la voiturette electronique

Présentée pour la première fois au Salon de Paris
UNE VOITURE ELECTRONIQUE
(G. Gory, AutoVolt, 10.1968)
Parmi les voitures que les visiteurs du Salon de l'Automobile 1968 pourront examiner, le prototype expérimental de la voiture à propulsion électrique et à guidage électronique Jarret est, sans doute, une de celles qui susciteront le plus de curiosité, par sa conception et sa technologie qui ont remis en question les solutions classiques. L'intérêt sera évident pour les électriciens, qui verront pour la première fois une direction électronique sans volant ; mais il sera réel pour tous les automobilistes, sensibilisés depuis plusieurs années à la traction électrique, et qui trouvent qu'elle ne vient vraiment pas vite. Des salons étrangers ont présenté à plusieurs reprises des voilures électriques manquant souvent d'intérêt. Quant aux voitures expérimentales qui tendent vraiment vers la révolution électrique, elles travaillent plutôt les questions des générateurs électrochimiques et des moteurs à commande électronique que l'organisation originale du véhicule électrique, où elles montrent souvent un grand conformisme.
C'est à cette organisation que se sont attaqués MM. Jean et Jacques JARRET, en repensant entièrement le problème de l'organisation mécanique, de la commande électronique et du moteur électrique. C'est en ce sens que la voilure présentée doit intéresser tous les automobilistes, même ceux qui n'en auront pas l'emploi pour l'instant.
A noter cependant que, laissant de côté la question des nouveaux générateurs électrochimiques, les inventeurs ont équipé leur véhicule de la très classique batterie au plomb, ce qui a limité la puissance et le rayon d'action, et par suite l'emploi à envisager. Ils ont évité cependant la simple "miniaturisation", et permettent de larges perspectives vers les routières, pour l'époque, sans doute proche, où les générateurs le permettront. Les principes dégagés sont à suivre, même celui de la direction sans liaison mécanique, où la réglementation officielle dit son mot pour la circulation sur la voie publique, en exigeant une liaison mécanique et positive entre les organes de direction et le reste du véhicule.
Dans l'examen général que nous ferons ci-après, nous nous placerons particulièrement, comme toujours, du point de une de l'électricien, mais sans négliger les questions générales. Nous ne traiterons que des grandes lignes, nous réservant de revenir sur deux points capitaux :
1° La nature du moteur électrique Jarret qui doit être appelé "moteur à courant continu à réluctance variable", à champ fort et à dents saturées, doté d'une commutation électronique. Ce moteur est fort intéressant, mais les subtilités magnétiques, auxquelles les électriciens sont mal habitués en général, demandent de réserver cette question, pour ne pas encombrer une présentation générale.
2° La nature de la commande électronique de la direction.


LE DEVELOPPEMENT DE LA TRACTION ELECTRIQUE

Dans son développement, la traction électrique se heurte à des difficultés diverses :
A) La mise au point du générateur électrochimique à haute capacité et à haute puissance massiques ;
B) La mise au point d'un moteur de traction robuste et de petites dimensions, ne demandant pas d'entretien et apte aux variations de vitesse ;
C) La mise au point des commandes électroniques des moteurs permettant de résoudre les problèmes de variation de vitesse, et éventuellement de changement de direction ;
D) Les prix des semi-conducteurs de puissance.

Ecartant la difficulté A, bénéficiant de l'évolution favorable de la question D, les inventeurs du véhicule Jarret se sont concentrés sur les problèmes B et C, et ont prouvé qu'on pouvait dès maintenant concevoir et réaliser un véhicule léger, portant deux personnes, parfaitement silencieux, tournant sur place dans un couloir de 1,80 m, sans volant ni pédale, roulant à une vitesse comprise entre 0 et 28 km/h, d'une autonomie de marche de 50 km, pesant une centaine de kilos sans la batterie, deux centaines avec elle environ, et d'un prix raisonnable. La transformer, ou plutôt la transposer, en routière ne serait pas une grosse affaire.
La fabrication de ce véhicule semble devoir être entreprise d'abord par des établissements spéciaux, effectuant l'assemblage de sous-ensembles construits par des sous-traitants, en attendant que l'industrie automobile actuelle, attaquée par les petites voitures, se convertisse à la traction électrique, ce qui ne peut se faire en un jour.


