FR2793615A1

FR2793615A1 - Frein de stationnement pour un vehicule, entrainement electrique pour vehicule, et procede pour l'actionnement d'un frein de stationnement

Info

Publication number: FR2793615A1
Application number: FR0006053A
Authority: FR
Inventors: Manfred Roder; Horst Oppitz
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2000-11-17
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: JP2000352463A; DE19921918C2; DE19921918A1; JP3490047B2; FR2793615B1; US6361469B1

Abstract

Dans un véhicule doté d'un train d'entraînement électrique (20) qui comprend un groupe électrique (30) avec un rotor (36), un stator (32) pourvu d'un certain nombre de bobinages de stator (33), et une unité électronique de puissance (35) pour commander le groupe électrique (30), le frein de stationnement (40) comprend une composante mécanique (41) qui, lors de l'actionnement du frein de stationnement (40), est amenée ou susceptible d'être amenée en coopération mécanique avec le train d'entraînement électrique (20) afin d'arrêter son mouvement de rotation, le frein de stationnement (40) comprend une composante électrique (45) réalisée de manière à produire ou à pouvoir produire, lors d'une intention d'actionnement du frein de stationnement (40), un court-circuit au moins temporaire dans les bobinages de stator (33), et la composante électrique (45) est activée, lors de l'actionnement du frein de stationnement (40), à un intervalle temporel déterminé avant la composante mécanique (41).

Description

1i 2793615 La présente invention concerne un frein de frein de

stationnement pour un véhicule qui présente un entraînement électrique, ainsi qu'un procédé pour actionner un tel frein de stationnement. De plus, l'invention concerne un entraînement électrique pour un véhicule. Les véhicules, et en particulier les voitures automobiles, disposent en règle générale d'un frein de blocage, dont le rôle est d'empêcher que le véhicule se mette à rouler de manière inopinée. Un frein de blocage unique représente cependant des inconvénients pour ce qui concerne la sécurité, étant donné que l'on ne peut pas entièrement exclure que le véhicule se mette à rouler de façon inopinée, en particulier lorsque

celui-ci se trouve sur une route en pente.

Pour cette raison, en plus du frein de blocage, il est souhaitable de pouvoir disposer d'un autre frein de stationnement. Cet autre frein de stationnement doit permettre d'exclure à tout moment et en tout lieu que le véhicule se mette à rouler de façon inopinée. En particulier, un tel frein de stationnement additionnel est avantageux lorsque le véhicule

est stationné sur une route en pente.

Dans le cas des moteurs à combustion interne habituels avec boîte de vitesses, on peut réaliser ce frein de stationnement additionnel en engageant un rapport de vitesse faible, en particulier celui de la marche arrière, ou similaire, en plus de l'actionnement du frein de blocage proprement dit. Suite aux forces de compression et aux forces de friction dans le moteur à combustion interne, on obtient grâce à cela un

effet de freinage important.

Dans les véhicules dotés d'un moteur à combustion interne et d'une boîte de vitesses automatique, il n'est pas possible de réaliser un tel effet de freinage par les forces de compression en raison de la présence du convertisseur de couple. Par conséquent, dans les véhicules à boîte de vitesses automatique on utilise des freins de stationnement séparés au lieu d'engager un rapport de vitesse. Ces freins de stationnement sont par exemple un verrouillage mécanique de l'arbre de sortie de la boîte

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de vitesses au niveau du carter de boîte. À cet effet, on prévoit une roue

dentée agencée solidairement en rotation sur l'arbre de sortie de la boîte.

En outre, on prévoit un loquet à dents, agencé sur le carter de boîte et susceptible de s'enclencher dans les intervalles entre les dents de la roue dentée. Lorsqu'on actionne le frein de stationnement, et que la vitesse du véhicule est par conséquent faible, le loquet à dents vient s'engager brusquement dans la roue dentée, en raison de quoi le mouvement de

rotation de l'arbre de sortie de la boîte est également arrêté brutalement.

Les charges qui se produisent lors de l'enclenchement peuvent être en règle générale amorties grâce à l'élasticité inhérente du train d'entraînement, par exemple grâce aux joints, aux arbres, aux

suspensions, aux amortissements de roue, ou similaires.

Dans le cas des véhicules avec entraînement électrique, on ne prévoit jusqu'ici pas de frein de stationnement séparé. Cependant, un tel frein

de stationnement est ici aussi souhaitable pour les raisons citées ci-

dessus. En réalité, dans le cas des entraînements électriques, on rencontre divers problèmes pour ce qui concerne la possibilité d'utiliser des freins de stationnement, en particulier lorsqu'on doit utiliser des freins de stationnement tels que décrits ci-dessus qui comprennent une

roue dentée et un loquet à dents.

L'entraînement électrique d'un véhicule comprend habituellement un groupe électrique, lequel présente à son tour un rotor, un stator, et une

unité électronique de puissance pour commander le groupe électrique.

Le couple de rotation produit par la rotation du rotor sert ici de base pour l'entraînement du véhicule. Si l'on utilise un frein de stationnement tel que décrit ci-dessus, il faudrait freiner la rotation du rotor par l'intermédiaire de la roue dentée et du loquet à dents. Lorsqu'on actionne le frein de stationnement, le loquet à dents est enclenché brutalement dans la roue dentée, ce pourquoi le rotor serait également brutalement amené à l'arrêt. En raison des couples de rotation élevés et

de l'inertie du rotor, il se produit alors des forces très élevées.

