Brevet FR3146126A1 — publié le 20240830

La présente invention concerne un vélocipède électrique comprenant au moins une batterie électrique et au moins un panneau photovoltaïque, au moins un moteur électrique, ainsi qu’un circuit électronique de répartition de l’énergie électrique entre les sources d’électricité et les charges d’électricité caractérisé en ce qu’il comprend un pédalier entraînant une génératrice électrique, sans transmission mécanique entre lesdits pédaliers et les roues, la valeur de consigne de couple de ladite génératrice étant déterminée par la puissance délivrée par ledit au moins un moteur électrique, et par l’état de charge de ladite batterie, ledit au moins un pédalier comportant un capteur de couple relié audit circuit de répartition d’énergie électrique pour commander la vitesse de rotation dudit au moins un moteur électrique. Figure de l’abrégé : Figure 1 Vélocipède électrique à pédales Domaine technique de l’invention La présente invention concerne le domaine des véhicule terrestre vélocipède généralement à trois ou quatre roues, pouvant accueillir un ou plusieurs passagers disposant de pédales pour le propulser, connus par exemple sous les marques « La rosalie », ou « le cuistax ». Ces véhicules sans moteur (ou avec une simple assistance électrique), répondent à différents besoins, dont les locations touristiques, les taxis à pédales, les visites privées, des utilisations en montagne et sur les sites industriels. Pour une utilisation ludique, ils sont généralement proposés à la location pour la promenade dans les lieux touristiques, tels que les parcs d'attractions et les stations balnéaires. État de la technique On connaît dans l’état de la technique le brevet marocain MA20150460 décrivant un quadricycle électrique, avec recharge d’une batterie au moyen d’un panneau photovoltaïque standard inclinable, formant le dais du quadricycle. Ce brevet prévoit qu’en d’insuffisance de charge électrique, un pédalier pour mouvoir le véhicule. Le brevet US8640796 propose un véhicule à énergie solaire avec freinage régénératif et mécanique comprend un châssis ou cadre, un siège monté sur le cadre, un essieu arrière supporté de manière rotative sur le cadre, des roues arrière gauche et droite espacées montées sur l'essieu arrière, et au moins une roue avant montée sur le cadre. Le véhicule comprend un système de freinage par régénération pouvant être engagé de manière sélective et un système de freinage mécanique. Un levier pour engager les systèmes de freinage présente trois positions, dans lequel, à une première position, un interrupteur à lames sur le levier engage une source magnétique, désactivant le système de freinage par récupération. Dans une deuxième position, l'interrupteur à lames désengage la source magnétique, activant le système de freinage par récupération. Dans une troisième position du levier, le système de freinage mécanique est engagé. Le brevet indien IN201641024865 propose un autre Un véhicule électrique alimenté par des systèmes d'alimentation intégrés pour faire fonctionner un deux et trois roues avec de l'énergie humaine, solaire, électrique et piézoélectrique et un quatre roues avec de l'énergie solaire, électrique et piézoélectrique. Le brevet US7017685 décrit un scooter électrique à trois roues, fermé, à émissions nulles, avec deux moteurs de 1 CV alimentés par des batteries chargées par des panneaux solaires et un générateur actionné par des pédales. Le brevet US7021978 décrit un système de générateur à propulsion humaine avec un moyen de commande par lequel les propriétés mécaniques perçues du mécanisme de pédale et du générateur électrique à pédale sont réglables par l'opérateur. L'invention fournit un moyen par lequel l'inertie de rotation et l'amortissement du mécanisme de pédale d'entrée, y compris le générateur, tels que perçus par l'opérateur, peuvent être augmentés ou diminués comme souhaité. Les moyens de commande ont en outre des propriétés telles que le mécanisme de pédale d'entrée, tel que perçu par l'opérateur, peut imiter celui d'une bicyclette, c'est-à-dire avec une grande inertie lorsqu'on pédale dans le sens de la marche avant, une très faible inertie lorsqu'on pédale dans le sens inverse, et un mécanisme d'embrayage en roue libre grâce auquel la grande inertie est désengagée lorsqu'on ne pédale pas dans le sens de la marche avant avec un couple avant. Le brevet US4181188 décrit un véhicule de transport de passagers à faible consommation d'énergie pour usage routier alimenté par une batterie qui peut être rechargée par toutes les sources d'énergie gratuites, à savoir le soleil, le vent, les muscles humains et l'élan. Le véhicule comprend quatre modules, à savoir la carrosserie, le module solaire et deux modules d'alimentation. Un module d'alimentation électrique est situé à chaque extrémité du module de la carrosserie. Ce module comprend des moteurs électriques entraînant les roues porteuses du véhicule et des batteries rechargeables pour alimenter