L'EMPLOI

La voiture en cause est "un véhicule électronique léger de service pour petits déplacements dans les enceintes privées : aéroports, usines, terrains de sport, stations climatiques, hôpitaux, handicapés physiques, etc.". Cet emploi est commandé parla batterie au plomb, mais il faut répéter qu'une adaptation au type routier ne tient du point de vue technique qu'à l'invention du générateur électrochimique à haute capacité et à haute puissance massiques. Il faudrait évidemment ajouter une roue à l'avant.
L'emploi pourrait être bien plus étendu que celui qui est donné par la définition ci-dessus, notamment par suite de l'absence de bruit et de pollution. Si le modèle présenté est prévu pour deux personnes, on peut facilement, au besoin avec de légers aménagements de la coque, envisager des emplois tels que ceux-ci :
- transports de bagages dans les grands hôtels ; transports de documents ou de pièces fragiles dans de grands centres administratifs, musées, palais ; entretien de la propreté des parcs et jardins publics, halls d'expositions, musées ; surveillance de nuit des usines, entrepôts, magasins, dépôts militaires ; détection d'incendies, intervention rapide des veilleurs de nuit ; jeu et instruction pour enfants et grandes personnes ; et, pour l'emploi sur la voie publique : levées et distributions du courrier, rondes d'agents, etc.


ORGANISATION GENERALE ET SUSPENSION



FIG. 1. - Vue d'ensemble.
FIG. 2. - Vue par l'arrière (roues, moteurs, batteries)


La figure 1 montre la structure générale, curieusement nouvelle, du véhicule, avec ses trois roues et ses deux sièges, et au centre un petit levier de commande susceptible d'être actionné par un des deux passagers.
On voit les deux roues arrière et leurs moteurs, ainsi que les batteries au plomb, sur la figure 2.



FIG. 3. - Le châssis et la coque séparés.
FIG. 4. - Assemblage de la coque et du châssis.


L'ensemble du véhicule est formé de deux parties qu'on peut observer sur les figures 3 et 4 : la coque et le châssis, assemblés par une suspension.



FIG. 5. - Le châssis.

Le châssis apparaît particulièrement bien sur la figure 5 où l'on peut voir, en perspective cavalière :
- Le châssis proprement dit formé de deux tubes perpendiculaires en T.
- Les deux roues arrière motrices, et aussi peut-on dire directrices, puisque c'est la différence des couples qu'elles donnent qui produit les changements de direction. Les roues sont entraînées directement par les moteurs sans démultiplication. On voit des fils d'alimentation qui arrivent aux moteurs par le haut.
- Une roue avant, qui est porteuse, mais non directrice. Elle est montée sur une "fourche folle" à axe vertical, et orientable. Elle est donc du type "tiré" ; c'est-à-dire qu'elle est orientée par la poussée que subit son axe vertical, qu'elle se borne à suivre.
- Les deux batteries.
- Les deux boîtes d'électronique disposées de chaque côté (détails sur les figures 6 et 7).
- Au centre, destiné à apparaître sur la coque, le levier de commande et l'interrupteur général.
- Deux ressorts de suspension en forme de S.



FIG. 6. - Première vue d'une boîte électronique.
FIG. 7. - Deuxième vue d'une boîte électronique.


La coque se compose d'une plate-forme et de deux sièges en polyester stratifié. On la voit sur les figures 1, 2, 3 et 4. De forme simple, n'ayant ni pare-brise, ni portière, elle ne s'apparente pas aux carrosseries des voitures auxquelles on est accoutumé. Hors le levier de commande et l'interrupteur général, aucun organe de conduite ou de contrôle n'est apparent. La coque peut, cependant, recevoir des aménagements spéciaux ou des accessoires tels que : pavillon transparent pour la protection contre les intempéries, éclairage électrique, dispositifs de fixation pour transports spécialisés (outillage, matériel de sport, brancards, etc.).
La suspension a son problème qui se pose d'une façon particulière, puisque les vitesses sont faibles. Elle est constituée par deux ressorts auto-amortisseurs à compression hydrostatique d'élastomère, en forme de S, qu'on voit sur les figures 3, 4 et 5. Ils sont placés sensiblement sur l'axe horizontal passant par le centre de gravité de la coque. Ils réalisent la seule liaison mécanique entre coque et châssis. Les frottements solides sont inexistants, ce qui évite les vibrations. L'amortissement est assuré par le frottement visqueux d'élastomère.
Le véhicule décrit a deux caractéristiques principales : une extrême maniabilité, un niveau sonore exceptionnellement bas.


