FR2839023A1 - Groupe motopropulseur hybride pour un vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

Un groupe motopropulseur hybride comporte un groupe thermique (1) une transmission (8) pour transmettre un mouvement d'entraînement d'un véhicule, le groupe thermique (1) transmettant un mouvement à la transmission (8), un bâti (20) comportant un train d'engrenages épicycloïdaux (2) dont le porte-satellites (21) est solidaire d'un arbre de sortie (26) transmettant un mouvement à la transmission (8), une machine électrique (3) entraînant le planétaire (22) du train d'engrenages épicycloïdaux (2). Le train d'engrenages épicycloïdaux (2) comporte en outre des moyens d'immobilisation (5) pour lier, sur commande, la couronne (23) du train d'engrenages épicycloïdaux (2) au bâti (20) et en conséquence coupler la machine électrique (3) à l'arbre de sortie (26). Application aux véhicules hybrides.

Description

panneau BUT laquelle le ruban eat depose.
Groupe motopropulseur hybride pour un vehicule automobile. L' invention concerne un groupe motopropulseur
hybride pour un vehicule automobile.
Les groupes motopropulseurs hybrides utilisent deux sources d'energie differentes en fonction des S conditions d'utilisation du vehicule. En particulier, des vehicules hybrides comportent un moteur thermique alimente par un carburant et un moteur electrique alimente par des accumulateurs. De tels vehicules ont l'avantage de pouvoir circuler par moment sans rejeter de gaz de combustion, par exemple en circulation urbaine, ou de beneficier de lautonomie
de circulation procuree par la reserve de carburant.
De plus, le choix de la source d'energie permet d'optimiser le fonctionnement du vehicule en terme de rendement energetique, d'autonomie et de depollution
par des moyens tels que les pots catalytiques.
Cependant, l'ajout d'un moteur electrique doit rester compatible avec l'espace disponible dans un
compartiment moteur du vehicule.
On connalt par le document US 5,558,595 differentes configurations de groupe motopropulseur hybride comportant un moteur thermique et deux moteurs electriques dont l'un est connecte sur un arbre de sortie entralnant les roues du vehicule. En 2s particulier, dans un mode de realisation represente sur la figure 6 du document precise, le groupe motopropulseur comporte un train d'engrenages epicycloidaux dont un portesatellites est relic directement a l'arbre de sortie, le planetaire est relie a l'un des moteurs electriques et la couronne est fixe. Un groupe thermique comportant l'autre moteur electrique et le moteur thermique engrene avec une roue dentee reliee a l'arbre de sortie. Ainsi, la machine electrique est reliee de maniere permanente aux roues, en passant par un etage de reduction. Quand l'entralnement du vehicule est realise par le groupe thermique exclusivement, le lo moteur electrique est quand meme entralne en rotation. Lorsque le vehicule atteint une vitesse importante, l'entralnement du moteur electrique
produit des pertes d'energie.
C'est donc un objectif de l' invention de fournir un groupe motopropulseur hybride minimisant les pertes d'energie dans des moteurs ou des generateurs, en assurant qu'ils solent entralnes uniquement quand ils fournissent de ltenergie. C'est egalement un objectif de fournir un groupe motopropulseur hybride suffisamment compact pour
tenir dans le compartiment moteur d'un vehicule.
Avec cet objectif en vue, l' invention a pour objet un groupe motopropulseur hybride comportant un groupe thermique, une transmission pour transmettre un mouvement d'entralnement d'un vehicule, le groupe thermique transmettant un mouvement a la transmission, un bati comportant un train dengrenages epicycloidaux dont le porte-satellites est solidaire d'un arbre de sortie transmettant un mouvement a la transmission, une machine electrique entralnant le planetaire du train d'engrenages epicycloidaux, caracterise en ce que le train d'engrenages epicycloidaux comporte des moyens dimmobilisation pour lier, sur commande, la couronne du train d'engrenages epicycloidaux au bati et en consequence coupler la machine electrique a l'arbre de sortie. Ainsi, lorsque la couronne est bloquee par rapport au bati, la machine electrique est liee a l'arbre de sortie, avec un rapport de reduction defini par la geometric du train d'engrenages epicycloidaux. En comparaison avec une transmission directe du moteur electrique sur l'arbre de sortie, le couple nominal de la machine electrique est diminue, grace au rapport de reduction, pour obtenir le meme couple sur l'arbre de sortie. Le rapport de reduction permet d'optimiser la taille de la machine electrique par la reduction de son couple nominal et en utilisant la machine electrique sur une plus
grande plage de vitesse.
