FR2956840A1

FR2956840A1 - Chassis pour un vehicule automobile comprenant un essieu electrique

Info

Publication number: FR2956840A1
Application number: FR1151466A
Authority: FR
Inventors: Daniel Armbruster; Stephan Hennings
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2011-09-02
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: FR2956840B1; US8640800B2; JP2011184041A; CN102166951A; JP5285722B2; DE102010010438A1; US20110209934A1; CN102166951B

Abstract

L'invention concerne un châssis (1) pour un véhicule automobile, comprenant un essieu électrique (2), qui présente deux machines électriques (4), une roue (6) étant à chaque fois montée à rotation dans la région des deux extrémités de l'essieu électrique, chaque roue (6) pouvant être entraînée au moyen de la machine électrique qui lui est associée, et comprenant également un réducteur (10, 11) disposé entre la machine électrique respective et la roue qui lui est associée. Dans le cas d'un tel châssis, il est prévu selon l'invention que le réducteur respectif soit raccordé par le biais d'un arbre articulé à la roue associée à ce réducteur et que les axes de rotation respectifs (5, 5) des deux machines électriques soient disposés parallèlement l'un à côté de l'autre.

Description

DESCRIPTION

L'invention concerne un châssis pour un véhicule automobile, comprenant un essieu électrique, qui présente deux machines électriques, une roue étant à chaque fois montée à rotation dans la région des deux extrémités de l'essieu électrique et chaque roue pouvant être entraînée au moyen de la machine électrique qui lui est associée, et comprenant également un réducteur disposé entre le machine électrique respective et la roue qui lui est associée. Un tel châssis, utilisé dans un véhicule utilitaire, est connu d'après le document DE 295 18 401 U1. Ce véhicule utilitaire est un bus de ville pour le transport de personnes. Dans les bus de ville, on a besoin d'un fond de caisse disposé à un niveau bas, qui s'étend sur toute la longueur du bus, notamment aussi dans la région de l'essieu arrière, qui est réalisé sous forme d'essieu rigide. Afin de créer ce fond de caisse, l'essieu électrique est configuré sous forme de pont portique creux avec les deux machines électriques reçues par celui-ci, qui sont réalisées sous forme de moteurs de conduite électriques. Entre la machine électrique respective et la roue qui lui est associée est disposé un réducteur réalisé sous forme d'étage à pignon droit. En variante, les machines électriques sont montées à côté du pont portique.

Un châssis ayant les caractéristiques du type mentionné en introduction est en outre connu d'après le document DE 296 11 867 U1. Dans le document DE 44 34 237 Al est décrit un essieu de véhicule avec deux entraînements électriques de roue indépendants, notamment pour des véhicules économiques. Les deux entraînements de roue indépendants peuvent être connectés par engagement par force au moyen d'un accouplement, afin d'éviter, en cas de sollicitation non uniforme des roues motrices de l'essieu du véhicule, une surcharge d'un entraînement de roue indépendant pendant une durée prolongée. Chaque entraînement électrique de roue indépendant est raccordé à un réducteur réalisé sous forme d'étage à pignon droit et le réducteur est raccordé à un engrenage planétaire, qui est raccordé à la roue associée à cet entraînement de roue indépendant. L'essieu de la roue est décalé radialement par rapport à l'axe de rotation du rotor du moteur électrique. L'énergie électrique d'entrée pour -2- le moteur électrique respectif est notamment produite par un générateur entraîné par un moteur à combustion interne propre au véhicule. On connaît, d'après le document DE 10 2004 003 634 Al, un entraînement de pont portique d'un véhicule automobile, dans lequel, par rapport à la roue respective, le flux de couple d'un engrenage planétaire est introduit par le biais d'un réducteur réalisé sous forme d'étage à pignon droit dans l'arbre de prise de force connecté de manière solidaire en rotation à la roue. Le document DE 202 13 670 U1 décrit un essieu d'entraînement à entraînement direct d'un véhicule automobile avec deux moteurs d'entraînement électriques, qui sont montés dans un boîtier commun. L'inconvénient des châssis décrits, ou des configurations d'essieu décrites, notamment dans la mesure où ces configurations concernent un pont portique, est qu'ils sont réalisés sous forme d'essieux rigides. Du point de vue des vibrations et du confort, de tels châssis sont donc réservés à l'utilisation dans des véhicules utilitaires, par exemple des bus ou des véhicules agricoles. En outre, les machines électriques dont les axes de rotation sont disposés coaxialement ne permettent pas une modification appropriée en termes de leur longueur. L'objet de la présente invention consiste à fournir, dans un châssis du type mentionné en introduction, une liaison spéciale de chaque roue au réducteur, qui permette un support sur palier non rigide de la roue et qui permette en outre une variation de la longueur de construction des machines électriques. Cet objet est réalisé en ce que le réducteur respectif est raccordé par le biais d'un arbre articulé à la roue associée à ce réducteur et les axes de rotation respectifs des deux machines électriques sont disposés parallèlement l'un à côté de l'autre.

