1. Domaine de l'invention

Le domaine de l'invention est celui des véhicules à assistance électrique.

Plus précisément, l'invention concerne un véhicule à assistance électrique équipé d'un pédalier.

L'invention trouve notamment une application dans la mise en œuvre des quadricycles lourds capables de transporter une charge pouvant aller jusqu'à une tonne.

2. Etat de la technique

On connait différents types de véhicules électriques légers à assistance électrique.

Le vélo, ou bicyclette, à assistance électrique est équipé d'un moteur électrique alimenté par une batterie rechargeable qui procure une assistance au pédalage. Différents types de vélos à assistance électrique sont connus, par exemple des vélos de ville, des vélos de randonnée ou des vélos cargo.

Un inconvénient de ces vélos à assistance électrique est que leur vitesse est limitée réglementairement à 25km/h.

Un autre inconvénient des vélos à assistance électriques connus est que leur autonomie de déplacement est limitée, du fait de la taille de la batterie qu'ils peuvent emporter.

Encore un inconvénient de ces vélos connus et plus particulièrement des vélos cargo à assistance électrique est qu'ils ne sont capables de transporter que quelques dizaines de kilos de marchandises ou de charge, du fait qu'ils sont conçus pour fournir une assistance électrique proportionnelle à l'effort fourni par le cycliste, ce qui limite leur puissance.

On connait également des tricycles ou des quadricycles qui offrent une capacité d'emport de batteries plus importante et permettent d'atteindre des vitesses de déplacement plus importantes, jusqu'au-delà de 100km/h.

Un inconvénient de ces tricycles ou quadricycles connus est que leur coût élevé ne les rend pas accessibles au plus grand nombre.

Par ailleurs, la puissance fournie par pédalage avec ces tricycles ou quadricycles connus est utilisée exclusivement pour recharger des batteries et ne sert pas à leur propulsion. Enfin, ces tricycles ou des quadricycles à assistance électriques sont destinés uniquement à un usage de déplacement d'une ou deux personnes et présentent l'inconvénient de ne pouvoir emporter qu'une faible masse de bagages.

Ils ne sont donc pas adaptés pour un usage de transport de marchandises.

On connait également des camions électriques permettant de transporter tout type d'objet ou de marchandises.

Outre qu'ils sont coûteux, ces camions électriques connus consomment beaucoup d'électricité et ne profitent pas de la force musculaire du chauffeur pour se propulser.

En outre du fait de leurs dimensions, ces camions électriques connus ne sont pas adaptés pour accéder à certaines zones urbaines, pour effectuer des livraisons, ou n'y sont pas autorisés.

3. Objectifs de l'invention

L'invention a donc notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'état de la technique cités ci-dessus.

Plus précisément, l'invention a pour objectif de fournir une technique de véhicule électrique à assistance électrique permettant de transporter jusqu'à une tonne de charge, pouvant atteindre une vitesse de 80km/h et qui dispose d'une autonomie en déplacement importante.

Un objectif de l'invention est en particulier de fournir une telle technique de véhicule à assistance électrique qui puisse être propulsé à faible vitesse par la seule force musculaire de l'usager sur un sol plat, afin notamment d'économiser de l'énergie électrique lors de déplacement sur des faibles distances.

Un autre objectif de l'invention est de fournir une technique de véhicule électrique à assistance électrique qui soit simple à mettre en œuvre et peu coûteuse.

4. Exposé de l'invention

Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints à l'aide d'un véhicule à assistance électrique équipé d'au moins trois roues de roulage sur le sol et de moyens de propulsion dudit véhicule comprenant un pédalier et au moins un moteur électrique destinés à entrainer en rotation lesdites roues dudit véhicule montées à l'avant dudit véhicule et au moins une unité de stockage d'énergie électrique reliée audit moteur, ledit véhicule comprenant en outre des moyens de mesure de la force exercée par un utilisateur sur le pédalier et des moyens de mesure de la vitesse de rotation du pédalier.

Selon l'invention, ledit véhicule présente un plateau destiné à recevoir une charge et des moyens de mesure de la masse de la charge déposée sur ledit plateau, et ledit véhicule comprend des moyens de pilotage dudit moteur électrique agencés pour et aptes à : commander la mise en alimentation en énergie électrique dudit moteur électrique lorsque la valeur de la force mesurée par les moyens de mesure de la force exercée par un utilisateur est égale à une valeur seuil prédéterminée ; contrôler, lorsque le moteur est alimenté, la quantité d'énergie électrique délivrée au moteur par ladite unité de stockage d'énergie électrique en fonction de la valeur mesurée de la vitesse de rotation du pédalier, de la valeur mesurée de la force exercée sur le pédalier et de la valeur mesurée de la masse de la charge déposée sur le plateau.