Lorsque la couronne nest pas liee au bati, elle est libre en rotation, et la machine electrique ni est pas liee a l 'arbre de sortie. L' entralnement du vehicule est alors assure uniquement par le groupe thermique, sans perte d'energie qui serait due a l'entralnement de la machine electrique. Grace a ['invention, l' ensemble comportant la machine electrique et le train d'engrenages epicycloidaux a une fonction d'entralnement, de couplage et de reduction dans un volume tres reduit. La liaison de la couronne au bati est realisee par exemple, de maniere classique, au moyen d'un coupleur
multidisques ou d'un frein a sangle.
Le groupe thermique comporte en outre des moyens de couplage pour lier, sur commande, le groupe thermique a la transmission. Ainsi, le vehicule peut fonctionner dans un mode purement electrique, lorsque le groupe thermique est decouple et que la machine electrique est couplee, dans un mode thermique quand la machine electrique est decouplee et que le groupe thermique est couple, ou dans un mode hybride parallele lorsque le groupe thermique et la machine electrique vent couples simultanement a la transmission. Dans ce mode hybride parallele, la machine electrique peut fonctionner soit en moteur en fournissant un couple d'entralnement, soit en generateur pour utiliser une partie de ltenergie du groupe thermique et convertir cette energie en electricite pour charger des accumulateurs electriques. Les moyens de couplage vent par exemple un train epicycloidal comportant en entree une machine electrique et sur une autre entree le moteur thermique. Mais de preference, les moyens de couplage vent un systeme a crabot ou un embrayage multidisques. Le groupe thermique peut comporter une bolte de
vitesses classique, robotisee ou automatique.
Cependant, de preference, le groupe thermique ne comporte pas de bolte de vitesses et la transmission a un rapport de reduction fixe. Ainsi, le groupe motopropulseur est de taille tres reduite. Dans ce cas, le groupe thermique est utilisable sur une plage de vitesse limitee, qui n'est pas complete, le reste de la plage de vitesse du vehicule etant couvert par
la machine electrique.
De preference, le rapport de reduction fixe de la transmission est choisi de telle sorte que la vitesse de rotation maximale du groupe thermique corresponde sensiblement a la vitesse maximale du vehicule. Ainsi, le groupe thermique est utilise pour les hautes vitesses du vehicule. En effet, les hautes vitesses du vehicule vent en general utilisees sur de longues periodes en circulation extra-urbaine. Le groupe thermique a typiquement une plus grande autonomic qu'un moteur electrique alimente par des lo accumulateurs, et est done prefere comme source denergie pour le fonctionnement pendant ces periodes. Le vehicule fonctionne alors soit en mode thermique, soit en mode hybride pour que la machine electrique fournisse un supplement de puissance sur une course periode ou recharge les accumulateurs. Le decouplage de la machine electrique autorise de depasser la vitesse du vehicule correspondent a la vitesse maximale de la machine electrique, en
fonctionnant en mode thermique.
Par ailleurs, l'entralnement du vehicule sur la plage de petites vitesses est assure en mode electrique par la machine electrique. Cette plage de fonctionnement recouvre les phases de demarrage du vehicule a partir d'une vitesse nulle et de circulation du vehicule a falble vitesse. Wile correspond typiquement a une circulation urbaine pour
laquelle le mode electrique est parfaitement adapte.