La connexion par engagement par force entre le réducteur et la roue qui lui est associée, au moyen de l'arbre articulé, permet le transfert de couples sans nécessiter de réaliser l'essieu sous forme rigide. Par conséquent, le véhicule automobile pourvu du châssis, contrairement aux véhicules automobiles selon l'état de la technique exposé, peut être pourvu d'une suspension de roues individuelle. Ainsi, la plage d'utilisation du châssis est considérablement élargie, notamment aux véhicules de transport de personnes, dans lesquels, pour des raisons de confort de conduite et de -3- sécurité de conduite, il est avantageux que chaque roue puisse être munie d'une suspension à compression et débattement individuelle, c'est-à-dire indépendante des autres roues du véhicule. Du fait que les axes de rotation respectifs des deux machines électriques sont disposés parallèlement l'un à côté de l'autre, et donc sont disposés dans la direction radiale l'un à côté de l'autre, et par conséquent ne sont pas disposés coaxialement, la longueur d'une machine électrique et donc sa puissance peuvent être choisies plus grandes que la demi-longueur, environ, de l'essieu électrique. Cette limitation de longueur se produirait si les machines électriques étaient disposées coaxialement, et donc étaient disposées l'une derrière l'autre dans l'étendue de l'axe de rotation. Comme la longueur des machines électriques peut être variée, leur puissance peut donc aussi être ajustée. Pour un même ensemble, on peut donc ajuster la puissance en fonction du type de véhicule. Ainsi, pour une faible puissance demandée, il suffit de disposer les deux machines électriques parallèlement l'une à côté de l'autre en termes de leurs axes de rotation respectifs, de telle sorte qu'elles ne se chevauchent pas. En termes d'adaptabilité de la longueur de la machine électrique respective à la puissance demandée, il est toutefois avantageux que les deux machines électriques soient disposées de manière à se chevaucher dans la direction des axes de rotation. Ainsi, on peut obtenir une longueur particulièrement grande de la machine électrique respective. Le chevauchement peut avoir lieu jusqu'au réducteur de l'autre machine électrique. L'agencement des deux machines électriques par rapport à leur axe de rotation respectif parallèlement l'un à côté de l'autre permet d'utiliser des machines électriques qui présentent une longueur relativement grande pour produire la puissance demandée, mais qui d'autre part présentent une étendue en largeur relativement faible. Par conséquent, cet agencement des machines électriques requiert un encombrement relativement faible dans la longueur ou la hauteur du véhicule. Ce dernier point est notamment particulièrement important dans le cadre de la garde au sol du véhicule. De manière avantageuse, par un dimensionnement correspondant du réducteur respectif, la liaison des arbres articulés respectifs aux deux extrémités de l'essieu électrique est effectuée coaxialement, en vue de l'entraînement d'une roue respective. En outre, on peut encore prévoir à chaque fois entre chaque machine électrique et chaque -4- réducteur, un accouplement pour désaccoupler la machine électrique respective de la roue respective. L'essieu électrique présente de préférence un boîtier qui est vissé par le biais de plusieurs points de fixation à un support de châssis du 5 véhicule automobile. L'arbre articulé respectif est de préférence réalisé sous forme de double articulation et est connecté dans la région de ses extrémités par engagement par force à un arbre de sortie de l'étage à pignon droit et à un moyeu de roue. 10 La compensation du décalage radial de l'essieu électrique et de l'essieu du moyeu de roue est de préférence effectuée en réalisant le réducteur sous forme d'étage à pignon droit. Il est considéré comme particulièrement avantageux de disposer un engrenage planétaire entre la machine électrique respective et l'étage à pignon droit tourné vers lui. Grâce 15 à cette configuration de transmission entre la machine électrique et cette roue associée, il est possible de transmettre à la roue un couple particulièrement