les moteurs. Des pédales, semblables à celles d'une bicyclette, situées au niveau de chaque module d'alimentation, entraînent des générateurs pour aider à recharger les batteries pendant le fonctionnement du véhicule, ou aident directement à entraîner les roues du véhicule. Un module solaire comprenant un grand panneau de cellules solaires générant de l'électricité couvre la majeure partie du toit du véhicule pour aider à charger les batteries. Les moyens de freinage par régénération peuvent être utilisés lors d'un ralentissement, dans une longue descente, lorsque la vitesse de navigation est supérieure à celle requise, ou à tout autre moment où l'élan du véhicule est supérieur à ce qui est nécessaire pour son fonctionnement, afin d'utiliser l'excès d'élan vers l'avant pour entraîner les générateurs et charger les batteries. Ainsi, une seule charge de batterie sera conservée et le fonctionnement du véhicule sera assisté de manière à obtenir une autonomie et une vitesse maximales. La demande US20100170727 concerne un véhicule qui peut être alimenté par des systèmes d'alimentation intégrés impliquant le pédalage humain, l'énergie électrique et l'énergie solaire, un système de transmission de puissance à roues motrices pour le véhicule qui peut également fonctionner en sens inverse, et un système d'alimentation solaire/électrique intégré pour les systèmes mobiles. La conception unique des systèmes de transmission de puissance du véhicule permet au pédalage humain et au moteur électrique d'alimenter le véhicule indépendamment. Le moteur électrique est alimenté par des batteries chargées par des sources d'alimentation domestiques ou par les panneaux solaires intégrés à l'extérieur du véhicule. Inconvénients de l’art antérieur Les solutions de l’art antérieur ne sont pas satisfaisantes car elles prévoient une transmission mécanique entre le pédalier et les roues, généralement les roues arrière. Cette solution permet certes de transmettre avec un minimum de pertes l’énergie musculaire aux roues, mais implique l’installation d’un mécanisme de transmission entraînant une augmentation de la masse à vide du véhicule. Pour un vélocipède capable de circuler en « tout terrain », il est généralement préférable de prévoir des suspensions, ce qui oblige à concevoir un mécanisme de transmission plus complexe et donc plus lourd. La présente invention vise à répondre à ces inconvénients. A cet effet l’invention concerne selon sa portée la plus générale un vélocipède électrique comprenant au moins une batterie électrique et au moins un panneau photovoltaïque, au moins un moteur électrique, ainsi qu’un circuit électronique de répartition de l’énergie électrique entre les sources d’électricité et les charges d’électricité caractérisé en ce qu’il comprend un pédalier entraînant une génératrice électrique, sans transmission mécanique entre lesdits pédaliers et les roues, la valeur de consigne de couple de ladite génératrice étant déterminée par la puissance délivrée par ledit au moins un moteur électrique, et par l’état de charge de ladite batterie, ledit au moins un pédalier comportant un capteur de couple relié audit circuit de répartition d’énergie électrique pour commander la vitesse de rotation dudit au moins un moteur électrique. L’objet de la présente invention peut également revêtir l’une ou une combinaison compatible des caractéristiques suivantes. il comporte un dais dont la partie supérieure est constituée par ledit panneau photovoltaïque il comporte un système de freinage récupératif relié électriquement audit circuit de répartition d’énergie électrique, ledit circuit de freinage récupératif étant commandé par le signal fournit par ledit capteur de couple et/ou par un organe d’actionnement du freinage. Il comporte un châssis tubulaire présentant une zone vide pour le positionnement d’au moins un pédalier ledit châssis tubulaire présente un train avant suspendu et un train arrière à essieu rigide suspendu, articulés par rapport à un cadre central ; Ledit cadre central comprenant un tube en forme de « U » présente deux bras longitudinaux latéraux reliés par une section transversale, deux tubes longitudinaux sont fixés sur ladite section transversale, et se prolongent à l’avant par des articulations pour les barres transversales du train avant ; et relié à l’arrière à une traverse de liaison avec lesdits bras latéraux, les extrémités arrières desdits bras latéraux étant articulés par rapport audit train arrière, ledit cadre central est prolongé en outre de part et d’autre par des montants tubulaires verticaux en forme de U inversés étant reliés sur lesdits bras latéraux pour former une cage de protection des personnes transportées. lesdits montants tubulaires verticaux sont munis de poignées de maintien Il comporte de part et d’autre une part longitudinale articulée en rotation entre une position rabattue où elle s’étend entre le montant arrière et le montant avant, et une position relevée où elle libère le passage