Les freins de stationnement habituels que l'on trouve sur le marché ne peuvent donc pas être utilisés, étant donné qu'ils ne sont pas conçus pour l'apparition de telles charges, et qu'ils seraient donc détruits très

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rapidement. Pour contourner ce problème, on devrait employer par conséquent des freins de stationnement de dimension nettement plus forte, ou bien intégrer dans ceux-ci des éléments d'amortissement appropriés. Cependant, ces deux solutions ont besoin d'un volume structurel important et présentent un poids propre très élevé, ce qui est un inconvénient considérable en particulier dans la construction automobile. En autre, de tels freins de stationnement sont sensiblement plus coûteux. En outre, pour développer des freins de stationnement ainsi modifiés pour l'entraînement électrique d'un véhicule, il est nécessaire de passer beaucoup de temps et d'engager beaucoup

d'investissements structurels.

Étant donné que les pointes de couple de rotation élevées qu'il s'agit de compenser ne se produisent que pendant l'enclenchement, et par conséquent uniquement de façon très brève, l'utilisation de freins de stationnement adaptés à ces charges maximales ne serait pas justifiable

sous des aspects économique pour les raisons précitées.

Partant de l'état de la technique précité, la présente invention a par conséquent pour objectif de réaliser un frein de stationnement, ainsi qu'un entraînement électrique, pour un véhicule, dans lequel on évite les inconvénients décrits ci-dessus. En particulier, on doit pouvoir utiliser des freins de stationnement de structure simple et peu coûteux

également pour des entraînements électriques.

Selon le premier aspect de l'invention, cet objectif est atteint par un frein de stationnement pour un véhicule automobile doté d'un train d'entraînement électrique, dans lequel le train d'entraînement électrique comprend un groupe électrique avec un rotor, un stator présentant un certain nombre de bobinages de stator, et une unité électronique de puissance pour commander le groupe électrique. Conformément à l'invention, ce frein de stationnement est caractérisé en ce qu'il

comprend une composante mécanique et une composante électrique.

Lors de l'actionnement du frein de stationnement, la composante mécanique peut être amenée en coopération mécanique avec le train d'entraînement électrique afin d'arrêter son mouvement de rotation. Des exemples de pour ces composantes seront décrits plus en détail dans la

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suite de la description. La composante électrique est ainsi réalisée que

lors d'une intention d'actionnement de frein de stationnement, elle produit ou peut produire un court-circuit au moins temporaire dans les bobinages du stator. Conformément à l'invention, on prévoit encore que la composante électrique soit activée, lors de l'actionnement du frein de stationnement, à un intervalle temporel déterminé avant la composante mécanique. Grâce au frein de stationnement de l'invention, il devient possible de doter également des véhicules à entraînement électrique d'un système de freinage qui assure le véhicule à l'encontre d'un roulement inopiné, d'une manière simple et économique, et de préférence en plus d'un frein

de blocage habituel.

L'idée de base du frein de stationnement selon l'invention, c'est d'utiliser maintenant aussi les propriétés caractéristiques du groupe électrique afin de réaliser le frein de stationnement. À cet effet, le frein de stationnement comprend une composante électrique en plus de la composante mécanique. Cette composante électrique est ainsi réalisée qu'elle est capable de commuter de façon active et au moins temporairement les bobinages du stator de telle façon que les lignes individuelles du groupe électrique sont reliées les unes aux autres, en

raison de quoi il se produit un court-circuit dans les bobinages du stator.

En raison de ce court-circuit, il apparaît un couple de freinage élevé dans le groupe électrique. Ce couple de freinage a pour effet de freiner

le mouvement de rotation du train d'entraînement électrique.

Ce n'est qu'après expiration d'un intervalle temporel déterminé que la composante mécanique du frein de stationnement est activée, et que le mouvement de rotation du train d'entraînement électrique est alors définitivement amené à l'arrêt par cette composante mécanique. Étant donné que le mouvement de rotation du train d'entraînement électrique a déjà été freiné grâce à l'opération de freinage préliminaire due au court-circuit, on évite l'application de pointes de couple de rotation élevées sur la composante mécanique du frein de stationnement. Grâce à cela, on peut utiliser aussi des freins de stationnement de plus petite dimension.

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Lorsqu'on utilise par exemple des freins de stationnement avec roue dentée et loquet à dents, on peut utiliser des freins de stationnement de dimension relativement petite, tels ceux qu'on utilise déjà dans des véhicules avec transmission automatique du même ordre de taille. De tels freins de stationnement sont déjà produits en série, de sorte qu'ils sont très économiques. En outre, de tels freins de stationnement sont

faciles à réaliser sur le plan structurel.

Grâce à l'activation de la composante électrique, déclenchée temporellement avant celle de la composante mécanique, on obtient qu'il n'est plus nécessaire de prévoir un frein de stationnement de grandes dimensions, ou bien qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des éléments structurels additionnels, tels que des éléments d'amortissement ou similaires, afin de compenser les pointes de couple de rotation

élevées qui apparaissent.

Des modes de réalisation préférés du frein de stationnement de

l'invention ressortent du reste de la présente demande de brevet.