Ainsi, de façon inédite, l'invention propose un véhicule à assistance électrique à 3 ou 4 roues permettant de transporter des charges importantes et destinés à la livraison de colis, de commandes, ou de tout autre objet connu ne dépassant pas une masse d'environ une tonne. L'usage de ce véhicule est par ailleurs particulièrement avantageux en termes de bilan carbone, car l'usager réalise des économies en énergie électrique faiblement carbonée en tirant partie de la propulsion musculaire.

Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, ledit véhicule présente au moins un moteur électrique destiné à entrainer en rotation au moins une des roues arrière dudit véhicule et des moyens de mesure de la valeur et de détection du sens de l'inclinaison longitudinale dudit véhicule et comprend des moyens de pilotage dudit moteur électrique destiné à entrainer en rotation au moins une roue arrière agencés pour et aptes à :

- calculer une quantité d'énergie électrique nécessaire pour annuler les effets de la pente en fonction de la valeur mesurée de l'inclinaison longitudinale dudit véhicule et de la valeur mesurée de la masse de la charge déposée sur le plateau ;

- commander la délivrance de ladite quantité d'énergie électrique calculée audit moteur électrique destiné à entrainer en rotation au moins une des roues arrière lorsque lesdits moyens de mesure de la valeur et de détection du sens de l'inclinaison longitudinale dudit véhicule détectent que le véhicule est dans une montée et que la valeur de l'inclinaison longitudinale mesurée par lesdits moyens de mesure de la valeur et de détection du sens de l'inclinaison longitudinale dudit véhicule est supérieure à une valeur de pente prédéterminée.

Ainsi, le véhicule peut se déplacer sur des pentes de déclivité importante, même chargé, grâce aux moteurs montés à l'arrière du véhicule qui annulent l'effet de la pente.

De préférence, un véhicule à assistance électrique tel que décrit ci-dessus comprend des moyens de commande de l'arrêt du moteur électrique destinés à entrainer en rotation lesdites roues dudit véhicule montées à l'avant et ladite unité de pilotage dudit moteur électrique est agencée pour maintenir ledit moteur alimenté en énergie électrique après sa mise en alimentation jusqu'à ce que lesdits moyens de commande de l'arrêt du moteur électrique soient activés.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, lesdits moyens de commande de l'arrêt du moteur électrique comprennent des moyens de détection du sens de rotation dudit pédalier et en ce que lesdits moyens de commande sont configurés pour être activés lorsque lesdits moyens de détection du sens de rotation dudit pédalier détectent une action de rétropédalage.

Il suffit ainsi à l'usager de rétropédaler pour arrêter l'assistance électrique, lorsqu'il se sent apte à propulser le véhicule simplement en pédalant et/ou pour pratiquer de l'activité physique plus intense.

Avantageusement, une pluralité de panneaux solaires sont montés sur le châssis dudit véhicule et reliés à ladite unité de stockage d'énergie électrique de sorte à permettre une recharge de ladite unité de stockage d'énergie électrique.

Ainsi l'autonomie en déplacement du véhicule est augmentée.

Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, un véhicule tel que décrit ci- dessus comprend un ensemble de transmission auxdites roues avant dudit véhicule du couple du pédalier et du couple du moteur électrique destiné à entrainer en rotation les roues dudit véhicule montées à l'avant, ledit ensemble de transmission comprenant un dispositif de changement de vitesse et des moyens de solidarisation dudit pédalier et dudit moteur électrique destiné à entrainer les roues montées à l'avant dudit véhicule chacun à un pignon dudit dispositif de changement de vitesse.

Ainsi, le véhicule peut atteindre des vitesses de déplacement importantes, pouvant aller jusqu'à 80km/h, et en même temps la vitesse de rotation du pédalier reste adaptée pour un être humain.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ledit ensemble de transmission comprend un différentiel.

Selon un aspect avantageux de l'invention, lesdits moyens de pilotage du moteur électrique destiné à entrainer en rotation les roues dudit véhicule montées à l'avant comprennent des moyens de sélection d'au moins deux modes de contrôle distincts de la quantité d'énergie délivrée à ce moteur.

On peut ainsi sélectionner différents modes paramétrés en fonction d'un usage du véhicule, et par exemple un mode sportif, un mode adapté aux personnes ayant une condition physique ne permettant de fournir qu'un effort modéré ou aux personnes fatiguées souhaitant limiter leur effort pour se reposer ou encore un mode où le bilan carbone résultant du déplacement du véhicule est optimisé.