En effet, le mode electrique permet de maniere connue des accelerations faciles, un demarrage du vehicule aise et confortable, une recuperation de l'energie a la deceleration, et un fonctionnement silencieux et
non polluant.
Dans un mode de realisation particulier, le groupe thermique comporte un moteur thermique et un demarreur electrique pour demarrer le moteur thermique. Le demarreur permet le demarrage du moteur thermique, que le vehicule soit a l'arret ou deja en route. Dans un autre mode de realisation particulier, le groupe thermique comporte un moteur thermique et une deuxieme machine electrique. Cette machine electrique a une fonction de demarreur pour le moteur thermique, de moteur electrique pour fournir un surcrolt de puissance sur de petites periodes ou de generat eur pour recharger l es accumul at eurs ou alimenter la premiere machine electrique dans un mode
hybride eerie.
Ainsi, le groupe motopropulseur comporte des moyens de liaison electrique pour que la deuxieme machine electrique fournissent de lenergie a la premiere machine electrique dans un mode de fonctionnement hybride serie dans lequel les moyens de couplage vent decouples et les moyens diimmobilisation vent actives. Le moteur thermique peut fonctionner alors a son point de fonctionnement optimal en terme de rendement et de depollution, meme
si le vehicule circule a basse vitesse.
L' invention sera mieux comprise et d'autres particularites et avantages apparaltront a la lecture
de la description qui va suivre, la description
faisant reference aux dessins annexes parmi lesquels: la figure 1 est une vue schematique d'un groupe motopropulseur hybride conforme a l' invention; la figure 2 un schema de vitesses de differents composants du train epicycloidal; - la figure 3 est une variante du groupe motopropulseur de la figure 1. La figure 1 montre un schema d'un mode de realisation de l' invention d'un groupe motopropulseur diun vehicule qui comporte un groupe thermique 1, un train a engrenages epicycloidaux 2, une premiere machine electrique 3 et une transmission. La transmission recoit un mouvement d'entralnement en provenance du groupe thermique 1 par un arbre de couplage 62 et en provenance du train d'engrenages 2 par un arbre de sortie 26. Wile comporte un reducteur 1S 24 et un pont 8 lie au reducteur 24 pour entralner
des roues 9 motrices du vehicule.
Le groupe thermique 1 comporte un moteur thermique 11 et une deuxieme machine electrique 12, leurs rotors etant lies en permanence a un arbre thermique 60. L'arbre thermique 60 est relic a l'arbre de couplage 62 par l'intermediaire de moyens de couplage 61, tels qu'un systeme a crabots ou un embrayage multidisques, par exemple. Les arbres 60 et 62 vent lies en rotation sur commande par les moyens de couplage 61. L,arbre de couplage 62 comporte en
outre un pigeon de couplage 63.
Le train d'engrenages epicycloidaux 2 comporte un planetaire 22 solidaire d'un arbre electrique 7, un porte-satellites 21 ayant le meme axe de rotation que le planetaire 22, des satellites 25 qui engrenent avec le planetaire 22 et dont les axes de rotation vent portes par le portesatellites 21, et une couronne 23 a denture interieure, ayant le meme axe de rotation que le planetaire 22, et qui engrene avec les satellites 25. Le train a engrenages epicycloidaux comporte en outre des moyens dtimmobilisation 5 qui agissent sur la couronne 23
pour immobiliser la couronne sur commande.
La deuxieme machine electrique 3 comporte un rotor 10 solidaire de l'arbre electrique 7 qui porte le planetaire 22. Le porte-satellites est solidaire de l'arbre de sortie 26 qui comporte un pigeon de sortie 27 qui engrene avec un etage de reduction 28 du reducteur 24. L'etage de reduction 28 engrene egalement avec une couronne 80 du pont 8. Le pigeon de couplage 63 engrene egalement avec le pigeon de sortie 27 de telle sorte qutil est egalement couple avec le reducteur 24 par l'intermediaire du pigeon de sortie 27. Dans une variante de la transmission, non representee, le pigeon de couplage engrene directement avec l'etage de reduction 28. Dans une autre variante non representee, le pigeon de couplage 63 engrene avec la couronne 80. Ces configurations se differencient par les rapports de reduction et par la 2s position relative des constituents du groupe motopropulseur. Cependant, elles vent equivalentes au
niveau du fonctionnement.