De façon avantageuse, l'intervalle temporel entre l'activation de la composante électrique et de la composante mécanique est compris entre et 100 ms. De tels intervalles temporels brefs ne sont pas remarqués par le conducteur du véhicule, de sorte que la brève production préliminaire d'un court-circuit via l'activation de la composante électrique, comme cela sera expliqué plus en détail dans la suite de la

description, n'est pas perçue comme une perte de confort. Cependant,

ces intervalles temporels sont suffisamment importants pour engager un freinage du mouvement de rotation du train d'entraînement électrique déjà avant l'activation de la composante mécanique. Le réglage de l'intervalle temporel approprié peut avoir lieu de façon quelconque selon les besoins et selon le cas d'application. Naturellement, il est également imaginable de choisir d'autres intervalles temporels que ceux

qui sont ici décrits.

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Dans ce qui va suivre, on va maintenant décrire un exemple pour une composante mécanique appropriée du frein de stationnement. Celle-ci comprend de préférence une roue dentée et un loquet à dents. Dans ce cas, la composante mécanique correspond à un frein de stationnement comme ceux que l'on utilise déjà de la manière décrite ci-dessus avec des transmissions automatiques. En réalité, il est également imaginable d'utiliser d'autres genres de composante mécanique, de sorte que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits de façon

explicite dans ce qui suit.

La roue dentée peut être par exemple reliée solidairement en rotation avec un arbre du train d'entraînement électrique. Le loquet à dents, qui peut être fixé sur un carter correspondant du train d'entraînement électrique, est engagé dans la roue dentée lors de l'actionnement de la composante mécanique, et pour cette raison cette roue dentée est arrêtée de manière abrupte. Grâce au freinage préliminaire du mouvement de rotation du train d'entraînement électrique au moyen de la composante électrique, les pointes de couple de rotation qui se produisent alors ont

cependant déjà été atténuées.

L'utilisation d'une roue dentée et d'un loquet à dents à titre de composante mécanique du frein de stationnement offre une série d'avantages. Ainsi, il est possible d'arrêter le véhicule à l'encontre d'un roulement inopiné de façon sûre vers l'avant et vers l'arrière sur de fortes pentes, même si un frein de blocage, éventuellement additionnellement prévu, est libéré. En outre, par une conception correspondante de la roue dentée et du loquet à dents, on peut garantir de pouvoir à nouveau libérer leur enclenchement sans difficulté même

en forte pente.

Pour le fonctionnement d'un frein de stationnement, on exige

habituellement que celui-ci vienne s'enclencher de façon sûre au-

dessous d'une certaine vitesse, par exemple inférieure ou égale à 5 km/h, cependant qu'un enclenchement ne doit plus être possible à partir d'une certaine vitesse, par exemple à partir de vitesses supérieures ou égales à 8 km/h. Grâce à cela, on doit empêcher que le conducteur puisse activer de façon involontaire le frein de stationnement pendant la

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circulation. Ces exigences peuvent être satisfaites en utilisant une roue dentée et un loquet à dents. Grâce à une réalisation correspondante des dents et des intervalles entre les dents, on garantit que les dents du loquet à dents seront également repoussées par les pentes des dents de la roue dentée, de sorte qu'il ne se produira aucun verrouillage. Ce phénomène est habituellement audible sous forme de bruit. Étant donné que l'on peut avoir recours à des systèmes de roues dentées déjà existants, on peut exclure le risque d'un verrouillage inopiné, étant donné que ces systèmes ont déjà fait les meilleures preuves dans la

pratique.

Avantageusement, la composante mécanique peut être amenée en coopération mécanique avec le train d'entraînement électrique lors de l'actionnement du frein de stationnement, par l'intermédiaire d'un dispositif d'actionnement électrique ou mécanique. À titre de dispositif d'actionnement électrique on peut prévoir par exemple un moteur électrique qui amène le loquet à dents en engagement avec la roue dentée. L'actionnement du loquet à dents peut cependant aussi avoir lieu par l'intermédiaire d'un système à câble correspondant. Naturellement, on peut également imaginer d'autres possibilités, de sorte que

l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits.

Avantageusement, la composante électrique peut comprendre une unité de commande au moyen de laquelle on produit ou on peut produire un court-circuit dans les bobinages du stator. Dans cette unité de commande on produit des signaux qui sont ensuite transmis au groupe électrique, par exemple à une unité électronique de puissance reliée au stator. Habituellement, les bobinages du stator sont branchés par l'intermédiaire de redresseurs et de semi-conducteurs de puissance correspondants, qui se trouvent à l'intérieur de l'unité électronique de puissance. Le signal transmis depuis l'unité de commande assure de modifier brièvement le branchement des bobinages individuels du stator

de telle façon que ceux-ci se trouvent dans un circuit en court-circuit.

De préférence, la composante électrique comprend au moins un élément capteur qui est relié à l'unité de commande. Ici, cet(ces) élément(s) capteur(s) et(sont) de préférence réalisé(s) pour produire des signaux

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sur la base desquels on produit, ou on peut produire, un court-circuit dans les bobinages du stator. Au moyen de cet élément capteur, ou de ces éléments capteurs, on peut saisir des données quelconques du système requises pour l'activation de la composante électrique et les transmettre à l'unité de commande. Avantageusement, un élément capteur peut être réalisé sous forme de capteur de position. Un tel capteur de position est par exemple avantageux lorsque l'actionnement du frein de stationnement doit être amorcé par l'intermédiaire d'un élément d'actionnement, comme par exemple un levier d'actionnement. Un tel exemple sera expliqué plus en

détail dans la suite de la description. Lorsqu'on met l'élément

d'actionnement dans une position prévue pour l'activation du frein de stationnement, cet actionnement de l'élément d'actionnement est détecté par le capteur de position. Les données saisies sont transmises à l'unité de commande et traitées dans celle-ci. Dans cette unité de commande on produit alors un signal qui provoque la mise en court- circuit des

bobinages du stator.