élevé. L'essieu électrique peut être réalisé sous forme de pont portique qui est divisé, avec des portions de pont portique disposées l'une à côté de 20 l'autre pour recevoir les machines électriques. Dans la portion de pont portique respective peut être intégré l'étage à pignon droit et/ou l'engrenage planétaire. Les portions de pont portique sont notamment fixées au support de châssis par le biais de fixations amortissant les vibrations. De manière judicieuse, le boîtier de chaque machine électrique 25 est formé par le boîtier de chaque portion de pont portique. Le stator de chaque machine électrique est donc monté de manière solidaire en rotation dans le boîtier. Pour les machines électriques, on prévoit de préférence à chaque fois un capteur d'angle de rotation pour détecter la position du rotor 30 de la machine électrique. A cet effet, on prévoit notamment dans l'arbre respectif de la machine électrique un aimant dont la position est détectée par le capteur associé. Il est en outre considéré comme avantageux de prévoir un capteur de couple pour détecter le couple dans la chaîne cinématique de 35 chaque roue. Ainsi, en fonction du couple souhaité à introduire par le biais de la roue respective, on peut régler individuellement l'entraînement électrique respectif -5- L'invention propose en outre un véhicule automobile ou voiture particulière, notamment un véhicule de transport de personnes, avec un essieu avant et un essieu arrière, l'essieu avant et/ou l'essieu arrière étant munis du châssis décrit selon l'invention, et présentant une suspension de roue individuelle. Il s'agit notamment d'un véhicule automobile dans lequel l'essieu avant est muni du châssis selon l'invention, et l'essieu arrière est entraîné au moyen d'un moteur à combustion interne ou moteur thermique. Le véhicule automobile présente notamment un accumulateur d'énergie et les machines électriques sont actives en mode moteur et en mode générateur. Le châssis selon l'invention est donc notamment utilisé dans un véhicule pouvant être entraîné au moyen d'un entraînement hybride. Le système hybride sert à augmenter la puissance du véhicule et à réduire la consommation, notamment dans une voiture de sport en ajoutant les machines d'entraînement électriques supplémentaires et l'accumulateur d'énergie. Grâce aux deux machines électriques, les arbres d'entraînement peuvent appliquer à une roue sur l'essieu avant du véhicule automobile un couple individuel positif ou négatif Le fonctionnement des machines électriques permet d'accélérer le véhicule (mode moteur) ou de le ralentir (mode générateur). Ainsi, l'accumulateur d'énergie est déchargé, ou chargé. La fonction de l'essieu électrique est de transmettre le couple fourni par les machines électriques par le biais d'une réduction appropriée aux roues avant du véhicule. A cet effet, au niveau des arbres de sortie des machines électriques, est bridée à chaque fois une transmission à deux étages, constituée d'un étage à pignon planétaire et d'un étage à pignon droit. Les arbres de sortie de la transmission sont connectés directement aux roues par le biais d'arbres articulés. Un accouplement séparable n'est pas prévu. Les démultiplications de la transmission permettent une augmentation considérable du couple maximal pouvant être transmis par le biais de l'essieu électrique. Ainsi, une multiplication du couple appliqué au niveau de chaque roue est possible sans difficulté, par exemple d'un facteur 6 à 8. Dans le cas du véhicule automobile selon l'invention, les réductions des deux côtés du pont portique servent d'une part à l'adaptation du régime, et d'autre part à la compensation en hauteur dans la direction Z, afin de garantir une liaison mécanique aux arbres articulés. Afin que le centre de gravité soit bas, le pont portique doit dans la mesure du possible - h - être installé à proximité du dessous de caisse du véhicule ; pour disposer d'une plus grande garde au sol, le pont portique doit être installé le plus loin possible du dessous de caisse du véhicule. De préférence, le pont portique est positionné directement derrière une transmission articulée du véhicule.

