EP2558317A1 - Systeme de motorisation hybride - Google Patents

Systeme de motorisation hybride

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Publication number
EP2558317A1
EP2558317A1 EP11713319A EP11713319A EP2558317A1 EP 2558317 A1 EP2558317 A1 EP 2558317A1 EP 11713319 A EP11713319 A EP 11713319A EP 11713319 A EP11713319 A EP 11713319A EP 2558317 A1 EP2558317 A1 EP 2558317A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric machine
machine
differential
heat engine
electric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11713319A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Ahmed Ketfi-Cherif
Marc Picard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP2558317A1 publication Critical patent/EP2558317A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60K6/387—Actuated clutches, i.e. clutches engaged or disengaged by electric, hydraulic or mechanical actuating means
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    • B60K6/48—Parallel type
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to hybrid drive systems.
  • a “range extender” made up of a heat engine and an electric generator, thus making it possible to charge the battery and increase the performance level when the battery is low.
  • the implementation and sizing of this type of system which is sometimes called “hybrid series", often lead to a conflict between the power required and the space available under the bonnet.
  • One proposed solution is to use two electric motors, one of which can be used alternately to provide additional energy to the wheels, and to operate as a generator to recharge the battery.
  • Such a system is proposed in the patent application WO 2008/077 346.
  • This document proposes to align on the same axis a heat engine, a first electrical machine and a second electrical machine, both of which can operate either as a motor or in electric generator.
  • a first clutch is arranged between the heat engine and the first electric machine
  • a second clutch is arranged between the first electric machine and a pinion meshing with the differential
  • a third clutch is disposed between the pinion meshing with the differential and the second machine.
  • This system has a large axial size due to the alignment of the engine and the two electric machines.
  • this system is expensive because of the use of three clutches and two voltage inverters adapted to be able to operate the two electrical machines both in propulsion mode and in generator mode.
  • the aim of the invention is to propose a system making it possible to improve the range of the electric vehicle while maintaining Reasonable electrical machine sizes and a controlled cost of the system.
  • a motorization system for a motor vehicle comprises:
  • a first electric drive machine connected to an accumulator battery via a voltage inverter and capable of supplying mechanical drive energy from an electric current delivered by the battery
  • a second electric driving machine connected to the accumulator battery via a voltage inverter which alternately enables the second machine to deliver driving mechanical energy from the electrical energy of the the battery, and converting mechanical energy transmitted to the second drive machine into electrical energy sent to the battery,
  • the system comprises a third clutch system with sliding gears and, alternatively, by the movement of a third single walkman, coupling the first electric machine with the differential according to a first gear ratio, and coupling the first gear.
  • first electric machine with the differential following a second gear ratio different from the first gear.
  • clutch system designates a system for securing or detaching in rotation two axes
  • the clutch system may be in particular, a dry or wet clutch friction, or a pinion system, solidarisable by jaw with a mobile sliding axially along the same axis, and itself integral in rotation of this axis by splines.
  • the first and the second clutch system can both be of the type with dog clutch.
  • the first clutch system may be a torque-controllable clutch, and the second clutch system may be of the dog clutch type.
  • the third system of gears and walkman is of the sliding dog type, and has a neutral position for which the first electrical machine is decoupled from the differential, the second electric machine and the engine.
  • the second electrical machine is dimensioned so as to be able to propel the vehicle alone at a speed of at least 5km / h.
  • the first electrical machine is sized to be able to propel the vehicle alone at a speed of at least 50km / h.
  • the power of the first electrical machine is between 1, 5 and 4 times the power of the second electric machine.
  • the power of the heat engine is between 0.5 and 1.5 times the power of the first electric machine.
  • the configuration of the axes, gears and walkmans gives the possibility of not placing the electrical machines in the immediate vicinity of the engine.
  • the heat engine may be non-coaxially mounted with the first electric machine.
  • the heat engine may be non-coaxially mounted with the second electric machine.
  • the heat engine and the second electrical machine may for example be at a first axial end relative to the axes of the gears and walkers, and the first machine Electric can be at the other axial end of the axes of the gears and walkers.
  • the motorization system further comprises an electronic control unit able to control a power delivered by the second electric machine to the differential, and / or able to control a power delivered by the engine to the differential during a period of time.
  • gear ratio change of the first electrical machine so that the torque delivered to the differential always remains greater than a minimum value that is strictly positive.
  • Figure 1 schematically shows a motorization system according to the invention
  • Figure 2 schematically shows another motorization system according to the invention.
  • a motorization system 1 for a motor vehicle comprises a first electrical machine 3 connected, via a voltage inverter (not shown), to an accumulator battery (not shown). capable of supplying mechanical energy from the electrical energy delivered by the battery.
  • the system further comprises a second electrical machine 4 connected to the same battery and also capable of supplying mechanical energy, by rotating a shaft 41, from the electrical energy delivered by the battery.
  • the driving energy thus delivered by the electric machine can be used to advance the vehicle by traction or propulsion, depending on the position of the drive wheels.
  • the second electrical machine 4 is connected to the battery via a voltage inverter (not shown) which also allows the second electrical machine to convert mechanical energy transmitted to the shaft 41 into electrical energy stored in the battery. .