En outre, on peut prévoir à titre d'élément capteur également un capteur de vitesse. Ce capteur mesure la vitesse actuelle du véhicule et transmet cette valeur de mesure à l'unité de commande. Dans l'unité de commande, on a par exemple mémorisé la valeur limite pour une vitesse maximum à laquelle il est encore admis d'activer le frein de stationnement. Lorsque la vitesse mesurée est inférieure à celle de valeur maximum, l'activation de la composante électrique du frein de stationnement est possible. L'unité de commande va fournir un signal correspondant pour la mise en court-circuit des bobinages du stator. Si la vitesse actuelle mesurée est supérieure à une valeur limite admissible, l'activation de la composante électrique du frein de stationnement n'est pas possible, de sorte que les bobinages du stator ne sont pas mis en court-circuit. Dans les deux cas, l'activation de la composante mécanique peut avoir

lieu de façon indépendante de l'activation de la composante électrique.

L'activation de la composante mécanique a ici lieu après l'intervalle temporel déterminé. Cependant, si la vitesse actuelle du véhicule est

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supérieure à la vitesse limite pour l'activation du frein de stationnement, il ne se produira pas de problème étant donné que la composante mécanique ne va pas s'enclencher à la vitesse importante. Si l'on utilise une roue dentée et un loquet à dents, les dents du loquet seront repoussées par la roue dentée à partir d'une certaine vitesse. Selon le deuxième aspect de la présente invention, on propose un entraînement électrique pour véhicule, qui comprend un train d'entraînement pour l'entraînement des roues du véhicule, ce train 1 0 d'entraînement comprenant un groupe électrique avec un rotor, un stator doté d'un certain nombre de bobinages, et une unité électronique de puissance pour commander le groupe électrique, ainsi qu'une boîte de vitesse. Conformément à l'invention, cet entraînement électrique est caractérisé par le fait qu'il comprend un frein de stationnement tel que

1 5 décrit ci-dessus.

Avec un tel entraînement électrique, on peut réaliser avec des moyens simples et de manière économique un frein de stationnement que l'on peut par exemple utiliser comme deuxième système de freinage en plus d'un frein de blocage. Pour ce qui concerne les avantages, effets, et le mode de fonctionnement de l'entraînement selon la présente invention, on se réfère aux explications qui précèdent qui concerne le frein de

stationnement selon l'invention.

L'entraînement électrique comprend un groupe électrique dans lequel on produit le couple d'entraînement nécessaire. L'invention n'est pas limitée à des types de groupe déterminés. Avantageusement, on utilise cependant des groupes synchrones et ici en particulier des groupes synchrones à excitation permanente. La démultiplication, ou la surmultiplication, a lieu dans la boîte de vitesses située en aval. Après cette boîte de vitesse on peut encore disposer un différentiel qui

transmet alors le couple d'entraînement aux roues du véhicule.

Avantageusement, la composante mécanique du frein de stationnement peut être agencée entre le groupe électrique et la boîte de vitesses. Il s'agit ici d'un emplacement de montage auquel règnent des vitesses de

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rotation importantes et des couples de rotation relativement faibles.

Lorsqu'on utilise à titre de composante mécanique une construction à roue dentée, la roue dentée peut être reliée solidairement en rotation avec l'arbre du rotor. Le loquet à dents peut être alors relié au carter du groupe électrique. Dans une autre réalisation, la composante mécanique du frein de stationnement peut être agencée entre la boîte de vitesses et le différentiel. Il s'agit alors d'un emplacement de montage auquel règnent des vitesses de rotation relativement faibles et des couples de rotation relativement élevés. Lorsqu'on utilise une structure à roue dentée, la roue dentée peut être reliée solidairement en rotation à la cage du différentiel. Le loquet à dents peut être alors relié au carter du différentiel. Dans les deux modes de réalisation, on a besoin seulement

d'une faible place.

Avantageusement, la boîte de vitesses peut être réalisée sous forme de transmission à planétaires. Une telle transmission à planétaires peut être agencée coaxialement à l'arbre du rotor. Les transmissions à planétaires comprennent en règle générale une roue solaire, une couronne creuse, ainsi que diverses roues planétaires, lesquelles sont agencées sur un porte-planétaires, et les roues individuelles sont agencées et alignées coaxialement les unes par rapport aux autres. De cette façon, une transmission à planétaires représente une transmission efficace avec un

faible besoin en place.

Avantageusement, la composante mécanique du frein de stationnement et la boîte de vitesses peuvent être agencées à l'intérieur du groupe électrique. Si le groupe électrique est réalisé sous forme d'un groupe à rotor extérieur, il existe alors au milieu habituellement un espace libre qui permet dans une large mesure l'intégration de la boîte de vitesses et de la composante mécanique du frein de stationnement dans le groupe électrique. Grâce à cela, on peut réaliser des longueurs structurelles

axiales particulièrement courtes.

Dans une autre réalisation, on peut prévoir pour l'actionnement de la boîte de vitesses et pour l'actionnement du frein de stationnement un élément d'actionnement, en particulier un levier d'actionnement guidé dans une console de commutation. L'activation du frein de

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stationnement peut alors avoir lieu par voie électrique ou mécanique.