Le châssis selon l'invention est encore caractérisé en ce que : - les deux machines électriques sont disposées de manière à se chevaucher dans la direction des axes de rotation, - la longueur de chevauchement des deux machines électriques est disposée symétriquement par rapport à l'axe médian longitudinal du 10 véhicule automobile, - la liaison des arbres articulés aux réducteurs est coaxiale, - le réducteur présente un étage à pignon droit, - l'arbre articulé respectif est connecté par engagement par force dans la région de ses extrémités à un arbre de sortie de l'étage à 15 pignon droit et à un moyeu de roue, - le réducteur présente un engrenage planétaire, l'engrenage planétaire étant disposé entre la machine électrique respective et l'étage à pignon droit qui lui est associé, - l'essieu électrique présente des boîtiers qui reçoivent les 20 machines électriques, ou qui font partie des machines électriques, - l'essieu électrique est vissé à un support de châssis du véhicule automobile par le biais de plusieurs points de fixation, - un accouplement pour désaccoupler la machine électrique de la roue respective est disposé entre chaque machine électrique et le 25 réducteur associé à celui-ci, notamment l'étage à pignon droit associé, - un capteur d'angle de rotation est prévu pour détecter l'angle de rotation du rotor de chaque machine électrique, et, - le capteur d'angle de rotation est monté dans le boîtier de l'essieu électrique. 30 Le véhicule selon l'invention est en outre caractérisé en ce que l'essieu arrière est muni d'un châssis selon l'invention et l'essieu avant est entraîné au moyen d'un moteur à combustion interne ou moteur thermique. D'autres caractéristiques de l'invention résultent de la description suivante des dessins et des dessins eux-mêmes. 35 Un exemple de réalisation préféré est illustré dans les dessins et sera expliqué plus en détail dans la description qui suit. -7- La figure 1 illustre le châssis selon l'invention en vue de dessus, représenté schématiquement, La figure 2 illustre la structure du châssis illustré dans la figure 1, y compris les roues associées à l'essieu électrique, illustré pour l'entraînement électrique d'une roue, l'entraînement électrique de l'autre roue étant configuré de manière identique. Le véhicule automobile muni du châssis selon l'invention est notamment un véhicule automobile prévu pour les sports de course, dont les roues associées à l'essieu arrière et à suspension indépendante sont entraînées au moyen d'un moteur à combustion interne ou moteur thermique, et dont les roues associées à l'essieu avant, également à suspension indépendante, peuvent être entraînées par un moteur électrique, par exemple pour appliquer un couple d'entraînement supplémentaire aux roues avant. La description qui suit se rapporte à la réalisation du véhicule automobile dans la région de l'essieu avant et au châssis réalisé à cet égard conformément à l'invention. Ce châssis 1 présente un essieu électrique 2 configuré sous forme de pont portique, avec deux portions de pont portique réalisées sous forme tubulaire, qui constituent des boîtiers 3 pour recevoir deux machines électriques 4. Ces boîtiers 3 ou machines électriques 4 sont disposés, par rapport à leurs axes de rotation 5, parallèlement l'un à côté de l'autre, la distance entre les axes de rotation 5 étant dimensionnée, en tenant compte du diamètre extérieur des machines électriques 4, de telle sorte que les machines électriques 4 se chevauchent partiellement dans leur étendue longitudinale et puissent venir en contact l'un avec l'autre dans la région de chevauchement. La longueur du chevauchement des deux machines électriques 4, comme on peut le voir dans l'illustration de la figure 1, est choisie de telle sorte que la ligne formée par la longueur de chevauchement soit disposée symétriquement par rapport à l'axe médian longitudinal 16 du véhicule automobile, qui constitue l'axe médian longitudinal entre les deux roues avant 6, par rapport à une conduite en ligne droite. La figure 2 illustre, en représentation détaillée, la réalisation du châssis dans la région de l'une des roues avant 6, et de la machine électrique 4 associé à cette roue avant 6, ainsi que les moyens pour transmettre le couple d'entraînement de cette machine électrique 4 à la roue avant 6.