  • the second electric machine 4 is configured to operate alternately as a mechanical drive machine and as a power generator.
  • the motorization system also comprises a heat engine 5 which may be of mechanical power comparable to the second electric machine 4 or lower.
  • the system comprises a first group of axes 23, 25 and pinions 21, 22 integral with these axes and permanently meshing with a differential 2 for transmitting mechanical energy between this group of axes and pinions and a pair of pins. driving wheels (not shown) of the vehicle.
  • This first group of axes and pinions comprises a first axis 23 integral in rotation with a pinion 21 meshing with the differential 2 and a sliding member 24 integral in rotation with the axis 23 by means of grooves which enable it to move axially along this axis 23.
  • the first axis system also comprises a second axis 25 integral in rotation with a pinion 22 meshing with the differential 2 and carrying a sliding member 26 integral in rotation with the axis 25 by means of splines which enable it to move axially along this axis 25.
  • An output shaft 31 of the first electrical machine 3 carries two fixed gears 32 and 33 respectively meshing with two idle gears 34 and 35 mounted around the axis 23 of the first axis system.
  • the idle gears 34 and 35 are provided with a jaw system which allows one or the other of these two gears to be secured to the player 24 as a function of the axial position of the player 24 along the axis 23.
  • the player 24 can also be placed in a neutral position where it does not interact with the pinion 34 nor the pinion 35.
  • the first electric machine 3 can be made independent of the first axle and pinion system or can be secured to the shaft 23 in two different gear ratios and pinions or can mesh with the axis 23, in two different gear ratios, a first gear ratio that For example, we will refer to "report short "and a second gear ratio that we will designate for example by” long report ".
  • the shaft 41 of the second electric machine 4 carries a fixed gear 42 meshing with an intermediate gear 43 meshing in turn with a pinion 44 integral with a hollow pin 45 mounted around the axis 25 of the first axis system and free in rotation around this one.
  • the hollow shaft 45 also carries a second fixed gear 46 and a dog clutch system 47 which, as a function of the axial position of the sliding device 26, secures or detaches in rotation the axis 25 of the first axis system and the axis
  • the heat engine 5 is rotatably connected to an output shaft 5 1 carrying a sliding member 52 integral in rotation with the axis 5 1 by means of splines which allow it to move axially along this axis 5.
  • the axis 5 1 further carries a pinion gear 48 meshing with the pinion 46 and provided with a dog clutch system 49 allowing, according to the axial position of the sliding device 52, to join or disengage in rotation the idle gear 48 and the axis 5 1.
  • the numbers of teeth of the different gears may be as follows: 25 teeth for the pinion 42; 44 teeth for the gear 44, 37 teeth for the gear 46, 17 teeth for the gear 22, 17 teeth for the gear 21, 65 teeth for the differential, 41 teeth for the gear 48, 17 teeth for the gear 33, 25 teeth for the pinion 32, 43 teeth for the pinion 34, 48 teeth for the pinion 35 (the number of teeth of the pinion 43 has no influence on the gear ratio).
  • sizing of the electrical machines and the engine it is possible for example to use a heat engine of nominal power 78 kilowatts, a first electric machine of nominal power 75 kilowatts and a second electric machine of nominal power 38 kilowatts.
  • the drive pinion 52 and the dog clutch system 47 are secured to the idle gear 48. with the axis 51.
  • the gears 46, 44 and their hollow axis 45 are secured with the aid of the sliding device 26 and the dog clutch system 47 with the axis 25 of the first axis system. If the second electric machine 4 is left in an electrically inactive configuration, the vehicle is then powered simultaneously by the power of the first electric machine 3, the power of which is transmitted by means of the shaft 31 and the axis 23, and by the power of the heat engine 5 whose power is transmitted through the shaft 5 1 by the pinions 48, 46 to the shaft 25 and the differential.
  • the vehicle is powered by the power of the first electric machine 3, which can be added, depending on the needs, the power of the second electrical machine 4 driven electrically to operate in motor mode. 'training.
  • the power of the first electric machine 3 which can be added, depending on the needs, the power of the second electrical machine 4 driven electrically to operate in motor mode. 'training.
  • the second electric machine 4 can be controlled so as to deliver to the first system of axes an energy d driving from the second electric machine 4, according to a particular curve of power over time allowing the driver and passengers of the vehicle not to feel a break in torque at the drive of the vehicle, and thus benefit from good driving comfort.
  • this energy is controlled to temporarily increase during the period when the player 24 passes through its neutral position, where no drive energy is no longer transmitted from the first electrical machine 3 to the shaft 23 of the first system. axes.
  • the second electric machine 4 thus makes it possible to mask the break in torque that would otherwise occur during the gear ratio change of the first electric machine 3.
  • the heat engine 5 and the second electric machine 4 can be simultaneously decoupled from the differential 2 by placing the player 26 in a position for which the hollow shaft 45 freely turns around. the axis 25. It is then possible to actuate the heat engine 5 to transmit a driving torque to the shaft 41 of the second electric machine 4 electrically placed in current generating mode, and to recharge the vehicle battery from the energy supplied. by the engine 5.