entre lesdits montants arrière et avant. Il comporte en outre une banquette avant transversale fixée sur ledit cadre tubulaire. Il comporte deux pédaliers disposés chacun entre des bras longitudinaux latéraux dudit tube en forme de « U » et ledit tube longitudinal correspondant. il comporte des extensions escamotables portant des panneaux photovoltaîques additionnels. Description d’exemple non limitatifs de réalisation La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où : La représente une vue en perspective d’un vélocipède selon l’invention La représente une vue de dessous du châssis du vélocipède selon l’invention La représente une vue schématique du circuit électrique du vélocipède selon l’invention Principe général dE l’invention Le vélocipède selon l’invention est, dans l’exemple décrit, un véhicule à 4 roues (10 à 13), formé par un châssis tubulaire (100) et une carrosserie (200). Le choix d’un châssis tubulaire et d’une carrosserie en aluminium ou en plastique permet de garantir une robustesse et une longévité importante tout en minimisant le poids. Il comporte une banquette avant (210) pour deux passagers et une banquette arrière (220) formés chacune par un coque rigide porteuse fixée sur le châssis (100), revêtu par des coussins de siège. Deux montants (110, 120), en forme de « U » avec des barres supérieures (115, 125) prolongées de part et d’autre de deux bras verticaux fixés sur le châssis, forment une cage rigide de protection des usagers. Les barres supérieures (115, 125) forment également le support pour le dais (300) dont la partie supérieure porte des panneaux photovoltaïques. Les montants avant sont munis de poignées de maintien (116, 126). Une barre longitudinale (240) s’étend de part et d’autre du véhicule entre les montants avant et arrière. Elles sont articulées par rapport à un pivot (241) transversal, pour permettre un basculement entre la position illustrée par la , où elles ferment le passage les deux montants verticaux et protègent les occupants du véhicule et servent d’appui-bras, et une position où elles sont orientées verticalement pour libérer le passage. L’un des usagers dispose d’un volant (130) commandant l’orientation des roues avant. Le véhicule dispose aussi de deux pédaliers (130, 140) disposés devant la banquette avant (210). Ces pédaliers (130, 140) sont montés sur des rails permettant le réglage de la distance par rapport à la devant la banquette avant (210) et à l’adaptation à la taille de l’utilisateur. La représente une vue de dessous montrant le châssis d’un exemple non limitatif de réalisation du châssis. Le cadre tubulaire comporte un tube en forme de « U » présentant deux bras longitudinaux (101, 102) reliés par un segment transversal (103) pour entourer la zone d’installation des usagers. Il est complété par deux longerons tubulaires (104, 105) en forme générale de « S » avec des parties avant rapprochées, et fixées chacune sur le segment transversal (103) du tube en forme de « U », et les parties arrière écartées et fixées sur une barre transversale (132). Ce cadre forme ainsi une base rigide et légère, sur laquelle sont fixées les extrémités inférieures (111, 121, 112, 122) des deux montants verticaux (110, 120) formant la cage de protection des occupants. Le cadre tubulaire est prolongé par un train avant (160) et un train arrière (170) avec un essieu rigide (175) suspendus associés à des amortisseurs. Le châssis est également prolongé par des pare-chocs avant (20) et arrière (30). Système électrique Le vélocipède selon l’invention comprend au moins trois sources d’électricité : Une génératrice électrique (500), par exemple un alternateur associé à un convertisseur alternatif/continu Des cellules photovoltaïques (600) formant un panneau monté sur le dais du vélocipède Une batterie (700) Et éventuellement l’énergie électrique produite par le moteur (800) et récupérée par un circuit de freinage régénérateur Le système électrique comporte également des charges électriques et principalement : Un moteur électrique (800) entraînant l’essieu des roues arrière (11, 13), ou des roues-moteurs (11, 13), ou encore quatre roues moteurs (10 à 13) Un calculateur et un circuit électronique Et accessoirement des équipements de sécurité ou de confort tels que des systèmes d’éclairage, un avertisseur sonore etc. Le pédalier principal est disposé au niveau de l’utilisateur conducteur. Il transmet l’énergie mécanique directement ou par l’intermédiaire d’une chaine cinématique telle qu’un système de changement de vitesse à une génératrice électrique (500). Le pédalier (130) n’entraîne pas les roues (10 à 13) par une transmission mécanique, mais seulement par l’intermédiaire de l’énergie électrique fournie en partie par la génératrice et par le moteur alimenté par l’électricité fourni par les différentes sources d’énergie électrique du système. Le pédalier (130) est équipé d’un capteur de couple (510) délivrant un signal électrique représentatif du couple appliqué par