façon non-limitative, l’unité de transfert et traduction 12 est intégrée à l’élément principale tracteur 101, tandis que le contrôleur 10 de motorisation est intégré au véhicule remorque 2. Dans une telle construction du dispositif de gestion 5, l’unité de transfert et traduction 12 est connectée, d’une part, au contrôleur 10 de la motorisation électrique 3 et, d’autre part, au mécanisme de commande 6 de la motorisation thermique 2 de l’élément principale tracteur 101. Le dispositif de gestion 5 participe ainsi à l’analyse de la commande de la motorisation électrique 3 de l’élément tracté 102 générée par l’utilisateur du véhicule 1 en fonction du type d’application recherchée tel que le déplacement du véhicule 1 et/ou le fonctionnement d’un appareillage 7 associé au véhicule 1. Le dispositif de gestion 5 adapte ainsi la motorisation de l’élément principale tracteur 101 en conséquence, c’est-à-dire en fonction des besoins de la motorisation électrique 3 de l’élément tracté 102. Ainsi, lors d’une commande générée par l’utilisateur du véhicule 1 nécessitant un niveau de puissance électrique particulier, le dispositif de gestion 5 est apte à opérer une mise en fonctionnement de la motorisation de l’élément principale tracteur 101 pour compléter des déficiences de puissance de la motorisation électrique 3 de l’élément tracté 102. L’invention concerne également un procédé de mise en œuvre d’un dispositif d’hybridation selon l’invention, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape d’actionnement par le dispositif de gestion 5 du couplage ou découplage de la motorisation électrique 3 avec au moins un mécanisme de transmission de force 16, 17 du véhicule 1 et/ou de l’alimentation de la motorisation électrique 3 par l’unité de stockage électrique 4. Dans le cadre d’un tel procédé, le dispositif de gestion 5 manage le fonctionnement de la motorisation électrique 3 de sorte que celle-ci soit en mesure de fournir une puissance mécanique au niveau d’un mécanisme de transmission de force 17 ou une puissance électrique pour la charge d’une unité de stockage 4. Ainsi, selon un exemple se rapportant à une variante de mise en œuvre du dispositif d’hybridation, le procédé comprend : une étape de couplage de la motorisation électrique 3 avec la motorisation thermique 2 du véhicule 1 par l’intermédiaire d’un mécanisme de transmission de force 16, une étape de fonctionnement de la motorisation électrique 3 comme alternateur actionné par la motorisation thermique 2. Selon cette variante de mise en œuvre du procédé selon l’invention, l’actionnement de la motorisation thermique 2 du véhicule 1 permet, par couplage avec le mécanisme de transmission de force 16, le fonctionnement de la motorisation électrique 3 comme alternateur de façon à générer une puissance électrique susceptible de permettre la charge de l’unité de stockage 4 ou une alimentation électrique au niveau d’une interface de connexion électrique 18 extérieure. De même, selon un exemple se rapportant à une autre variante de mise en œuvre du dispositif d’hybridation, le procédé comprend une étape de couplage de la motorisation électrique 3 du véhicule 1 avec le second mécanisme de transmission de force 17. Selon cette variante de mise en œuvre, l’actionnement de la motorisation électrique 3 du véhicule 1 fait intervenir une alimentation en énergie électrique par l’unité de stockage 4 de façon à permettre la génération d’une puissance mécanique et/ou d’un couple au mécanisme de transmission de force 17. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. Dispositif d’hybridation intégré dans un véhicule (1) intégrant une motorisation thermique (2), caractérisé en ce que le dispositif d’hybridation comprend : une motorisation électrique (3) arrangée pour être couplée avec la motorisation thermique (2) du véhicule (1) par l’intermédiaire d’un mécanisme de transmission de force (16) comprenant au moins un embrayage et un arbre de transmission, au moins une unité de stockage électrique (4) connectée à la motorisation électrique (3), un dispositif de gestion (5) connecté, d’une part, à la motorisation électrique (3) et à l’unité de stockage électrique (4) et, d’autre part, à un mécanisme de commande (6) de la motorisation thermique (2) du véhicule (1). Dispositif d’hybridation intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif comprend également un second mécanisme de transmission de force (17) arrangé pour être couplé avec la motorisation électrique (3) du véhicule (1) par l’intermédiaire d’un embrayage et d’un arbre de transmission. Dispositif d’hybridation intégré selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité de stockage électrique (4) est connectée à une interface de connexion électrique (18) extérieure. Dispositif d’hybridation intégré selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de gestion (5) est connecté à un calculateur prédictif associé à un dispositif de géo-positionnement par satellite et/ou à une interface de communication. Dispositif d’hybridation intégré selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la motorisation électrique (3) du véhicule est montée ou couplée avec au moins un essieu du véhicule (1) et apte à fonctionner en freinage génératif. Dispositif d’hybridation intégré selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le véhicule (1) est un ensemble comprenant un élément tracteur (101) intégrant au moins la motorisation thermique (2) et un élément tracté (102) intégrant une motorisation électrique (3). Dispositif d’hybridation intégré selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de gestion (5) comprend : un contrôleur (10) de la motorisation électrique (3) du véhicule (1), une unité de transfert et traduction (12) de commandes du contrôleur (10) de la motorisation électrique (3) au mécanisme de commande (6) de la motorisation thermique (2) du véhicule (1). Procédé de mise en œuvre d’un dispositif d’hybridation selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape d’actionnement par le dispositif de gestion (5) du couplage ou découplage de la motorisation électrique (3) avec au moins un mécanisme de transmission de force (16, 17) du véhicule (1) et/ou de l’alimentation de la motorisation électrique (3) par l’unité de stockage électrique (4) Procédé selon la revendication 8 de mise en œuvre d’un dispositif d’hybridation, caractérisé en ce que le procédé comprend : une étape de couplage de la motorisation électrique (3) avec la motorisation thermique (2) du véhicule (1) par l’intermédiaire d’un mécanisme de transmission de force (16), une étape de fonctionnement de la motorisation électrique (3) comme alternateur actionné par la motorisation thermique (2). Procédé selon la revendication 8 de mise en œuvre d’un dispositif d’hybridation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de couplage de la motorisation électrique (3) du véhicule (1) avec le second mécanisme de transmission de force (17).