  • the gear By placing the gear in the same configuration as for recharging the battery from the energy of the heat engine 5, it is also possible to operate the second electric machine 4 as a driving motor when starting the heat engine 5.
  • second electric machine 4 then transmits a driving torque to the engine 5, the engine and the machine being both uncoupled from the differential 2.
  • the second electric machine 4 can alternatively be used to provide a differential drive torque 2, to serve as starter motor 5, and to serve as a current generator, either from a mechanical energy transmitted from the differential 2, or from a mechanical energy transmitted from the heat engine 5.
  • FIG. 2 illustrates a variant of the invention derived from that described in Figure 1, wherein the player 52 and the idler gear 48 are replaced by a clutch 53, for securing or detaching a flywheel (49a) integral with rotation of the output shaft 51 of the heat engine 5, and a shaft 45a coaxial with the shaft 51 and integral with a pinion 48a meshing with the pinion 46, itself integral with the hollow shaft 45 rotatably coupled to the shaft 41 of the second electric machine 4.
  • a flywheel 49a
  • FIG. 2 The other elements of FIG. 2 are common to the elements of FIG. 1 and are designated by the same references.
  • the number of teeth of the different gears may be identical to that of Figure 1, with, in this case, 41 teeth for the pinion 48a.
  • An advantage of this second embodiment is that it can progressively drive the value of the torque transmitted from the heat engine 5 to the shaft 45a when the heat engine 5 is started. This progressivity may be desirable for example when it is desired to introduce the heat engine 5 in the driveline connected to the differential 2 during the running of the vehicle, or during masking phases of the torque failure during gear ratio changes. of the first electric machine 3.
  • the object of the invention is not limited to the embodiment described and can be broken down into numerous variants, in particular in terms of gears ratios between the different gears, and relative sizing of the powers of the two. electrical machines and thermal engine.
  • the figures given in the disclosure of the invention must be understood as two-dimensional diagrams representing a three-dimensional device, the axes 23, 5 1 and 25 being a priori non-coplanar.
  • the described embodiment proposes to group on one side axis systems, the main electric powertrain, and on the other side of the axis systems, a block for generating electrical energy from energy.
  • thermal engine the engine and the second electric machine. Both systems can thus be developed, manufactured and delivered independently, for example by two different suppliers.
  • the invention provides a hybrid electrical - thermal propulsion vehicle which can operate in parallel hybrid mode, i.e. the electrical machine or machines transmitting a driving torque to the wheels simultaneously with the heat engine, or which can operate in series mode, i .e. the first electric machine transmitting torque to the wheels of the vehicle while the second electric machine is operating as a current generator to recharge the battery from mechanical energy transmitted to it by the heat engine 5.
  • the second electric machine can, by itself, alternately perform three different functions, that of an auxiliary drive motor, that of a generator for converting mechanical energy from the wheels or mechanical energy coming from the engine into heat. electricity to recharge the battery and the starter to start the engine. thus gaining at the same time on the cost price and the congestion of the system.
  • the coupling and disconnection systems by gears and portable players, used in particular for the player 24 and the player 26, are less bulky and less expensive than conventional clutch systems proposed in the prior art.
  • the architecture of the system makes it possible to overcome coaxial constraints between the heat engine and the electrical machines as well as constraints of coaxiality between the two electrical machines.

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Abstract

Un système ( 1 ) de motorisation pour véhicule automobile, comprend : -une première machine électrique (3 ) d'entraînement, -une deuxième machine électrique (4) d'entraînement, - un moteur thermique (5), -un différentiel (2) capable d'entraîner une paire de roues motrices du véhicule. - un premier système d' embrayage (53-49a) ou de pignon (48) et baladeur (52) permettant à lui seul d' accoupler ou désaccoupler le moteur thermique (5) et la deuxième machine électrique (4), -un deuxième système d' embrayage ou de pignon (46) et baladeur (26) permettant à lui seul d' accoupler ou désaccoupler la deuxième machine électrique (4) et le différentiel (2). Le système comprend un troisième système de pignons (34,35 ) et baladeur (24), permettant alternativement, par le déplacement d' un troisième baladeur unique (24), d' accoupler la première machine électrique (3) avec le différentiel (2), et d' accoupler la première machine électrique (3) avec le différentiel (2) suivant un rapport d' engrenage différent.

Description

Système de motorisation hybride
La présente invention concerne les systèmes de motorisation hybrides. Afin de prolonger l' autonomie en roulage d'un véhicule électrique, il est connu de munir le véhicule d' un « prolongateur d' autonomie » compo sé d' un moteur thermique et d' une génératrice électrique, permettant ainsi de charger la batterie et d' augmenter le niveau des performances quand la batterie est faiblement chargée. L' implantation et le dimensionnement de ce type de système, qui est parfois appelé « hybride série » , conduisent souvent à un conflit entre la puissance nécessaire et la place disponible sous le capot moteur. Une solution proposée consiste à utiliser deux moteurs électriques dont l'un peut être utilisé alternativement pour fournir un complément d' énergie aux roues, et pour fonctionner en génératrice afin de recharger la batterie.