L'entraînement pour l'autre roue avant 6 est réalisé de manière correspondante, et conformément à l'illustration de la figure 1, les machines électriques 4 associées aux deux roues avant 6 sont disposées avec -8- chevauchement et sont en contact l'une avec l'autre. Dans la figure 2, la machine électrique illustrée 4 est représentée sous forme interrompue en longueur, afin de montrer que cette machine électrique 4 ou les machines électriques 4 présentent une longueur pouvant être ajustée aux demandes de puissance du véhicule, et ainsi on utilise une machine électrique 4 de longueur définie en fonction de la demande de puissance du présent type de véhicule. La figure 2 illustre que le stator 7 de la machine électrique respective 4 est monté de manière solidaire en rotation dans le boîtier 3, ce boîtier 3 possédant la fonction du boîtier de la machine électrique 4. A l'intérieur du stator 7 de chaque machine électrique 4 est positionné son rotor 8. La machine électrique respective 4 est associée à un capteur d'angle de rotation 9, qui sert à détecter l'angle de rotation de chaque rotor 8. De préférence, la vitesse de rotation du rotor 8 peut aussi être déterminée au moyen du capteur réalisé sous forme de capteur de vitesse de rotation, afin de pouvoir commander ainsi les deux machines électriques 4 en fonction des états de conduite souhaités. Le véhicule présente un accumulateur d'énergie, de sorte que 20 les machines électriques 4 puissent agir en mode moteur ou en mode générateur. A l'extrémité du boîtier respectif 3 tournée vers la roue respective 6, est bridé un engrenage planétaire 10. Par rapport au flux de couple, un autre réducteur est disposé derrière cet engrenage planétaire 10, 25 lequel est réalisé sous forme d'étage à pignon droit 11. Celui-ci est bridé sur l'engrenage planétaire 10. Le pont portique 2 ainsi décrit se trouve dans la partie avant du véhicule dans la région de l'essieu avant. Afin d'obtenir un centre de gravité bas, le pont portique 2 doit être positionné aussi près que possible du 30 dessous de caisse du véhicule. En outre, le pont portique 2 doit être positionné de manière aussi serrée que possible contre une transmission de direction du véhicule. Le pont portique 2 est fixé à un support de châssis du véhicule au moyen de deux fixations. Les fixations sont vissées à celui-ci par le biais 35 de paliers amortissant les vibrations dans la région de l'agencement de transmission respectif de l'engrenage planétaire 10 et de l'étage à pignon droit 11. -9- L'arbre de sortie de chaque moteur électrique 4 est connecté de manière solidaire en rotation à la roue solaire de l'engrenage planétaire associé 10. La couronne de l'engrenage planétaire 10 est stationnaire. Le porte-satellites recevant les roues planétaires est connecté de manière solidaire en rotation au pignon de l'étage à pignon droit 11, qui est en prise avec la plus grande roue de l'étage à pignon droit 11. A la sortie de chaque étage à pignon droit 11 est connecté de manière solidaire en rotation un arbre articulé 12, qui présente dans la région des deux extrémités une articulation 13. L'arbre articulé 12 est connecté, dans la région de son extrémité opposée à l'étage à pignon droit associé 11, de manière solidaire en rotation au moyeu de la roue avant associée 6 du véhicule. La liaison des arbres articulés 12 au réducteur, dans le cas présent les arbres de sortie des étages à pignon droit 11, est coaxiale, comme cela est également illustré par les axes de rotation 15 de ces arbres de sortie. Un support sur palier à suspension à ressort pour la roue avant respective 6 est désigné par le numéro de référence 14. Il illustre de manière fortement simplifiée la suspension individuelle de la roue 6. La figure 2 illustre de manière schématique que lors de la réalisation du châssis avec des arbres articulés 12, leur entraînement a lieu par voie électrique, pour un agencement des machines électriques 4 et du boîtier 3 sur un niveau plus bas que celui des axes de rotation des roues 6. Dans la figure 2, les flèches représentent des flèches de couple pour illustrer le couple dans la région de chaque machine électrique 4, et de l'arbre articulé 12 associé à celui-ci, indépendamment du fait qu'il s'agisse d'un mode moteur ou générateur de chaque machine électrique 4. