FR2930198A1 - Dispositif d'entrainement dans un vehicule semi hybride. - Google Patents

Dispositif d'entrainement dans un vehicule semi hybride. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un véhicule comprenant un moteur (400), un alternodémarreur (300) et un dispositif d'entraînement (200) destiné à relier le moteur (400) et l'alternodémarreur (300) caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement (200) comprend un organe d'entraînement (100) à rapport de transmission variable et réversible placé entre le moteur (400) et l'alternodémarreur (300), ledit organe (100) étant adapté pour, dans un premier mode de fonctionnement, modifier le rapport de transmission lorsque l'alternodémarreur (300) est entraîné par le moteur (400) et fonctionne comme alternateur et, dans un second mode de fonctionnement, modifier le rapport de transmission lorsque l'alternodémarreur (300) entraîne le moteur (400) et fonctionne comme démarreur.

Description

La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes. Plus précisément, l'invention concerne les dispositifs d'entraînement des machines électriques tournantes dans une chaîne de traction semi hybride. Un alternodémarreur est une machine électrique tournante qui remplace l'alternateur et le démarreur d'un véhicule conventionnel. Cette machine d'une puissance sensiblement plus importante que celles de l'alternateur et du démarreur d'un véhicule conventionnel io permet d'améliorer la consommation et les performances du véhicule. L'alternodémarreur est couplé au moteur thermique soit pour l'entraîner soit pour être entraîné et produire de l'énergie électrique. Ainsi, il permet notamment de couper le moteur thermique pendant les arrêts en circulation et de redémarrer rapidement en cas d'appui sur 15 l'accélérateur. De plus, pendant les phases d'accélération, l'alternodémarreur ajoute son couple à celui développé par le moteur thermique afin d'améliorer les performances du véhicule. Par ailleurs, en roulage normal, il produit de l'électricité pour 20 alimenter les consommateurs électriques du véhicule et pour recharger la batterie. Enfin, pendant les phases de décélération du véhicule, l'alternodémarreur permet de récupérer partiellement l'énergie cinétique du véhicule en rechargeant la batterie. 25 De façon conventionnelle, l'alternodémarreur est soit intégré au moteur thermique soit séparé de celui ci et entraîné par un système d'entrainement (courroie/ poulie) monté sur un vilebrequin du moteur thermique. Cependant, dans une chaîne de traction semi hybride actuelle, le 30 rapport d'entraînement entre le moteur thermique et l'alternodémarreur
est fixe c'est-à-dire qu'il existe un rapport constant entre la vitesse de rotation du moteur thermique et celle de l'alternodémarreur. Il en résulte que l'alternodémarreur est entraîné en permanence à une vitesse variable proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur thermique et qu'il n'est pas possible de le faire tourner à une vitesse optimale. Etant donné les différents modes de fonctionnement de l'alternodémarreur précités, ce rapport fixe de transmission ne permet pas d'optimiser le dimensionnement de l'alternodémarreur ni son io rendement. En effet, lorsque le moteur thermique tourne à haut régime, l'alternodémarreur fonctionne en capacité de surproduction d'énergie électrique. Cela est néfaste pour le rendement du moteur et de 15 l'alternodémarreur ainsi que pour les performances et la consommation du véhicule. En conséquence, un but de la présente invention est de rendre pilotable le rapport de transmission entre un moteur thermique et un alternodémarreur afin de l'adapter aux diverses conditions de 20 fonctionnement du véhicule. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'entrainement entre un moteur thermique et un alternodémarreur qui permette d'optimiser le dimensionnement de l'alternodémarreur et du moteur thermique ainsi que les performances et la consommation du 25 véhicule, en particulier lorsque le régime du moteur est élevé. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'entrainement entre un moteur thermique et un alternodémarreur qui assure une transmission en mode alternateur et une transmission en mode démarreur quelque soit le moteur thermique et ses conditions de 30 fonctionnement.