Un tel système est proposé dans la demande de brevet WO 2008/077 346. Ce document propose d' aligner sur un même axe un moteur thermique, une première machine électrique et une seconde machine électrique, pouvant toutes les deux fonctionner soit en moteur, soit en génératrice électrique . Un premier embrayage est disposé entre le moteur thermique et la première machine électrique, un deuxième embrayage est disposé entre la première machine électrique et un pignon engrenant avec le différentiel, et un troisième embrayage est disposé entre le pignon engrenant avec le différentiel et la deuxième machine électrique. Ce système présente un encombrement axial important du fait de l' alignement du moteur thermique et des deux machines électriques. En outre, ce système est coûteux du fait de l' utilisation de trois embrayages et de deux onduleurs de tension adaptés afin de pouvoir faire fonctionner les deux machines électriques à la fois en mode propulsion et en mode génératrice.
Le but de l' invention est de proposer un système permettant d' améliorer l ' autonomie du véhicule électrique tout en conservant des tailles de machines électriques raisonnables et un coût maîtrisé du système .
Selon un mode de réalisation, un système de motorisation destiné à un véhicule automobile, comprend :
-une première machine électrique d'entraînement, reliée à une batterie d' accumulateur par l'intermédiaire d'un onduleur de tension et apte à fournir de l ' énergie mécanique d'entraînement à partir d' un courant électrique délivré par la batterie,
-une deuxième machine électrique d'entraînement, reliée à la batterie d' accumulateur par l ' intermédiaire d' un onduleur de tension permettant alternativement à la deuxième machine de délivrer de l' énergie mécanique d'entraînement à partir de l' énergie électrique de la batterie, et de convertir une énergie mécanique transmise à la deuxième machine d'entraînement en énergie électrique envoyée vers la batterie,
- un moteur thermique,
- un différentiel capable d'entraîner une paire de roues motrices du véhicule,
- un premier système d' embrayage ou de pignon et baladeur permettant à lui seul d' accoupler ou désaccoupler le moteur thermique et la deuxième machine électrique,
-un deuxième système d' embrayage ou de pignon et baladeur permettant à lui seul d' accoupler ou désaccoupler la deuxième machine électrique et le différentiel.
Le système comprend un troisième système d'embrayage à pignons et baladeur, permettant alternativement, par le déplacement d' un troisième baladeur unique, d' accoupler la première machine électrique avec le différentiel suivant un premier rapport d' engrenage, et d' accoupler la première machine électrique avec le différentiel suivant un second rapport d' engrenage différent du premier rapport.
On désigne ici par " système d'embrayage" un système permettant de solidariser ou de désolidariser en rotation deux axes, le système d'embrayage pouvant être notamment, soit un embrayage sec ou humide à friction, soit un système de pignon fou, solidarisable par des crabots avec un baladeur mobile axialement le long du même axe, et lui-même solidaire en rotation de cet axe par des cannelures.
Le premier et le deuxième système d'embrayage peuvent être tous deux du type avec baladeur à crabots.
Le premier système d'embrayage peut être un embrayage pilotable en couple, et le deuxième système d'embrayage être du type baladeur à crabots.
Avantageusement, le troisième système de pignons et baladeur est du type baladeur à crabots, et présente une position neutre pour laquelle la première machine électrique est découplée du différentiel, de la deuxième machine électrique et du moteur thermique.
De manière préférentielle, la deuxième machine électrique est dimensionnée de manière à être apte à propulser à elle seule le véhicule à une vitesse d' au moins 5km/h.
De manière préférentielle, la première machine électrique est dimensionnée pour pouvoir propulser à elle seule le véhicule à une vitesse d' au moins 50km/h.
Avantageusement, la puissance de la première machine électrique est comprise entre 1 ,5 et 4 fois la puissance de la seconde machine électrique.
Avantageusement, la puissance du moteur thermique est comprise entre 0,5 et 1 ,5 fois la puissance de la première machine électrique.
Avantageusement, la configuration des axes, des pignons et des baladeurs donne la possibilité de ne pas placer les machines électriques à proximité immédiate du moteur thermique.
Le moteur thermique peut être monté de manière non coaxiale avec la première machine électrique.
Le moteur thermique peut être monté de manière non coaxiale avec la deuxième machine électrique.
Le moteur thermique et la deuxième machine électrique peuvent par exemple se trouver à une première extrémité axiale par rapport aux axes des pignons et baladeurs, et la première machine électrique peut se trouver à l' autre extrémité axiale des axes des pignons et baladeurs.
Selon un mode de réalisation préféré, le système de motorisation comprend en outre une unité de contrôle électronique apte à piloter une puissance délivrée par la seconde machine électrique au différentiel, et/ou apte à piloter une puissance délivrée par le moteur thermique au différentiel pendant un changement de rapport d' engrenage de la première machine électrique, de manière à ce que le couple délivré au différentiel reste toujours supérieur à une valeur minimale strictement positive.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d' exemple nullement limitatif, et illustré par les dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 représente de manière schématique un système de motorisation selon l' invention, et la figure 2 représente de manière schématique un autre système de motorisation selon l' invention.