Lorsque l'activation a lieu par voie électrique, on branche tout d'abord les bobinages du stator en court-circuit. Ensuite a lieu le déclenchement électrique de la composante mécanique. Lors de l'actionnement mécanique, on intègre avantageusement un commutateur ou similaire dans l'élément d'actionnement, qui engendre avant l'enclenchement mécanique du frein de stationnement un signal grâce auquel les

bobinages du stator sont branchés en court-circuit.

Avantageusement, l'élément capteur, réalisé sous forme de capteur de position, est relié à l'élément d'actionnement. De cette manière, le déplacement de l'élément d'actionnement jusque dans la position de commutation correspondante est détecté par le capteur de position et transmis à l'unité de commande. Au moyen de celle-ci, on produit alors le branchement en court-circuit des bobinages du stator. Lorsque l'élément d'actionnement a atteint la position de commutation souhaitée pour le stationnement, la composante mécanique est activée. Le retard temporel entre la production du signal par le capteur de position et l'activation de la composante mécanique, qui correspond à un intervalle temporel fixé, suffit pour freiner le rotor par le court-circuit ainsi produit déjà suffisamment pour que la liaison mécanique entre la composante mécanique et le rotor puisse maintenant avoir lieu sans qu'il

puisse se produire d'endommagements en raison de surcharges.

De préférence, l'unité de commande du frein de stationnement est reliée

à l'unité électronique de puissance du groupe électrique.

Selon une autre réalisation, on peut encore prévoir un frein de blocage additionnel pour les roues du véhicule, de sorte que le véhicule dispose

au total de deux systèmes de freinage.

Selon le troisième aspect de l'invention, on propose enfin un procédé pour actionner un frein de stationnement tel que décrit ci-dessus pour un véhicule doté d'un entraînement électrique selon l'invention tel que décrit ci-dessus, ce procédé étant caractérisé conformément à l'invention par les opérations suivantes:

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a) on active la composante électrique du frein de stationnement, grâce à quoi on produit au moins temporairement un court-circuit dans les bobinages du stator; et b) après écoulement d'un intervalle temporel déterminé, on active la composante mécanique du frein de stationnement, de sorte que celle-ci est amenée en coopération mécanique avec le train d'entraînement

électrique, et arrête le mouvement de rotation de celui-ci.

Grâce au procédé selon invention, il devient possible d'une manière simple et économique de réaliser un frein de stationnement également dans un véhicule doté d'un entraînement électrique, et dans lequel on peut utiliser à titre de composante mécanique du frein de stationnement un dispositif déjà connu avec une dimension relativement faible par

comparaison aux pointes de couple de rotation maximum possibles.

Pour ce qui concerne les avantages, les effets et le mode de fonctionnement du procédé selon l'invention, on se référera à nouveau aux explications qui précèdent et concernant le frein de stationnement

de l'invention ainsi que l'entraînement électrique selon l'invention.

Avantageusement, l'activation de la composante mécanique peut avoir

lieu entre 10 et 100 ms après l'activation de la composante électrique.

De préférence, l'activation de la composante électrique du frein de stationnement n'a lieu qu'au-dessous d'une vitesse déterminée du véhicule, avantageusement inférieure ou égale à 5 km/h. De cette manière, comme cela a déjà été expliqué, en obtient d'empêcher une mise en court- circuit inopiné des bobinages du stator à partir d'une vitesse à laquelle une telle activation de la composante électrique

pourrait devenir dangereuse.

L'invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins ci-joints, dans lesquels la figure unique montre une vue schématique d'un entraînement électrique selon

l'invention pour un véhicule.

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Dans la figure 1, on a représenté sous forme fortement schématisée un véhicule 10 avec entraînement électrique. Dans le présent mode de

réalisation, il s'agit d'un véhicule automobile 10 à roues avant motrices.

Pour des raisons de clarté, on a représenté seulement les éléments qui présentent un intérêt pour la présente invention, et les éléments

individuels n'ont pas été représentés à l'échelle.

Le véhicule 10 comprend un train d'entraînement 20 qui produit et qui transmet le couple d'entraînement pour le fonctionnement du véhicule 10. A cet effet, celui-ci comprend un groupe électrique 30, réalisé sous forme d'un groupe synchrone à excitation permanente, et qui coopère avec une boîte de vitesses 21 réalisée sous forme de transmission à planétaires. Laboite de vitesses 21 est accouplée à un différentiel qui transmet alors le couple d'entraînement, via un axe 24, à deux roues 11

du véhicule 10.

Le groupe électrique 30 est réalisé sous forme d'un groupe à rotor extérieur, et comprend un carter 30 en plusieurs parties, dans lequel sont agencés un rotor 36 et un stator 32. Sur le stator 32 sont agencés un certain nombre de bobinages 33. Ces bobinages du stator sont branchés les uns avec les autres, et reliés par des lignes électriques correspondantes 34 et par des raccordements électriques correspondants, à une unité électronique de puissance 35 pour commander le groupe électrique 30. Le rotor 36 est en liaison d'entraînement avec la boîte de vitesses 21 par l'intermédiaire de son arbre de rotor 37. Par la rotation du rotor 36, on produit dans celui-ci un couple de rotation qui est transmis par l'arbre de rotor 37 à la boîte de vitesses 21, dans laquelle il est démultiplié, ou surmultiplié. Le couple de rotation ainsi modifié est alors transmis via le l'arbre de sortie 22 de la boîte de vitesses vers le différentiel 23, dans lequel il est divisé et

transmis aux deux roues 11.