De façon avantageuse, un véhicule à assistance électrique tel que décrit ci-dessus comprend un siège inclinable permettant d'adapter la position d'un utilisateur dudit véhicule par rapport audit pédalier.

Ainsi, l'utilisateur peut incliner le siège pour adopter une position ergonomique, adaptée pour pédaler de façon optimale.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ledit véhicule est un quadricycle lourd.

Dans le cadre de l'invention, on entend par « quadricycle lourd » un quadricycle motorisé de poids à vide inférieur à 500 kg et apte à transporter une charge pouvant atteindre une tonne. On ne limite pas le terme « quadricycle lourd » aux véhicules de catégorie administrative L7e.

5. Liste des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une vue de côté d'un exemple de mode de réalisation d'un véhicule à assistance électrique selon l'invention ; la figure 2 est une vue schématique de dessus des éléments assurant la propulsion du véhicule présenté en référence à la figure 1 ; la figure 3 est une représentation sous forme synoptique du schéma d'asservissement du mouvement du véhicule présenté en référence à la figure 1.

6. Description détaillée de l'invention

La figure 1 illustre un exemple de mode de réalisation d'un véhicule à assistance électrique 10 selon l'invention à quatre roues (deux roues avant 12A et deux roues arrière 12R).

L'utilisateur 11 de ce véhicule est installé à l'avant du véhicule sur une siège inclinable 14 et ses pieds reposent sur les pédales d'un pédalier 13 équipé d'un capteur mesurant la force exercée par l'utilisateur sur le pédalier 13 et d'un capteur mesurant la vitesse de rotation du pédalier 13 (non représentés sur la figure 1).

Dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, le siège 14 peut s'incliner vers l'arrière pour permettre à l'utilisateur d'adopter une position ergonomique de pédalage.

A l'arrière du véhicule un volume de chargement 15 est prévu pour transporter des cartons 16 que l'utilisateur doit livrer à plusieurs adresses sur sa feuille de route.

Ces cartons reposent sur un plateau 17 pivotant prévu pour être maintenu à l'horizontale, équipé d'un capteur 18 mesurant la masse des cartons 16 portés par le plateau 17.

Six capteurs de déplacement 19 repartis sur les côtés du plateau 17 mesurent les déplacements du plateau 17 par rapport au châssis du véhicule 10. Ces capteurs 19 sont connectés à une unité de calcul de la valeur et du sens de la pente (non représentée sur la figure 1) qui calcule l'inclinaison longitudinale du véhicule et détermine le sens de la pente à partir des mesures des capteurs 19.

Par ailleurs des panneaux solaires 110 sont montés sur le toit du véhicule 10. Ces panneaux solaires 110 assurent une recharge d'une batterie électrique (non représentée sur la figure 1) alimentant les moteurs électriques installés sur le véhicule 10. On a représenté sur la figure 2, sous une forme schématique, les éléments assurant la propulsion du véhicule 10.

L'axe du pédalier 13 actionné par l'utilisateur 11 présente à son extrémité distale un pignon qui s'engrène avec des pignons d'une boite de vitesse 21. Cette boite de vitesse 21 est également en prise avec un pignon monté sur l'arbre de sortie d'un moteur électrique 22 destiné à assurer une assistance à l'entrainement en rotation des roues avant 12A du véhicule 10.

Dans ce mode de réalisation de l'invention, une commande manuelle 23 agissant sur la boite de vitesse 21 permet de pouvoir déplacer le véhicule en marche arrière. Dans une variante de ce mode de réalisation particulier de l'invention, le passage en marche arrière du véhicule peut être enclenché après arrêt du véhicule en agissant par exemple sur une commande au volant ou en tournant le pédalier sur un quart de tour dans le sens inverse de celui prévu pour propulser le véhicule vers l'avant.

Le pignon de sortie de la boite de vitesse 21 est couplé à l'essieu avant du véhicule 10, via une chaîne ou une courroie de transmission, 14 et lui transmet un couple résultant de l'actionnement du pédalier et/ou de l'action du moteur électrique 21.

On notera que dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, un différentiel est monté sur l'essieu avant afin de distribuer, de façon connue en soi, le couple 25 de façon appropriée aux roues avant 12A gauche et droite du véhicule afin d'éviter un glissement d'une ou l'autre des roues dans un virage. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il peut s'agir d'un différentiel à glissement limité.