Tel qu' illustré sur la figure 1 , un système de motorisation 1 pour véhicule automobile comprend une première machine électrique 3 reliée, par l'intermédiaire d'un onduleur de tension (non représenté), à une batterie d' accumulateur (non représentée) apte à fournir de l' énergie mécanique à partir de l' énergie électrique délivrée par la batterie. Le système comprend en outre une deuxième machine électrique 4 reliée à la même batterie et également apte à fournir de l' énergie mécanique, en entraînant en rotation un arbre 41 , à partir de l' énergie électrique délivrée par la batterie. L'énergie d'entraînement ainsi délivrée par la machine électrique peut servir à faire avancer le véhicule par traction ou propulsion, suivant la position des roues motrices.
La deuxième machine électrique 4 est reliée à la batterie par l' intermédiaire d'un onduleur de tension (non représenté) qui permet également à la deuxième machine électrique de convertir une énergie mécanique transmise à l' arbre 41 en énergie électrique stockée dans la batterie. Autrement dit, la deuxième machine électrique 4 est configurée pour pouvoir fonctionner alternativement en machine d' entraînement mécanique et en génératrice de courant.
Le système de motorisation comprend également un moteur thermique 5 qui peut être de puissance mécanique comparable à la seconde machine électrique 4 ou inférieure .
Le système comprend un premier groupe d' axes 23 , 25 et de pignons 21 , 22 solidaires de ces axes et engrenant de manière permanente avec un différentiel 2 permettant de transmettre une énergie mécanique entre ce groupe d' axes et de pignons et une paire de roues motrices (non représentées) du véhicule.
Ce premier groupe d' axes et de pignons comprend un premier axe 23 solidaire en rotation d' un pignon 21 engrenant avec le différentiel 2 et un baladeur 24 solidaire en rotation de l' axe 23 par l' intermédiaire de cannelures qui lui permettent de se déplacer axialement le long de cet axe 23.
Le premier système d' axes comprend également un deuxième axe 25 solidaire en rotation d' un pignon 22 engrenant avec le différentiel 2 et portant un baladeur 26 solidaire en rotation de l' axe 25 par l' intermédiaire de cannelures qui lui permettent de se déplacer axialement le long de cet axe 25.
Un arbre de sortie 3 1 de la première machine électrique 3 porte deux pignons fixes 32 et 33 engrenant respectivement avec deux pignons fous 34 et 35 montés autour de l' axe 23 du premier système d' axes. Les pignons fous 34 et 35 sont munis d' un système de crabots qui permet à l' un ou l' autre de ces deux pignons d' être solidarisé du baladeur 24 en fonction de la po sition axiale du baladeur 24 le long de l' axe 23. Le baladeur 24 peut également être placé dans une position neutre où il n'interagit ni avec le pignon 34 ni avec le pignon 35. Suivant la position axiale du baladeur 24, la première machine électrique 3 peut donc être rendue indépendante du premier système d' axes et de pignons ou peut être solidarisée de l ' axe 23 suivant deux rapports d' engrenage différents et de pignons ou peut engrener avec l' axe 23 , suivant deux rapports d' engrenage différents, un premier rapport d'engrenage que nous désignerons par exemple par « rapport court » et un second rapport d'engrenage que nous désignerons par exemple par « rapport long » . L' arbre 41 de la deuxième machine électrique 4 porte un pignon fixe 42 engrenant avec un pignon intermédiaire 43 engrenant à son tour avec un pignon 44 solidaire d' un axe creux 45 monté autour de l' axe 25 du premier système d' axes et libre en rotation autour de celui-ci. L' axe creux 45 porte également un second pignon fixe 46 et un système de crabotage 47 permettant, en fonction de la position axiale du baladeur 26 de solidariser ou de désolidariser en rotation l ' axe 25 du premier système d' axes et l' axe creux 45. Le moteur thermique 5 est lié en rotation à un arbre de sortie 5 1 portant un baladeur 52 solidaire en rotation de l' axe 5 1 par l' intermédiaire de cannelures qui lui permettent de se déplacer axialement le long de cet axe 5 1 . L' axe 5 1 porte en outre un pignon fou 48 engrenant avec le pignon 46 et muni d' un système de crabotage 49 permettant, suivant la position axiale du baladeur 52, de solidariser ou de désolidariser en rotation le pignon fou 48 et l' axe 5 1 .
A titre d' exemple de réalisation, les nombres de dents des différents pignons peuvent être les suivants : 25 dents pour le pignon 42 ; 44 dents pour le pignon 44, 37 dents pour le pignon 46, 17 dents pour le pignon 22, 17 dents pour le pignon 21 , 65 dents pour le différentiel, 41 dents pour le pignon 48 , 17 dents pour le pignon 33 , 25 dents pour le pignon 32, 43 dents pour le pignon 34, 48 dents pour le pignon 35 (le nombre de dents du pignon 43 n' a pas d' influence sur la démultiplication) .
A titre d' exemple de dimensionnement des machines électriques et du moteur, on peut par exemple utiliser un moteur thermique de puissance nominale 78 kilowatts, une première machine électrique de puissance nominale 75 kilowatts et une deuxième machine électrique de puissance nominale 38 kilowatts .