Dans un mode de réalisation préféré, le train d'entraînement 20 est ainsi réalisé que le rotor 36 coopère avec la roue solaire de la transmission à planétaires 21, tandis que la cage du différentiel 23 coopère avec le porte-planétaires, qui porte les roues planétaires, de la transmission à

planétaires 21.

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Pour empêcher au véhicule de se mettre à rouler de façon inopinée, on prévoit un frein de stationnement 40, formé par une composante mécanique 41 et par une composante électrique 45. La composante mécanique 41 comprend une roue dentée 42, reliée solidairement en rotation avec l'arbre de rotor 37. Il est prévu en outre un loquet à dents 43, destiné à s'engager dans la roue dentée 42, ce loquet à dents étant

agencé de façon ferme sur le carter 31, mais avec faculté de basculer.

Lorsque la composante mécanique 41 est agencée entre la boîte de vitesses 21 et le différentiel 23, la roue dentée est de préférence reliée à la cage du différentiel, tandis que le loquet à dents 43 est agencé de manière ferme sur le carter du différentiel, mais avec faculté de basculer. L'actionnement de la composante mécanique a lieu au moyen d'un élément d'actionnement 26 guidé dans une console de commutation 25, cet élément d'actionnement étant réalisé sous forme de levier d'actionnement dans le cas présent. Le levier d'actionnement 26 est relié au loquet à dents 43 de la composante mécanique 41 par l'intermédiaire d'une liaison appropriée, c'est-à-dire une liaison mécanique 44 dans le cas présent, comme une liaison par cable ou similaire. L'opération de commutation sera expliquée de façon encore plus détaillée dans la suite

de la description.

Le levier d'actionnement 26 peut être amené dans différentes positions

de commutation 28 à l'intérieur de la console de commutation 25.

Lorsqu'on doit activer le frein de stationnement, le levier d'actionnement 26 est placé dans la position de commutation "P". En outre, pour le passage de la boîte de vitesses 21 pour le déplacement en marche avant et en marche arrière, le levier d'actionnement 26 peut être amené dans différentes positions de commutation, qui sont désignées dans le cas présent par "R" pour la marche arrière, "N" pour la position neutre, "D" pour la marche avant, et "X" et "Y" pour divers programmes de fonctionnement. Lors du déplacement du levier d'actionnement 26, afin de produire un réglage correspondant pour un programme, le levier d'actionnement 26 est relié par une liaison

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appropriée 27 à la boîte de vitesses 21, qui ne sera cependant pas décrite

plus en détail dans le cas présent.

Parmi les divers programmes de fonctionnement, on peut par exemple trouver ce que l'on appelle un "freinage de récupération". Il s'agit ici d'un programme qui fait fonctionner le groupe électrique 30 non pas comme moteur, mais comme générateur, dès que le conducteur enlève le pied de la pédale d'accélérateur. La puissance produite dans ce cas est envoyée dans la batterie du véhicule. Parmi les divers programmes de fonctionnement, on peut également trouver par exemple un programme dit de "descente en montagne". Dans ce cas, le groupe électrique est commandé de telle manière qu'il peut faire office de frein moteur, de manière analogue aux moteurs habituels à combustion interne. Les programmes de fonctionnement cités sont simplement des exemples, de sorte qu'il est également possible de prévoir d'autres programmes de fonctionnement, et que l'invention n'est pas limitée à ceux qui ont été cités. La composante électrique 45 du frein de stationnement 40 comprend une unité de commande 46, reliée à l'unité électronique de puissance 35 via une ligne électrique 47. En outre, on a prévu divers éléments capteurs qui saisissent des données spécifiques pour le véhicule et les envoient à l'unité de commande 46. Dans ce qui va suivre, on va citer deux éléments capteurs, mais la présente invention n'est pas limitée aux

types de capteurs qui seront décrits.

L'un des éléments capteurs est réalisé sous forme de capteur de position 48, relié au levier d'actionnement 26, ou intégré dans celui-ci. Le capteur de position 48 est relié à l'unité de commande 46 via une ligne de signal 49. En d'autres, il est prévu un capteur de vitesse 50, relié à l'unité de commande 46 via une ligne de signal 51. Le capteur de vitesse détecte la vitesse actuelle du véhicule 10 et envoie cette valeur à

l'unité de commande 46.

Dans ce qui suit, on va maintenant décrire le mode de fonctionnement du frein de stationnement 40. Le frein de stationnement 40 peut être

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utilisé en plus d'un frein de blocage habituel, de sorte que le véhicule 10 dispose de deux systèmes de freinage différents et indépendants, qui empêchent de façon sûre que le véhicule se mette à rouler de façon

inopinée, en particulier sur une route en pente.