En se referent a la figure 2, les vitesses des elements du train a engrenages epicycloidaux vent representees. Le diagramme comporte trots axes de vitesse c, ps et _ correspondent aux vitesses de rotation respectivement de la couronne 23, du porte satellites 21 et du planetaire 22. Un axe de zero z coupe les axes de vitesse au point de lecture de vitesse nulle. Les axes c et ps vent espaces d'une distance proportionnelle au nombre de dents de la couronne 23, tandis que les axes de vitesse ps et p vent espaces d'une distance proportionnelle au nombre de dents du planetaire 22. Un point de fonctionnement du train a engrenages epicycloidaux est represente par un segment de droite reliant les axes de vitesse c et _ en coupant l'axe ps. On lit les vitesses de rotation de chacun des elements sur les axes _, ps et
c a l' intersection du segment de droite.
Sur la figure 2, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 26 se lit sur l'axe ps, tandis que celle de l'arbre electrique 7 se lit sur l'axe _. La vitesse de rotation de l'arbre de sortie est egalement proportionnelle a la vitesse de rotation des roues, le sens positif correspondent a une marche avant du vehicule. De meme, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 26 est proportionnelle a la vitesse de rotation du groupe thermique dans le cas ou les moyens de couplage 61 vent actionnes pour lier en rotation l'arbre thermique 60 avec l'arbre de
couplage 62.
Le groupe motopropulseur a plusieurs modes de fonctionnement. Un mode de fonctionnement electrique est obtenu en commandant les moyens dimmobilisation pour bloquer la couronne 23 et en desaccouplant le groupe thermique 1 en commandant les moyens de couplage 61. La machine electrique 3 entralne alors seule le vehicule, soit en marche avant comme represente par le segment 41, soit en marche arriere comme represente par le segment 40, le train epicycloidal realisant une reduction de la vitesse de rotation de la machine electrique 3. Grace au rapport de reduction, toute la plage de vitesse de la machine s electrique est utilisable tout en multipliant le
couple delivre a la transmission.
Dans un mode hybride parallele, les moyens diimmobilisation 5 bloquent la couronne 23 et les moyens de couplage 61 relient le groupe thermique 1 a la transmission. Le groupe thermique 1 est alors en mesure de fournir un couple supplementaire a la transmission. Cependant, le moteur thermique 11 a une vitesse de rotation minimale au-dessous de laquelle il ne peut pas delivrer de couple. Ce seuil de vitesse est represente par un seuil s sur l'axe ps de la figure 2 et par le segment 42. Ce seuil correspond done a une vitesse du vehicule au-dessous de laquelle
le vehicule ne peut pas fonctionner en mode hybride.
Pour activer ce mode de fonctionnement, il est necessaire de passer par le mode electrique pour amener le vehicule a rouler au-dela d'une vitesse minimale correspondent au seuil s. Dans ce mode de fonctionnement, la premiere machine electrique 3 fonctionne soit en generateur pour recharger les 2s accumulateurs, soit en moteur pour fournir un couple
supplementaire a la transmission.
Dans un mode thermique, les moyens d'immobilisation 5 vent commandes pour que la couronne 23 soit libre en rotation, les moyens de couplage 61 etant actionnes pour lier l'arbre thermique 60 avec l'arbre de couplage 62. Le vehicule est entralne alors uniquement par le groupe thermique 1, avec un rapport de reduction unique. La deuxieme machine electrique 12 fonctionne soit en generateur pour recharger les accumulateurs, soit en moteur pour fournir un couple supplementaire en cas de besoin s pour une acceleration ou le franchissement d'une cote. La premiere machine electrique 3 est libre en rotation, et normalement arretee. Ce fonctionnement est symbolise par le segment 43 de la figure, la vitesse de la machine electrique etant nulle. De meme lo que dans le mode hybride parallele, le seuil de
vitesses s doit etre depasse.