l’utilisateur. Ce signal de couple commande le calcul d’une valeur de consigne de vitesse de déplacement du véhicule. Lorsque le couple exercé par l’utilisateur sur le pédalier augmente par rapport au couple de résistance exercé par la génératrice, la consigne de vitesse augmente. Lorsqu’il diminue, la consigne de vitesse diminue. Lorsque le couple relatif s’inverse, le signal commande l’activation du freinage régénératif. De préférence le vélocipède selon l’invention comporte un deuxième pédalier relié mécaniquement au pédalier principal, pour permettre d’augmenter l’effort mécanique par la contribution d’un passager, ou encore un ou plusieurs pédaliers additionnels équipés chacun de leur propre génératrice, qui est pilotée par le circuit principal (550) du pédalier principal (130), ou par des circuit secondaire qui prennent en compte le signal fourni par capteur de couple spécifique au pédalier secondaire correspondant pour permettre une adaptation du couple de résistance de chacune des génératrice à l’utilisateur qui agit sur le pédalier associé. La génératrice (500) est pilotée par un circuit électronique de puissance (550) comportant un convertisseur alternatif-continu (520) et un circuit de pilotage (530) modifiant le point de fonctionnement de la génératrice en fonction de variables d’utilisation présentées ci-après. Le pédalier (130) constitue l’interface de puissance entre l’utilisateur et la génératrice (500); il est avantageusement couplé au rotor de la génératrice (500) par l’intermédiaire train d’engrenages. Avantageusement, la vitesse de rotation du rotor de la génératrice est dix fois plus élevée que celle du pédalier. La puissance mécanique fournie par l’utilisateur est transmise à la génératrice (500) et convertie en puissance électrique. Typiquement, la génératrice (500) fournit un courant électrique triphasé. Le redresseur (520) est un redresseur commandé unidirectionnel. Il convertit le courant triphasé fourni par la génératrice (500) en courant redressé, sensiblement continu. Pour assurer une tension comprise dans une plage optimale pour le fonctionnement du système d’assistance électrique à son meilleur rendement, le redresseur (520) comporte un régulateur proportionnel intégral pour contrôler la puissance de sortie et une modulation éventuelle du couple au pédalier (130) en fonction de la position de la pédale. Lorsque le moteur (800) est un moteur alternatif, par exemple triphasé, le circuit de commande (850) comporte un onduleur qui transforme le courant redressé, sensiblement continu, délivré par le circuit répartiteur (1000) en courant triphasé alimentant le stator de la machine électrique (800). En cas de freinage régénératif, l’onduleur reçoit un courant triphasé du moteur (800) et le transforme en courant redressé, sensiblement continu. Le circuit électronique (1000) assure la répartition de l’énergie électrique en fonction de l’énergie résiduelle de la batterie (700) et des apports variables d’énergie humaine par la génératrice principale (500) et le cas échéant par des génératrices secondaires d’une part et par le panneau photovoltaïque (300) d’autre part. Il comporte typiquement un convertisseur buck assurant une tension de charge nominale de la batterie (700) et assurant une élévation ou un abaissement de tension en fonction de la tension fournie par la ou les génératrice (500) et/ou par le panneau photovoltaïque (600). Ce circuit électronique (1000) fournit le courant électrique à un circuit de pilotage (850) du ou des moteurs (800), ce circuit de pilotage (850) assurant par ailleurs la fonction de récupération d’énergie électrique par freinage récupératif. Ce circuit (1000) commande la fourniture prioritaire de la puissance requise par le ou les moteurs (800) pour le déplacement du vélocipède à la vitesse de consigne, et l’utilisation de l’éventuel excès de puissance fourni par la génératrice pour recharger la batterie (700). Ce circuit (1000) commande également le circuit de pilotage (530) par une consigne de couple de résistance. Si l’état de charge de la batterie est élevé et/ou la fourniture d’énergie photovoltaïque (600) est élevée, la valeur de consigne de couple de résistance est abaissée pour permettre le maintien de la vitesse de consigne avec moins d’énergie humaine. Si au contraire l’état de charge de la batterie est faible et que l’électricité fournit par le panneau photovoltaïque (600) est faible, la valeur de consigne du couple de résistance augmente pour augmenter la puissance électrique fournit par la génératrice (500). Dans le cas de plusieurs pédaliers indépendants, selon une première variante seul le signal du capteur de couple (510) du pédalier principal est prise en compte par le circuit de pilotage (1000), et dans ce cas le circuit de pilotage (1000) fournit à chaque pédalier une valeur de consigne de couple de résistance constant ou prenant en compte le signal fourni par le capteur de couple du pédalier secondaire correspondant, afin d’adapter l’effort