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Châssis (1) pour un véhicule automobile, comprenant un essieu électrique (2), qui présente deux machines électriques (4), une roue (6) étant à chaque fois montée à rotation dans la région des extrémités de l'essieu électrique (2), et chaque roue (6) pouvant être entraînée au moyen de la machine électrique (4) qui lui est associée, et comprenant également un réducteur (10, 11) disposé entre la machine électrique respective (4) et la roue (6) qui lui est associée, caractérisé en ce que le réducteur respectif (10, 11) est raccordé par le biais d'un arbre articulé (12) à la roue (6) associée à ce réducteur (10, 11) et les axes de rotation respectifs (5, 5) des deux machines électriques (4) sont disposés parallèlement l'un à côté de l'autre.
2. Châssis selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux machines électriques (4) sont disposées de manière à se chevaucher dans la direction des axes de rotation (5, 5).
3. Châssis selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur de chevauchement des deux machines électriques (4) est disposée symétriquement par rapport à l'axe médian longitudinal (16) du véhicule automobile.
4. Châssis selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la liaison des arbres articulés (12) aux réducteurs (10, 20 11) est coaxiale.
5. Châssis selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le réducteur (10, 11) présente un étage à pignon droit (11).
6. Châssis selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'arbre 25 articulé respectif (12) est connecté par engagement par force dans la région de ses extrémités à un arbre de sortie de l'étage à pignon droit (11) et à un moyeu de roue.
7. Châssis selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le réducteur (10, 11) présente un engrenage planétaire (10), l'engrenage 30 planétaire (10) étant disposé entre la machine électrique respective (4) et l'étage à pignon droit (11) qui lui est associé.
8. Châssis selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'essieu électrique (2) présente des boîtiers (3) qui-11- reçoivent les machines électriques (4), ou qui font partie des machines électriques (4).
9. Châssis selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'essieu électrique (2) est vissé à un support de châssis du véhicule automobile par le biais de plusieurs points de fixation.
10. Châssis selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un accouplement pour désaccoupler la machine électrique (4) de la roue respective (6) est disposé entre chaque machine électrique (4) et le réducteur (10,
11) associé à celui-ci, notamment l'étage à pignon droit (11) associé. 11. Châssis selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'un capteur d'angle de rotation (9) est prévu pour détecter l'angle de rotation du rotor (8) de chaque machine électrique (4).
12. Châssis selon la revendication 11, caractérisé en ce que le capteur d'angle de rotation (9) est monté dans le boîtier (3) de l'essieu électrique (2).
13. Véhicule automobile, en particulier voiture particulière, comprenant un essieu avant et un essieu arrière, l'essieu avant et/ou l'essieu arrière étant munis d'un châssis (1) ayant les caractéristiques de l'une quelconque des revendications 1 à 12, et présentant une suspension de roue individuelle.
14. Véhicule automobile selon la revendication 13, dans lequel l'essieu avant est muni d'un châssis ayant les caractéristiques de l'une quelconque des revendications 1 à 12, et l'essieu arrière est entraîné au moyen d'un moteur à combustion interne ou moteur thermique.
15. Véhicule automobile selon la revendication 13, dans lequel l'essieu arrière est muni d'un châssis ayant les caractéristiques de l'une quelconque des revendications 1 à 12, et l'essieu avant est entraîné au moyen d'un moteur à combustion interne ou moteur thermique.
16. Véhicule automobile selon la revendication 13, 14 ou 15, dans lequel le véhicule présente un accumulateur d'énergie et les machines électriques (4) sont actives en mode moteur et en mode générateur.