ENERGIE

L'énergie est fournie par deux batteries d'accumulateurs de 48 V au total et d'un poids de 83 kg environ. L'autonomie obtenue va alors de 30 à 60 km suivant l'itinéraire et la vitesse. L'intensité débitée est de 12 A environ à vitesse maximale constante. Au démarrage, elle peut atteindre 150 A.
Qu'on ne jette pas un regard de mépris sur la batterie au plomb. Le fait que sa capacité massique soit faible ne lui enlève pas son brillant dans les démarrages. Il faut utiliser les choses suivant leur aptitude (on n'attelle pas une gazelle à une charrette). Peut-être même combinera-t-on la batterie au plomb ou celle au cadmium-nickel avec les générateurs à haute capacité massique sur les véhicules de l'avenir.
La recharge est faite à l'arrêt, normalement par un redresseur alimenté sur le réseau de distribution de courant alternatif à 50 périodes.


CONDUITE ELECTRONIQUE

Les couples de propulsion ou de freinage de chaque roue arrière sont commandés de façons indépendantes. Le conducteur, en réglant en permanence, au moyen du levier de commande, la différence de couple entre les deux roues arrière, définit la trajectoire du véhicule.
Le levier de commande, placé devant l'accoudoir central, constitue l'unique organe de conduite, et permet au passager de droite ou de gauche d'exprimer sa volonté par des mouvements, sans effort appréciable, de quelques millimètres d'amplitude. La conduite est très décontractée.
- En poussant le levier vers l'avant, on démarre et on accélère.
- En le tirant vers l'arrière, on ralentit, on freine ou on fait la marche arrière.
- En inclinant plus ou moins le levier à droite ou à gauche, on tourne plus ou moins court dans le sens choisi.

Pour réaliser ces résultats, le levier agit sur un détecteur électronique (fig. 4 et 5) comportant deux transducteurs à magnéto~résistances qui informent un graduateur faisant varier l'intensité moyenne du courant dans les moteurs électriques.
Les couples étant proportionnels aux intensités des courants, la commande différentielle des deux moteurs assure le guidage du véhicule. Lorsqu'on incline le levier à droite ou à gauche, la différence des couples moteurs crée une force perpendiculaire à la direction du véhicule, et applique ainsi à l'axe vertical du support orientable de la roue avant une composante transversale. L'axe horizontal de la roue avant forme un angle avec l'axe commun des roues arrière. La trajectoire s'incurve. Le véhicule est soumis à une force centrifuge dont une composante vient progressivement équilibrer la force due à la différence des couples. Le véhicule est auto-stable.


MOTEURS ELECTRIQUES



FIG. 8. - Ensemble du moteur électrique.


Les moteurs à réluctance variable (fig. , sur lesquels il faudra revenir pour en pénétrer le curieux mécanisme, sont munis d'un dispositif de commutation, lui-même assuré par un détecteur de position angulaire du rotor.



FIG. 9. - Une couronne statorique.
FIG. 10. - Moteur ouvert.


Les moteurs sont composés d'un stator formé par deux couronnes ou coquilles statoriques à 24 plots trapézoïdaux (fig. 9 et 10). Le rotor, entièrement métallique, porte six dents radiales (fi g. l 1) qui se déplacent dans un entrefer de 10 mm. La figure 12 montre l'amorce de l'assemblage d'un rotor et des deux couronnes.



FIG. 11. - Le rotor entièrement métallique.
FIG. 12. - Vue éclatée du moteur.


Les moteurs ont des vitesses variables allant du "pas à pas" à une vitesse d'environ 380 tr/mn, qui est la vitesse maximale des roues correspondant à près de 30 km/h,
Les moteurs assurent le freinage normal. Il suffit de déphaser la commutation de manière que le couple s'oppose au sens du déplacement du véhicule. Le déphasage permet d'ailleurs la marche arrière avec une vitesse du même ordre que dans le sens normal. Le freinage est très doux et très progressif. Un freinage mécanique de sécurité, à câbles et à disques, complète le freinage électrique et permet de maintenir les roues bloquées à l'arrêt.
Les moteurs Jarret, sans collecteur ni balais, dont les rotors sont à faible inertie, sans dissipation d'énergie, à rendement élevé, simples et robustes, sont de durée illimitée et sans entretien. Ils sont trois fois plus légers que les moteurs à collecteur de même puissance.
Nous reviendrons sur ces curieux moteurs. Précisons que le principe de la réluctance variable est applicable aux alternateurs, à ceux de l'automobile notamment, raison supplémentaire d'en parler à nouveau.