De nombreux modes de fonctionnement sont possibles grâce à la configuration décrite ci-dessus. On peut par exemple entraîner le véhicule uniquement à l' aide de la première machine électrique suivant deux rapports d' engrenage différents, en fonction des situations de conduite, en solidarisant en rotation l' un ou l' autre des pignons fous 34 et 35 avec l' axe 23 du premier système d' axes. Dans ce cas, les positions des baladeurs 52 et 26 peuvent être telles que les pignons 48 et 46 tournent fous autour respectivement de l' axe 51 et 25.
On peut, pour entraîner les roues motrices, ajouter à la puissance de la première machine électrique 3, la puissance du moteur thermique 5. Pour ce faire on solidarise à l' aide du baladeur 52 et du système de crabotage 47, le pignon fou 48 avec l' axe 51. Simultanément, on solidarise à l' aide du baladeur 26 et du système de crabotage 47, les pignons 46, 44 et leur axe creux 45 avec l' axe 25 du premier système d' axes. Si on laisse la seconde machine électrique 4 dans une configuration électriquement inactive, le véhicule est alors propulsé simultanément par la puissance de la première machine électrique 3, dont la puissance est transmise au moyen de l'arbre 31 et de l'axe 23, et par la puissance du moteur thermique 5 dont la puissance est transmise au travers de l' arbre 5 1 par les pignons 48, 46, à l' arbre 25 puis au différentiel. En modifiant la configuration électrique de la seconde machine électrique 4, il est également possible de fournir au différentiel 2, en supplément à l' énergie fournie par le moteur thermique 5, une énergie d' entraînement de la seconde machine électrique 4. Le couple d' entraînement de la deuxième machine électrique est alors transmis par l' arbre 41 puis par les pignons 42, 43 et le pignon 44 solidarisé avec l' axe 25 par le système de crabotage 47 et le baladeur 26. Il est également possible, pour les mêmes positions des baladeurs 24, 52 et 26, de mettre la seconde machine électrique 4 dans une configuration de génératrice, de manière à récupérer l' énergie cinétique du véhicule pendant les phases de "décélération" du véhicule, c'est-à-dire pendant les phases où l'on souhaite réduire l'énergie cinétique du véhicule plus rapidement que cette énergie ne diminuerait spontanément de par l'influence des forces de frottement développées pendant un roulage sans freinage, et de par l'influence du profil de la route.
On peut, dans une autre configuration du système, laisser le moteur thermique 5 au repos et placer le baladeur 52 de manière à ce que le pignon 48 tourne fou autour de l' axe 51 . Le moteur thermique 5 est alors découplé du différentiel 2, de la seconde machine électrique 4 et de la première machine électrique 3. Simultanément, on peut placer le baladeur 26 de manière à solidariser par le système de crabotage 47 les pignons 44, 46 et leur axe 45, avec l' arbre 25 du premier système d' axes. La seconde machine électrique est alors couplée avec le différentiel 2. Le baladeur 24 peut alors être placé soit de manière à solidariser la première machine électrique 3 avec l' axe 23 suivant le premier rapport d' engrenage, soit de manière à solidariser la première machine électrique 3 avec l' axe 23 suivant le second rapport d' engrenage. Dans cette configuration, le véhicule est propulsé par la puissance de la première machine électrique 3, à laquelle peut venir s' ajouter, en fonction des besoins, la puissance de la seconde machine électrique 4 pilotée électriquement de manière à fonctionner en mode de moteur d'entraînement. Avec les mêmes positions des baladeurs 24, 52 et 26, il est possible, dans les phases de "décélération" du véhicule, de changer la configuration électrique de la première machine électrique 3 ou de la seconde machine électrique 4, de manière à faire fonctionner celles-ci en génératrices, et récupérer ainsi une partie de l' énergie cinétique du véhicule. En outre, lorsqu' il devient opportun de déplacer le baladeur 24 de manière à changer le rapport d' engrenage de la première machine électrique 3, la seconde machine électrique 4 peut être pilotée de manière à délivrer au premier système d' axes une énergie d' entraînement issue de la deuxième machine électrique 4, suivant une courbe particulière de puissance au cours du temps permettant au conducteur et passagers du véhicules de ne pas ressentir de rupture de couple au niveau de l'entraînement du véhicule, et de bénéficier ainsi d'un bon confort de conduite. De préférence, cette énergie est pilotée pour augmenter temporairement pendant la période où le baladeur 24 passe par sa position neutre, où aucune énergie d' entraînement n' est plus transmise de la première machine électrique 3 à l' arbre 23 du premier système d' axes. La deuxième machine électrique 4 permet ainsi de masquer la rupture de couple qui se produirait sinon pendant le changement de rapport d' engrenage de la première machine électrique 3. Il est également envisageable, dans des configurations où le baladeur 52 solidarise par l' intermédiaire du système de crabotage 49 le pignon fou 48 avec l' arbre 5 1 , d' utiliser le couple transmis par le moteur thermique 5 au différentiel 2 pour contribuer en partie à masquer la rupture de couple lors d' un changement de rapport de la première machine électrique 3.