Enfin, il est également désirable de proposer un dispositif d'entrainement entre un moteur thermique et un alternodémarreur permettant d'optimiser la vitesse de rotation de l'alternodémarreur en fonction des différents régimes du moteur thermique qui les entraîne c'est- à-dire de pouvoir entraîner l'alternodémarreur à des vitesses de rotation égales ou supérieures à celles des alternodémarreurs à bas régime et de les entraîner à des vitesses de rotation inférieures à celles des machines actuelles à haut régime. A cet effet, on prévoit selon l'invention un véhicule comprenant un io moteur, un alternodémarreur et un dispositif d'entraînement destiné à relier le moteur et l'alternodémarreur caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement comprend un organe d'entraînement à rapport de transmission variable et réversible placé entre le moteur et l'alternodémarreur, ledit organe étant adapté pour, dans un premier mode 15 de fonctionnement, modifier le rapport de transmission lorsque l'alternodémarreur est entraîné par le moteur et fonctionne comme alternateur et, dans un second mode de fonctionnement, modifier le rapport de transmission lorsque l'alternodémarreur entraîne le moteur et fonctionne comme démarreur. 20 D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 schématise l'architecture électrotechnique d'un 25 véhicule avec un dispositif d'entraînement conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 schématise l'architecture électrotechnique d'un véhicule avec un dispositif d'entraînement conforme à un second mode de réalisation de la présente invention ;
- la figure 3 schématise l'architecture électrotechnique d'un véhicule avec un dispositif d'entraînement conforme à un dernier mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 1, on observe un moteur thermique 400 relié à un alternodémarreur 300 par un dispositif d'entraînement 200. Ce dispositif d'entrainement 200 comprend deux poulies 201, 202 solidaires, respectivement, d'un vilebrequin du moteur thermique 400 et d'un rotor de l'alternodémarreur 300 ainsi qu'un entrainement par courroie 203 passant par les deux poulies 201,202. io L'alternodémarreur 300 tourne avec une vitesse propre qui est liée à la vitesse de rotation du moteur thermique et varie donc directement proportionnellement avec celle-ci, le rapport de transmission étant à la base défini par le rapport des diamètres des deux poulies 201 et 202. De plus, le dispositif d'entraînement 200 comprend un organe 15 d'entraînement 100 à rapport de transmission variable placé entre le moteur thermique 400 et l'alternodémarreur 300. Avantageusement, l'organe d'entrainement 100 est réversible. Cet organe d'entrainement 100 est ainsi adapté pour, dans un premier mode de fonctionnement, modifier le rapport de transmission 20 lorsque l'alternodémarreur 300 est entraîné par le moteur thermique 400 et fonctionne comme alternateur et, dans un second mode de fonctionnement, modifier le rapport de transmission lorsque l'alternodémarreur 300 entraîne le moteur thermique 400 et fonctionne comme démarreur. 25 Ainsi, lorsque l'alternodémarreur 300 fonctionne comme alternateur, la vitesse de rotation est transmise et multipliée ou réduite du moteur 400 vers l'alternodémarreur 300 et l'alternodémarreur 300 est entrainé en rotation. La vitesse de l'alternodémarreur 300 est optimisée suivant le 30 régime de fonctionnement du moteur 400 grâce à la variation du rapport
de transmission par l'organe d'entrainement 100 dans une gamme adaptée de rapports. Ainsi, la vitesse de l'alternodémarreur 300 sera diminuée lorsque le moteur thermique 400 tourne à haut régime tandis qu'à faible vitesse de rotation du moteur thermique 400, la vitesse de rotation de l'alternodémarreur 300 sera accélérée. Par ailleurs, lorsque l'alternodémarreur 300 fonctionne comme démarreur, la vitesse de rotation est transmise et multipliée ou réduite de l'alternodémarreur 300 vers le moteur thermique 400 donc dans un sens io opposé par rapport à celui de la transmission précédente. La vitesse du moteur 400 est également optimisée suivant le régime de fonctionnement du moteur grâce à la variation du rapport de transmission dans une gamme adaptée de rapports. Dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, le 15 dispositif d'entrainement 200 est relié à l'axe du vilebrequin du moteur 400 et l'arbre de l'alternodémarreur 300 grâce à un entrainement par une seule courroie 203. L'organe d'entraînement 100 à rapport de transmission variable est agencé dans la partie centrale de la poulie 201 montée sur l'axe 20 central du vilebrequin du moteur thermique 400. Sur cette poulie 201 passe la courroie 203 qui entraine ensuite la poulie 202 sur laquelle est monté l'arbre de l'alternodémarreur 300. D'autres modes de réalisations illustrés notamment sur les figures 2 et 3 peuvent être envisagés. 25 Ainsi, tel qu'illustré sur la figure 2 qui est une inversion de la figure 1, l'organe d'entraînement 100 à rapport de transmission variable peut être intégré à la poulie 202 montée sur l'arbre de l'alternodémarreur 300, poulie 202 sur laquelle passe la courroie 203 qui entraine, ensuite, la poulie 201 montée sur l'axe central du vilebrequin du moteur thermique 30 400.