De preference, le mode hybride parallele est une etape intermediaire entre le mode electrique et le mode thermique, les transitions etant gerees de S maniere automatique, en particulier au niveau du couple delivre a la transmission, pour quielles soient les moins sensibles a l'utilisateur du vehicule. Cependant, il est envisageable que la transition entre le mode electrique et le mode thermique soit realisee avec une course phase transitoire dans laquelle les moyens de couplage et les moyens dimmobilisation vent desaccouples et
aucun couple n'est fourni a la transmission.
Le groupe motopropulseur a en outre un mode 2s hybride eerie, obtenu en commandant les moyens diimmobilisation 5 pour bloquer la couronne 23 et en desaccouplant le groupe thermique 1 en commandant les
moyens de couplage 61, comme dans le mode electrique.
Dans ce mode, le moteur thermique 11 est en fonctionnement et entralne la deuxieme machine
electrique 12 pour generer de l'electricite.
L'electricite ainsi fournie est utilisee pour alimenter la premiere machine electrique 3 qui entralne le vehicule. Le moteur thermique 11 est demarre par exemple par la deuxieme machine electrique 12 fonctionnant un cours instant en moteur. Dans un autre mode de realisation de ['invention, non represente, le groupe thermique comporte uniquement le moteur thermique. Le demarrage du moteur thermique est obtenu lorsque le vehicule est en marche par l 'activation des moyens de couplage. Le mode hybride serie n'est done pas disponible. Dans une autre variante, representee sur la figure 3, le groupe thermique 1, comporte un moteur thermique 11 et un simple demarreur electrique 13 classique. De la meme maniere, le mode hybride
serie n'est pas disponible.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Groupe motopropulseur hybride comportant un groupe thermique (1), une transmission (8, 24) pour transmettre un mouvement d'entralnement d'un vehicule, le groupe thermique (1) transmettant un mouvement a la transmission (8, 24), un bati (20) comportant un train d'engrenages epicycloidaux (2) dont le porte-satellites (21) est solidaire d'un arbre de sortie (26) transmettant un mouvement a la transmission (8, 24), une machine electrique (3) entraluant le planetaire (22) du train d'engrenages epicycloidaux (2), caracterise en ce que le train d'engrenages epicycloidaux (2) comporte des moyens diimmobilisation (5) pour lier, sur commande, la couronne (23) du train d'engrenages epicycloidaux (2) au bati (20) et en consequence coupler la machine
electrique (3) a liarbre de sortie (26).
2. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il comporte des moyens de couplage (61) pour lier le groupe thermique (1) a la transmission (8, 24) sur commande, les moyens de couplage (61) etant un systeme a crabot ou
un embrayage multidisques.
3. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 2, caracterise en ce que la
transmission (8, 24) a un rapport de reduction fixe.
4. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 3, caracterise en ce que le rapport de reduction entre le groupe thermique (1) et la transmission (8, 24) est choisi de telle sorte que la vitesse de rotation maximale du groupe thermique (1) corresponde sensiblement a la vitesse maximale du vehicule.
5. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 1, caracterise en ce que le groupe thermique (1) comporte un moteur thermique (11) et un demarreur electrique pour demarrer le moteur
thermique (11).
6. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 1, caracterise en ce que le groupe thermique (1) comporte un moteur thermique (11) et une deuxieme machine electrique (12), un arbre thermique etant solidaire du vilebrequin du moteur thermique (11) et du rotor de la deuxieme machine
electrique (12).
7. Groupe motopropulseur hybride selon la revendication 6, caracterise en ce qu'il comporte des moyens de liaison electrique pour que la deuxieme machine electrique (12) fournissent de l'energie a la premiere machine electrique (3) dans un mode de fonctionnement hybride serie dans lequel les moyens de couplage (61) vent decouples et les moyens
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