à fournir à chaque utilisateur d’un pédalier secondaire. Selon une variante, le circuit de pilotage (1000) prend en compte une combinaison des signaux fournis pour chacun des capteurs de couple du pédalier principal et des pédaliers secondaires afin de permettre à chacun d’influer sur la vitesse ou le freinage, éventuellement avec un algorithme de gestion des préférences pour éviter les commandes contradictoires. Optionnellement, ce circuit de pilotage (1000) prend en compte également les données d’un système de guidage (90), pour estimer la puissance nécessaire pour parcourir un trajet planifié, et pour ajuster la valeur de consigne instantanée afin de prendre non seulement l’état de charge instantané de la batterie (700), mais aussi les besoins de puissance sur le restant du trajet et ainsi lisser les variations de la valeur de consigne sur tout le trajet pour assurer la capacité à parcourir la totalité du trajet planifié sans dépasser une valeur raisonnable de consigne de couple de résistance. A titre d’exemple, cette variante permet d’éviter une situation telle que l’épuisement de la charge de la batterie au pied d’une montée raide, en augmentant dans la première partie du trajet la valeur de consigne de résistance au-dessus de la valeur requise instantanément, et disposer de réserve sur les parties plus tardives du trajet où une puissance élevée est requise. – Vélocipède électrique comprenant au moins une batterie électrique (700) et au moins un panneau photovoltaïque (600), au moins un moteur électrique (800), ainsi qu’un circuit électronique de répartition de l’énergie électrique (1000) entre les sources d’électricité et les charges d’électricité caractérisé en ce qu’il comprend un pédalier (130) entraînant une génératrice électrique (500), sans transmission mécanique entre lesdits pédaliers et les roues (10 à 13), la valeur de consigne de couple de ladite génératrice (500) étant déterminée par la puissance délivrée par ledit au moins un moteur électrique (800), et par l’état de charge de ladite batterie (700), ledit au moins un pédalier (130) comportant un capteur de couple (510) relié audit circuit de répartition d’énergie électrique (1000) pour commander la vitesse de rotation dudit au moins un moteur électrique (800). – Vélocipède électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte un dais (300) dont la partie supérieure est constituée par ledit panneau photovoltaïque (800). – Vélocipède électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte un système de freinage récupératif relié électriquement audit circuit de répartition d’énergie électrique (1000), ledit circuit de freinage récupératif étant commandé par le signal fournit par ledit capteur de couple (510) et/ou par un organe d’actionnement du freinage. 4 – Vélocipède électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte un châssis tubulaire présentant une zone vide pour le positionnement d’au moins un pédalier (130). 5 – Vélocipède électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit châssis tubulaire présente un train avant (160) suspendu et un train arrière (170) à essieu rigide suspendu, articulés par rapport à un cadre central ; Ledit cadre central comprenant un tube en forme de « U » présentant deux bras longitudinaux latéraux (101, 102) reliés par une section transversale (103), et deux tubes longitudinaux (104, 105) fixés sur ladite section transversale, et se prolongeant à l’avant par des articulations pour les barres transversales du train avant (160), et relié à l’arrière à une traverse de liaison avec lesdits bras latéraux (101, 102), les extrémités arrières desdits bras latéraux (101, 102) étant articulés par rapport audit train arrière (170), ledit cadre central étant prolongé en outre de part et d’autre par des montants tubulaires verticaux (110, 120) en forme de U inversés étant reliés sur lesdits bras latéraux pour former une cage de protection des personnes transportées. 6 – Vélocipède électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que lesdits montants tubulaires verticaux (110, 120) sont munis de poignées de maintien (116, 126). 7 – Vélocipède électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’il comporte de part et d’autre une part longitudinale articulée en rotation entre une position rabattue où elle s’étend entre le montant arrière et le montant avant, et une position relevée où elle libère le passage entre lesdits montants arrière et avant. 8 – Vélocipède électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’il comporte en outre une banquette avant transversale fixée sur ledit cadre tubulaire. 9 – Vélocipède électrique selon la revendication 5 caractérisé en ce qu’il comporte deux pédaliers disposés chacun entre des bras longitudinaux latéraux dudit tube en forme de « U » et ledit tube longitudinal correspondant. – Vélocipède électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte des extensions escamotables portant des panneaux photovoltaîques additionnels.