Hors des moments de changement de rapport de la première machine électrique 3 , le moteur thermique 5 et la seconde machine électrique 4 peuvent être simultanément découplés du différentiel 2 en plaçant le baladeur 26 dans une position pour laquelle l' axe creux 45 tourne librement autour de l' axe 25. On peut alors actionner le moteur thermique 5 pour transmettre un couple moteur à l' arbre 41 de la seconde machine électrique 4 placée électriquement en mode génératrice de courant, et recharger la batterie du véhicule à partir de l' énergie fournie par le moteur thermique 5.
En plaçant la pignonnerie dans la même configuration que pour recharger la batterie à partir de l' énergie du moteur thermique 5 , il est également possible de faire fonctionner la seconde machine électrique 4 en moteur d' entraînement lors du démarrage du moteur thermique 5. La seconde machine électrique 4 transmet alors un couple moteur au moteur thermique 5 , le moteur et la machine étant tous deux découplés du différentiel 2. La seconde machine électrique 4 peut ainsi alternativement servir pour fournir un couple d' entraînement au différentiel 2, pour servir de démarreur au moteur thermique 5 , et pour servir de génératrice de courant, soit à partir d' une énergie mécanique transmise à partir du différentiel 2, soit à partir d' une énergie mécanique transmise à partir du moteur thermique 5.
En cas de défaillance de la première machine électrique 3 ou de la pignonnerie associée, il est possible de placer le baladeur 24 dans la position neutre qui laisse les pignons 34 et 35 tourner fous autour de l' arbre 23 , et de placer le baladeur 26 dans la position où il solidarise en rotation l' axe creux 45 et l' arbre 25.
Il est alors po ssible de transmettre un couple d' entraînement au différentiel 2 à partir soit simultanément du moteur thermique 5 et de la seconde machine électrique 4 (en plaçant le baladeur 52 dans la position où il solidarise en rotation le pignon fou 48 et l' arbre 51 ), soit uniquement du moteur thermique 5 (avec les mêmes positions des baladeurs, mais en laissant la deuxième machine électrique 4 inactive), soit uniquement de la seconde machine électrique 4 (en plaçant le baladeur 52 dans la position il laisse le pignon fou 48 tourner fou autour de l' arbre 51 , afin que le moteur thermique n'oppose pas de résistance sur la rotation du différentiel) . Il est donc notamment possible de propulser le véhicule uniquement à l' aide du moteur thermique 5 en cas de défaillance de la batterie.
La figure 2 illustre une variante de l' invention dérivée de celle décrite à la figure 1 , dans laquelle le baladeur 52 et le pignon fou 48 sont remplacés par un embrayage 53, permettant de solidariser ou de désolidariser un volant moteur (49a) solidaire en rotation de l' arbre de sortie 51 du moteur thermique 5, et un arbre 45a coaxial à l' arbre 51 et solidaire d'un pignon 48a engrenant avec le pignon 46, lui même solidaire de l' arbre creux 45 couplé en rotation à l' arbre 41 de la deuxième machine électrique 4.
Les autres éléments de la figure 2 sont communs aux éléments de la figure 1 et sont désignés par les mêmes références. Le nombre de dents des différents pignons peut être identique à celui de la figure 1 , avec, dans ce cas, 41 dents pour le pignon 48a. Un avantage de ce second mode de réalisation est de pouvoir piloter de manière progressive la valeur du couple transmis du moteur therm ique 5 vers l' arbre 45a quand le moteur thermique 5 est lancé. Cette progressivité peut être souhaitable par exemple lorsque l' on souhaite introduire le moteur thermique 5 dans la chaîne cinématique reliée au différentiel 2 pendant le roulage du véhicule, ou lors des phases de masquage de la rupture de couple lors des changements de rapport d' engrenage de la première machine électrique 3.
L' objet de l' invention ne se limite pas à l' exemple de réalisation décrit et peut se décliner en nombreuses variantes, notamment en termes de rapports d' engrenages entre les différents pignons, et de dimensionnement relatif des puissances des deux machines électriques et du moteur thermique . Il faut bien sûr comprendre les figures données dans l' exposé de l' invention comme des schémas de principe représentant en deux dimensions un dispositif tridimensionnel, les axes 23 , 5 1 et 25 étant a priori non coplanaires.
On peut bien sûr envisager des variantes de réalisation où le moteur thermique 5 est muni d' un démarreur séparé distinct de la deuxième machine électrique 4.
L'exemple de réalisation décrit propose de regrouper d'un côté des systèmes d'axe, le groupe motopropulseur électrique principal, et de l'autre côté des systèmes d'axe, un bloc de génération d'énergie électrique à partir d'énergie thermique (le moteur thermique et la seconde machine électrique) . Les deux systèmes peuvent ainsi être développés, fabriqués et livrés de manière indépendante, par exemple par deux fournisseurs différents .
On dispose, grâce à l' invention, d' un véhicule à propulsion hybride électrique-thermique qui peut fonctionner soit en mode hybride parallèle, i.e . la ou les machines électriques transmettant un couple d' entraînement aux roues simultanément au moteur thermique, ou qui peut fonctionner en mode série, i .e . la première machine électrique transmettant un couple aux roues du véhicule pendant que la seconde machine électrique fonctionne en génératrice de courant pour recharger la batterie à partir d' une énergie mécanique qui lui est transmise par le moteur thermique 5.