Comme illustré dans la figure 1, la roue dentée 42 de la composante mécanique 41 est reliée fermement en rotation avec le rotor 36, ou respectivement à l'arbre de rotor 37. Lors du fonctionnement, le rotor 36 produit un couple de rotation élevé. Lorsqu'on actionne la composante mécanique 42, le loquet à dents 43 s'enclenche dans la roue dentée 42, de sorte que celle-ci est brusquement freinée, et avec elle également le rotor 36. Les pointes de couple de rotation qui se produisent dans ce cas suffiraient à détruire une roue dentée 42 et un loquet à dents 43 de dimensions normales. Grâce à la composante électrique additionnelle 45 du frein de stationnement 40, on obtient cependant que le rotor 36 soit déjà freiné avant que la composante mécanique 42 vienne en engagement. Lorsque le conducteur veut activer le frein de stationnement 40, il déplace le levier d'actionnement 26 jusque dans la position de commutation "P". Ce mouvement de commutation est détecté par le capteur de position 48. Cela peut se produire de manières les plus diverses. Il est ainsi par exemple imaginable d'agencer le capteur de position 48 dans la console de commutation 25 entre les positions "R" et "P". Ce capteur va alors détecter lorsque le levier d'actionnement 26 passe devant lui-même et engendrer un signal correspondant. Il est aussi imaginable d'intégrer le capteur de position 48 dans le levier d'actionnement 26. Il peut être alors réalisé par exemple sous forme de détecteur de course, de détecteur de distance, ou similaire, qui détecte le déplacement du levier d'actionnement 26 et transmet une information correspondante. L'invention n'est pas limitée à des formes de réalisation

déterminées du capteur de position 48.

Le signal saisi par le capteur de position 48 est transmis via la ligne de signal 49 à l'unité de commande 46 et il est traité dans celle- ci. Dans l'unité de commande 46 on génère un signal correspondant qui est envoyé à l'unité électronique de puissance 35, dans laquelle il provoque

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une brève mise en court-circuit des bobinages 33 du stator. Ainsi, on produit un couple de freinage dans le groupe électrique 30, qui freine le

rotor 36.

Le frein de stationnement 40 est ainsi réalisé que la composante électrique 45 est activée à un intervalle temporel déterminé avant la composante mécanique 41. Cet intervalle temporel peut être compris entre 10 et 100 ms. Lorsque le capteur de position 48 est par exemple agencé entre les positions de commutation "R" et "P", il va déjà détecter un signal correspondant, qui provoque alors la mise en court-circuit des bobinages 33 du stator, et le transmettre avant que le levier de

d'actionnement 26 ait atteint la position de commutation souhaitée "P".

Ce n'est que lorsque le levier d'actionnement 26 a définitivement atteint la position "P" que la composante mécanique 41 du frein de stationnement 40 est activée. Grâce au choix d'une distance appropriée entre le capteur de position 48 et la position de commutation définitive

"P" on peut établir l'intervalle temporel requis.

Après avoir déjà freiné le rotor 36 au moyen du couple de freinage produit par mise en court-circuit des bobinages 33 du stator, on active la composante mécanique 41 avec un retard temporel, de sorte que le loquet à dents 43 s'enclenche dans la roue dentée 42. De ce fait, le rotor 36 est définitivement amené à l'arrêt. Étant donné que lors de l'activation de la composante mécanique 41 il n'existe plus dans le rotor 36 que des pointes de couple de rotation nettement plus faibles, on peut choisir pour la composante mécanique 41 des dimensions d'autant plus faibles. Avec un tel frein de stationnement 40, il est en règle générale nécessaire que celui-ci soit activé de manière sûre jusqu'à une vitesse maximale déterminée du véhicule 10, mais qu'il ne puisse plus être activé à partir d'une vitesse déterminée, pour des raisons de sécurité. Pour cette raison, on prévoit le capteur de vitesse 50. Quand le capteur de position 48 fournit un signal correspondant à l'unité de commande 46, on détecte au moyen du capteur de vitesse 50 la vitesse actuelle du véhicule 10, et on la compare dans l'unité de commande 46 avec des valeurs seuil mémorisées dans celle-ci. Quand la vitesse est inférieure à une valeur

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maximum déterminée, par exemple 5 km/h, l'actionnement du frein de stationnement 40 est possible, de sorte que la composante électrique 45 est activée pour produire un court-circuit temporaire dans les bobinages

33 du stator.

Lorsque le capteur de vitesse 50 détermine une vitesse supérieure à une valeur limite déterminée, par exemple supérieure à 8 km/h, un actionnement du frein de stationnement ne doit plus être possible. Si le conducteur déplace de manière involontaire le levier d'actionnement 26 jusque dans la position de commutation "P" à une vitesse supérieure à 8 kmn/h, le capteur de position 48 produit tout d'abord le signal qui doit activer la composante électrique 45. Cependant, en se basant sur la valeur déterminée par le capteur de vitesse 50, cet ordre est annulé, de sorte que l'on ne produit finalement aucun court-circuit dans les

bobinages 33 du stator.

Certes, en raison du déplacement inopiné du levier d'actionnement 26 lorsqu'il atteint la position de commutation "P", la composante mécanique 41 est activée, mais cela n'est pas un problème. Les dents de la roue dentée 42 et celles du loquet à dents 43 ont une forme et une distance ainsi choisies qu'un enclenchement n'est plus possible à partir d'une vitesse déterminée. Lorsqu'on dépasse cette vitesse limite, les dents du loquet à dents 43 sont repoussées lors d'une tentative d'enclenchement par la roue dentée 42. Le conducteur va percevoir ce repoussement pas un bruit, ce qui lui signale simultanément également

l'action de commutation erronée.