Un calculateur 26 détermine à partir de la valeur de la mesure de force exercée sur le pédalier, de la vitesse de rotation du pédalier et de la masse de la charge supportée par le plateau 17 mesurée par le capteur 18 la puissance électrique à délivrer au moteur électrique 22. Cette donnée de la puissance à délivrer déterminée par le moteur est transmise aux organes de commande du moteur électrique 22. Ce calculateur assure par ailleurs la gestion de la boite de vitesse 21 afin de permettre une augmentation progressive de la vitesse du véhicule, tout en conservant une vitesse de rotation du pédalier compatible avec les capacités de l'utilisateur.

Il convient de noter que le calculateur 26 prend également en compte le poids de l'utilisateur qui a été préenregistré dans une mémoire de stockage de données, le poids à vide du véhicule et une valeur seuil préenregistrée de la force à exercer sur le pédalier par l'utilisateur, qui est fonction des capacités physiques de l'utilisateur.

Ce calculateur 26 est en particulier paramétré pour privilégier l'usage de la propulsion musculaire à faible vitesse. De façon concrète, lors de la phase d'accélération initiale du véhicule, le calculateur 26 fixe la valeur de la puissance électrique à délivrer au moteur 22 à zéro tant que la valeur mesurée de la force exercée sur le pédalier est inférieure à la valeur seuil prédéterminée préenregistrée.

En outre le calculateur 26 est aussi paramétré pour plusieurs modes d'usage du véhicule et par exemple dans ce mode de réalisation de l'invention d'un mode d'usage sportif, d'un mode d'usage où l'assistance électrique est renforcée et/ou d'un mode optimisant le bilan carbone du déplacement du véhicule en fonction, par exemple, de la quantité d'énergie électrique fournie par les panneaux solaires, l'usure de la batterie, l'alimentation nécessaire à l'utilisateur ...

Comme on peut le voir sur la figure 2, le véhicule 10 est également équipé de deux moteurs électriques supplémentaires l et 28 indépendants destinés respectivement à appliquer un couple à la roue arrière 12R gauche et à la roue arrière 12R droite, afin de compenser l'effet de la pente sur le véhicule.

La valeur de la puissance électrique d'alimentation de ces moteurs Tl et 28 est déterminée par le calculateur 26 en fonction des valeurs de l'inclinaison longitudinale et de la masse de la charge supportée par le plateau 17. Celle-ci est nulle tant que la valeur de l'inclinaison longitudinale est inférieure à une valeur de pente seuil et augmente ensuite avec la valeur de la pente.

On a représenté de façon schématique sur la figure 3 le pilotage de l'asservissement des organes de transmission du véhicule et des moteurs 22, Tl et 28 réalisé par le calculateur 26.

On présente par la suite à titre d'illustration des exemples de mode de fonctionnement du véhicule 10. a) phase de démarrage du véhicule

Dans cette phase de démarrage, l'utilisateur 11 met en mouvement le véhicule 10, initialement à l'arrêt, en actionnant le pédalier en rotation.

On notera que le calculateur 26 est configuré pour détecter une station du véhicule à l'arrêt grâce aux informations fournies par un capteur de détection de vitesse monté en vis-à-vis d'une roue du véhicule. Lorsqu'il détecte que le véhicule est à l'arrêt, le calculateur 26 délivre un signal à un module de contrôle de la boite de vitesse 21 qui actionne la boite de vitesse pour la positionner sur le premier rapport de boite. Il convient par ailleurs de noter que ce premier rapport a été dimensionné pour pouvoir permettre à l'utilisateur de mettre en mouvement le véhicule sans assistance électrique lorsque le volume de chargement 15 du véhicule est vide.

La mise en mouvement du véhicule 10 se fait donc progressivement en fonction de l'effort exercé par l'utilisateur sur le pédalier jusqu'à ce que la valeur de celui-ci atteigne la valeur seuil prédéterminée préenregistrée et le module de contrôle de la boite de vitesse assure le changement des rapports de la boite de vitesse 21 en fonction de la cadence de pédalage mesurée par le capteur de mesure de la vitesse de rotation du pédalier. On notera que l'effort à exercer sur les pédales à une cadence donnée augmente progressivement de 10 à 20% entre chaque rapport de vitesse, dans ce mode de réalisation particulier de l'invention.

Dans cette phase de démarrage, si le volume de chargement 15 est vide et que le véhicule 10 se déplace sur du plat, l'utilisateur contribue seul, par sa force musculaire, au déplacement du véhicule 10, sans aucune assistante électrique. Dans une situation où le volume de chargement 15 est chargé avec des cartons, une assistance électrique est fournie aux roues avant du véhicule, de façon à compenser cette charge, et une assistance électrique est fournie aux roues arrière du véhicule pour compenser l'effet de la pente si le véhicule se déplace sur un trajet en pente de valeur positive. Ainsi dans cette phase de démarrage, l'effort à exercer par l'utilisateur sur le pédalier pour mouvoir le véhicule sera inchangé quelle que soit la charge transportée et la valeur de la pente de la voie de circulation sur laquelle évolue le véhicule. b) phase d'avance nominale

Lorsque le véhicule 10 a atteint la vitesse souhaitée par l'utilisateur 11, il suffit à celui-ci de maintenir la cadence et l'effort de pédalage constants pour continuer à avancer à cette même vitesse.