Il est possible de moduler la puissance et le couple transmis aux roues du véhicule, d' une part en faisant varier le nombre de machines électriques et moteurs thermiques couplés au différentiel, et d' autre part, en faisant varier le rapport d' engrenage de la première machine électrique . La deuxième machine électrique peut, à elle seule, alternativement assurer trois fonctions différentes, celle de moteur d' entraînement d' appoint, celle de génératrice pour convertir de l' énergie mécanique provenant des roues ou de l ' énergie mécanique provenant du moteur thermique en électricité afin de recharger la batterie et celle de démarreur pour lancer le moteur thermique 5. On gagne ainsi à la fois sur le prix de revient et sur l'encombrement du système .
Les systèmes d' accouplement et désaccouplement par pignons et baladeurs, utilisés notamment pour le baladeur 24 et pour le baladeur 26, sont moins encombrants et moins onéreux que les systèmes par embrayage classique proposés dans l' art antérieur. En outre, grâce au système de renvois prévu, l'architecture du système permet de s ' affranchir des contraintes de coaxialité entre le moteur thermique et les machines électriques ainsi que des contraintes de coaxialité entre les deux machines électriques .

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système ( 1 ) de motorisation pour véhicule automobile, comprenant :
-une première machine électrique (3) d'entraînement, reliée à une batterie d' accumulateur et apte à fournir de l' énergie mécanique d'entraînement à partir d' un courant électrique délivré par la batterie,
-une deuxième machine électrique (4) d'entraînement, reliée à la batterie d' accumulateur par l' intermédiaire d' un onduleur de tension permettant alternativement à la deuxième machine (4) de délivrer de l' énergie mécanique d'entraînement à partir de l' énergie électrique de la batterie, et de convertir une énergie mécanique transmise à la deuxième machine d'entraînement (4) en énergie électrique envoyée vers la batterie,
- un moteur thermique (5) ,
- un différentiel (2) capable d'entraîner une paire de roues motrices du véhicule .
- un premier système d' embrayage (53-49a) ou de pignon (48) et baladeur (52) permettant à lui seul d' accoupler ou désaccoupler le moteur thermique (5) et la deuxième machine électrique (4) ,
-un deuxième système d' embrayage ou de pignon (46) et baladeur (26) permettant à lui seul d' accoupler ou désaccoupler la deuxième machine électrique (4) et le différentiel (2) ,
caractérisé en ce qu'il comprend un troisième système de pignons (34,35 ) et baladeur (24) , permettant alternativement, par le déplacement d' un troisième baladeur unique (24) , d' accoupler la première machine électrique (3) avec le différentiel (2) suivant un premier rapport d' engrenage, et d' accoupler la première machine électrique (3) avec le différentiel (2) suivant un second rapport d' engrenage différent du premier rapport.
2. Système ( 1 ) de motorisation suivant la revendication 1 , dans lequel le premier (48 ,52) et le deuxième (46,26) système d'embrayage sont du type avec baladeur à crabots .
3. Système (1) de motorisation suivant la revendication 1, dans lequel le premier système d'embrayage (53,49a) est un embrayage pilotable en couple, et le deuxième système d'embrayage (46,26) est du type baladeur à crabots.
4. Système (1) de motorisation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel le troisième système de pignons (34,35) et baladeur (24) est du type baladeur à crabots, et présente une position neutre pour laquelle la première machine électrique (3) est découplée du différentiel (2), de la deuxième machine électrique (4) et du moteur thermique (5).
5. Système (1) de motorisation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel la puissance de la première machine électrique (3) est comprise entre 1,5 et 4 fois la puissance de la seconde machine électrique (4).
6. Système (1) de motorisation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel la puissance du moteur thermique (5) est comprise entre 0,5 et 1,5 fois la puissance de la première machine électrique (3).
7. Système (1) de motorisation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel le moteur thermique (5) est monté de manière non coaxiale avec la première machine électrique (3).
8. Système (1) de motorisation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel le moteur thermique (5) est monté de manière non coaxiale avec la deuxième machine électrique (4).
9. Système (1) de motorisation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel le moteur thermique (5) et la deuxième machine électrique (4) se trouvent à une première extrémité axiale par rapport aux axes (23, 25, 51) des baladeurs, et la première machine électrique (3) se trouve à l'autre extrémité axiale par rapport aux axes (23, 25, 51) des baladeurs.
10. Système (1) de motorisation suivant l'une des revendications précédentes, comprenant en outre une unité de contrôle électronique apte à piloter une puissance délivrée par la seconde machine électrique (4) au différentiel (2), et/ou apte à piloter une puissance délivrée par le moteur thermique (5) au différentiel (2) pendant un changement de rapport d' engrenage de la première machine électrique (3) , de manière à ce que le couple délivré au différentiel (2) reste touj ours supérieur à une valeur minimale strictement positive.
EP11713319A 2010-04-16 2011-03-08 Systeme de motorisation hybride Withdrawn EP2558317A1 (fr)

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