Alternativement, tel qu'illustré sur la figure 3, l'organe d'entraînement 100 à rapport de transmission variable peut être agencé de façon désaxé par rapport à l'axe du vilebrequin du moteur thermique 400 et à l'arbre de l'alternodémarreur 300. Celui-ci se trouve en position de relais entre l'axe et l'arbre précités. L'entrainement du dispositif d'entrainement 200 est alors réalisé par deux courroies 203 et 205 successives associées à des poulies relais. Ainsi, la poulie 201 montée sur l'axe du vilebrequin du moteur thermique 400 est reliée par l'intermédiaire d'une première courroie 203 à io une première poulie relais 202 sur laquelle est monté l'organe d'entraînement 100 à rapport de transmission variable. Celui-ci est, par ailleurs, monté également sur un axe 207 le reliant à une deuxième poulie relais 204 reliée par une seconde courroie 205 à la poulie 206 montée sur l'arbre de l'alternodémarreur 300. 15 Ainsi, le dispositif d'entrainement 200 est réversible c'est à dire que lors du mode démarreur de l'alternodémarreur, l'arbre de l'alternodémarreur est moteur et l'axe du vilebrequin résistif tandis qu'en mode générateur, c'est l'inverse qui se produit. Par ailleurs, dans un mode de réalisation, l'organe d'entraînement 20 100 à rapport de transmission variable peut comprendre une transmission à variation continue qui permet de faire varier de façon continue le rapport de transmission dans une plage de valeurs déterminée. Dans un autre mode de réalisation, l'organe d'entraînement 100 à rapport de transmission variable peut comprendre un ou plusieurs trains 25 épicycloïdaux qui permettent la multiplication/réduction de la vitesse de rotation afin de faire varier le rapport de transmission suivant un nombre fini de rapports de transmission entre le moteur 400 et l'alternodémarreur 300 et réciproquement. De plus, le rapport de transmission peut être déterminé afin d'être 30 fixe jusqu'à un certain régime du moteur 400 et variable au-delà de ce
régime du moteur 400. On définit alors une valeur seuil de régime moteur pour passer d'un rapport fixe à un rapport variable. Déterminer à chaque instant le rapport de transmission optimal et la commande du changement de rapport lorsque nécessaire aussi bien en mode alternateur qu'en mode démarreur de l'alternodémarreur 300 est réalisée grâce à une unité de commande électronique assistée de capteurs et d'actionneurs. Les actionneurs utilisés pour effectuer les changements de rapport peuvent être, de façon non limitative, hydrauliques ou électriques. io De plus, l'unité de commande peut être directement reliée aux capteurs comme des capteurs de vitesse de véhicule, de régime moteur ou de position de l'accélérateur mais elle peut également recevoir une partie des informations via un bus multiplexé. L'unité de commande reçoit les informations des différents 15 capteurs, notamment des informations relatives au régime du moteur 400 provenant du vilebrequin pour déterminer la valeur du rapport de transmission entre le moteur 400 et l'alternodémarreur 300 et réciproquement. Ainsi, dans un mode de réalisation précité, l'unité de commande 20 peut commander l'organe d'entrainement 100 à rapport de transmission variable pour que l'alternodémarreur 300 soit entrainé à une vitesse proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur 400 lorsque le régime du moteur est inferieur à un seuil et à une vitesse optimale au dessus de ce seuil. On réduit ainsi la puissance absorbée par l'alternodémarreur 300 à 25 haut régime du moteur 400 et on augmente le rendement global du moteur 400. Inversement, l'unité de commande peut commander l'organe d'entrainement 100 à rapport de transmission variable pour que le moteur 400 soit entrainé à une vitesse proportionnelle à la vitesse de rotation de 30 l'alternodémarreur 300 lorsque le régime du moteur 400 est inferieur à un seuil et à une vitesse optimale au dessus de ce seuil.