Pour aller plus vite, il suffit à l'utilisateur d'augmenter l'effort de pédalage, tant que cet effort reste modéré pour lui, pour accélérer jusqu'à atteindre la nouvelle vitesse souhaitée. Inversement pour diminuer la vitesse du véhicule 10, il suffit à l'utilisateur de réduire l'effort et la cadence de pédalage.

Si l'utilisateur constate qu'il a atteint sa capacité limite en termes d'effort, il peut, pour encore augmenter la vitesse du véhicule 10, actionner une commande au volant pour bénéficier d'un surplus d'assistance électrique délivré par le moteur électrique 22, dont il peut définir l'intensité. Cette manipulation a pour effet de réduire l'effort à isovitesse pour l'utilisateur ou bien d'augmenter la vitesse de déplacement à iso-effort. On notera que la réduction de l'effort est inversement proportionnelle à la contribution du moteur électrique d'assistance 22.

Il convient de noter qu'en plus de cette commande au volant, l'utilisateur a la possibilité de sélectionner au préalable sur un écran relié au calculateur la valeur du seuil de force au-delà le moteur électrique fournit une assistance électrique et le niveau de puissance délivré par l'assistance électrique pour les adapter à ses capacités physiques et/ou à son état de forme du moment.

En outre, le calculateur est doté d'une application logicielle dédiée à l'entrainement de l'utilisateur. Cette application permet de renseigner l'utilisateur sur le nombre et la durée des tournées qu'il réalise sur une période définie, la puissance musculaire moyenne que l'utilisateur a développé pendant ses déplacements et la valeur des pics de puissance qu'il a fourni. c) phase de freinage

Le véhicule étant pilotable par actionnement du pédalier et également grâce à une commande manuelle au volant, l'utilisateur peut arrêter de pédaler pour ralentir le véhicule, après avoir éventuellement désactivé la commande manuelle au volant qui permet de fournir une assistance électrique complémentaire.

Par ailleurs, si l'utilisateur effectue un mouvement de rétropédalage, le sens de rotation de l'axe du moteur va être inversé, et le moteur va exercer un couple sur les roues qui va s'opposer à leur rotation tout comme dans un système de freinage régénératif. En réduisant graduellement la cadence du mouvement de rétropédalage, l'utilisateur va ainsi pouvoir ralentir progressivement le véhicule et adapter sa vitesse aux conditions de circulation. Il convient de noter que l'intensité du freinage des roues exercé par le moteur électrique peut être modulée par l'utilisateur en réglant son niveau via l'interface de communication, par exemple un écran ou des molettes de réglages, avec le calculateur, afin de limiter la décharge de la batterie et pour améliorer l'agrément de conduite.

En outre, le véhicule 10 est équipé de freins à disques commandés par un frein à main hydraulique ou à câble, destiné à être actionné en situation d'urgence et d'un système ABS (acronyme de « Antiblokiersystem » en allemand) pour éviter le blocage des roues. Lorsque ce frein à main est tiré par l'utilisateur, le calculateur 26 envoie un signal numérique à un actionneur qui désaccouple le pédalier et coupe l'alimentation électrique du moteur électrique 22.

D'autres fonctionnalités du véhicule décrit ci-dessus peuvent également être envisagées dans d'autres modes de réalisation de l'invention, et par exemple :

Lorsqu'une vitesse nominale a été atteinte, l'utilisateur peut décider en actionnant une commande au volant de basculer le véhicule dans une mode de fonctionnement 100% électrique, où seul le moteur électrique propulse le véhicule, pour lui permettre de recharger la batterie en pédalant ;

La boite de vitesse du véhicule 10 peut être équipée d'une marche-arrière, qui peut être enclenchée manuellement au volant à l'arrêt du véhicule. Le déplacement du véhicule en marche arrière est propulsé alors de la même manière que dans la phase de démarrage en avance vers l'avant, en agissant sur le pédalier et au-delà d'un seuil de force prédéterminé avec l'aide supplémentaire du moteur électrique ;

Un régulateur de vitesse peut équiper le véhicule, pour réguler la vitesse à haute vitesse, et par exemple au-delà d'une vitesse de 25km/h, lorsque le véhicule est propulsé en 100% électrique.