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Claims

Revendications

1. Frein de stationnement pour un véhicule qui comprend un train d'entraînement électrique, dans lequel le train d'entraînement électrique (20) comprend un groupe électrique (30) avec un rotor (36), un stator (32) pourvu d'un certain nombre de bobinages de stator (33), et une unité électronique de puissance (35) pour commander le groupe électrique (30), caractérisé en ce que le frein de stationnement (40) comprend une composante mécanique (41) qui, lors de l'actionnement du frein de stationnement (40), est amenée ou susceptible d'être amenée en coopération mécanique avec le train d'entraînement électrique (20) afin d'arrêter son mouvement de rotation, en ce que le frein de stationnement (40) comprend une composante électrique (45) réalisée de manière à produire ou à pouvoir produire, lors d'une intention d'actionnement du frein de stationnement (40), un court-circuit au moins temporaire dans les bobinages de stator (33), et en ce que la composante électrique (45) est activée, lors de l'actionnement du frein de stationnement (40), à un intervalle temporel déterminé avant la

composante mécanique (41).

2. Frein de stationnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que

l'intervalle temporel est compris entre 10 et 100 ms.

3. Frein de stationnement selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou

2, caractérisé en ce que la composante mécanique (41) comprend une

roue dentée (42) et un loquet à dents (43).

4. Frein de stationnement selon l'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que la composante mécanique (41), lors de l'actionnement du frein de stationnement (40), est amenée ou susceptible d'être amenée en coopération mécanique avec le train d'entraînement électrique (20) par l'intermédiaire d'un dispositif

d'actionnement électrique ou mécanique (26,44).

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5. Frein de stationnement selon l'une des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que la composante électrique (45) comprend une unité de commande (46), par l'intermédiaire de laquelle on produit ou on peut

produire un court-circuit dans les bobinages de stator (33).

6. Frein de stationnement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la composante électrique (45) comprend au moins un élément capteur (48; 50) qui est relié à l'unité de commande (46), et en ce que ledit au moins un élément capteur (48; 50) est réalisé pour produire des signaux sur la base desquels on produit ou on peut produire un court-circuit dans

les bobinages de stator (33).

7. Frein de stationnement selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément détecteur capteur est réalisé sous forme de capteur de position

(48).

8. Frein de stationnement selon l'une ou l'autre des revendications 6 et

7, caractérisé en ce que l'élément capteur est réalisé sous forme de

capteur de vitesse (50).

9. Entraînement électrique pour véhicule, comprenant un train d'entraînement (20) pour l'entraînement de roues (11) du véhicule (10), le train d'entraînement (20) comprenant un groupe électrique (30) avec un rotor (36), un stator (32) avec un certain nombre de bobinages de stator (33), et une unité électronique de puissance (35) pour commander le groupe électrique (30), ainsi qu'une boite de vitesses (21), caractérisé en ce qu'il comprend un frein de stationnement (40) selon l'une des

revendications 1 à 8.

10. Entraînement électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est prévu un différentiel (23) disposé en aval de la boîte de vitesses (21).

11. Entraînement électrique selon l'une ou l'autre des revendications 9 et

10, caractérisé en ce que la composante mécanique (41) du frein de

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stationnement (40) est agencée entre le groupe électrique (30) et la boîte de vitesses (21), ou bien en ce que la composante mécanique (41) du frein de stationnement (40) est agencée entre la boîte de vitesses (21) et

le différentiel (23).

12. Entraînement électrique selon l'une des revendications 9 à 11,

caractérisé en ce que la boîte de vitesses (21) est réalisée sous forme de

transmission à planétaires.

13. Entraînement électrique selon l'une des revendications 9 à 12,

caractérisé en ce que la composante mécanique (41) du frein de stationnement (40) et la boîte de vitesses (21) sont agencées à l'intérieur

du groupe électrique (30).

14. Entraînement électrique selon l'une des revendications 9 à 13,

caractérisé en ce que, pour l'actionnement de la boîte de vitesses (21) et pour l'actionnement du frein de stationnement (40), il est prévu un élément d'actionnement (26), en particulier un levier d'actionnement

guidé dans une console de commutation (25).

15. Entraînement électrique selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'élément capteur, réalisé sous forme de capteur de position (48), est

relié à l'élément d'actionnement (26).

16. Entraînement électrique selon l'une des revendications 9 à 15,

caractérisé en ce que l'unité de commande (46) du frein de stationnement (40) est reliée à l'unité électronique de puissance (35) du

groupe électrique (30).

17. Entraînement électrique selon l'une des revendications 9 à 16,

caractérisé en ce qu'il est prévu en outre un frein de blocage additionnel

pour les roues (11) du véhicule.

18. Procédé pour l'actionnement d'un frein de stationnement selon l'une

des revendications 1 à 8, pour un véhicule comprenant un entraînement

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électrique selon l'une des revendications 9 à 17, caractérisé par les

opérations suivantes: a) on active la composante électrique du frein de stationnement, grâce à quoi on produit un court-circuit au moins temporaire dans les bobinages du stator; et b) après écoulement d'un intervalle temporel déterminé, on active la composante mécanique du frein de stationnement, de sorte que celle-ci est amenée en coopération mécanique avec le train d'entraînement

électrique et arrête son mouvement de rotation.

19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'activation de la composante mécanique a lieu 10 à 100 ms après activation de la

composante électrique.

20. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 18 et 19,

caractérisé en ce que l'activation de la composante électrique du frein de stationnement a lieu uniquement au-dessous d'une vitesse limite déterminée du véhicule, de préférence une vitesse inférieure ou égale à km/h.