Dans un exemple non limitatif de l'invention, l'unité de commande peut commander l'organe d'entraînement 100 à rapport de transmission variable pour que l'alternodémarreur 300 soit entraîné selon au moins deux rapports de transmission par le moteur thermique 400 et réciproquement. De préférence, l'unité de commande détermine et commande un rapport de transmission dit faible et un rapport de transmission dit élevé, utilisés respectivement pour les faibles régimes et pour les hauts régimes du moteur 400. io Cela permet de faire fonctionner l'alternodémarreur 300 à un régime pour lequel son rendement est optimal aussi bien en mode alternateur lorsqu'il est entraîné par le moteur 400 qu'en mode démarreur lorsqu'il entraîne le moteur 400. Le passage du premier au second rapport et inversement est 15 effectué en fonction d'une valeur seuil du régime moteur et du mode de fonctionnement du véhicule à un instant donné. Ainsi, pendant le démarrage du moteur thermique 400, l'unité de commande commande un rapport de transmission élevé. Ceci permet d'obtenir un couple de consigne sur le vilebrequin du 20 moteur 400 avec un couple plus faible sur l'arbre de l'alternodémarreur 300. Pour un couple demandé sur le vilebrequin du moteur 400, il est ainsi possible de sous dimensionner l'alternodémarreur 300 et, par conséquent, de réduire son encombrement, sa masse et son coût. 25 Par ailleurs, pendant les demandes de fortes accélérations détectables en mesurant la vitesse d'enfoncement de l'accélérateur, l'unité de commande commande un rapport de transmission élevé. On peut ainsi augmenter le couple supplémentaire ajouté sur le vilebrequin du moteur thermique 400 pour un couple donné de 30 l'alternodémarreur 300 et ainsi sous dimensionner le moteur thermique 400.
Par conséquent, on réduit l'encombrement, la masse et le coût du moteur thermique 400. Lors d'un freinage récupératif, le rapport de transmission est commandé à sa valeur élevée.
En effet, la puissance électrique produite augmente avec la vitesse de rotation de l'alternodémarreur 300. L'énergie électrique étant gratuite pendant les phases de freinage récupératif, on peut alors recharger la batterie et réduire ainsi la consommation de carburant dans les autres phases de fonctionnement du véhicule. io Enfin, au delà d'un seuil de vitesse de rotation du moteur thermique 400 et si on ne se trouve dans aucun des trois cas précédemment cités (démarrage, assistance moteur, freinage récupératif), le rapport de transmission est commandé à sa valeur basse pour diminuer les pertes sur l'alternodémarreur 300 pour une puissance électrique 15 donnée. En effet, pour une puissance électrique consommée qui n'est pas supérieure a celle générée par l'alternodémarreur 300, le rendement de l'alternodémarreur 300 augmente quand sa vitesse de rotation diminue. 20

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Véhicule comprenant un moteur (400) , un alternodémarreur (300) et un dispositif d'entraînement (200) destiné à relier le moteur (400) et l'alternodémarreur (300) caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement (200) comprend un organe d'entraînement (100) à rapport de transmission variable et réversible placé entre le moteur (400) et l'alternodémarreur (300), ledit organe (100) étant adapté pour, dans un premier mode de fonctionnement, modifier le rapport de transmission lorsque l'alternodémarreur (300) est entraîné par le moteur (400) et fonctionne comme alternateur et, dans un second mode de fonctionnement, modifier le rapport de transmission lorsque l'alternodémarreur (300) entraîne le moteur (400) et fonctionne comme démarreur.
  2. 2. Véhicule selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'organe d'entraînement (100) à rapport de transmission variable et réversible comprend un ou plusieurs trains épicycloïdaux.
  3. 3. Véhicule selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'organe d'entraînement (100) à rapport de transmission variable et réversible comprend une transmission à variation continue.
  4. 4. Véhicule selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'organe d'entraînement (100) à rapport de transmission variable et réversible est agencé sur une poulie (201) montée sur un vilebrequin du moteur (400).
  5. 5. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'organe d'entraînement à rapport de transmission variable etréversible est agencé sur une poulie (202) montée sur l'alternodémarreur (300).
  6. 6. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'organe d'entraînement (100) à rapport de transmission variable et réversible est agencé de façon désaxé par rapport à l'axe d'un vilebrequin du moteur (400) et à l'axe de l'alternodémarreur (300).
  7. 7. Véhicule selon l'une des revendications précédentes caractérisé en lo ce que l'organe d'entraînement (100) à rapport de transmission variable et réversible est commandé par une unité de commande électronique destinée à déterminer le rapport de transmission entre le moteur (400) et l'alternodémarreur (300) et réciproquement. 15
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