FR2970908A1 - Chaine de traction d'un vehicule hybride - Google Patents
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Abstract
Chaîne de traction d'un véhicule hybride, comportant un moteur thermique (2) entraînant une pompe hydraulique (6) pour recharger des accumulateurs de pression (8), qui délivrent ensuite la pression hydraulique à au moins une machine hydraulique de traction (10, 12) entraînant les roues motrices (20), caractérisée en ce que les caractéristiques de la machine hydraulique sont optimisées pour un mode de fonctionnement série utilisé aux basses vitesses du véhicule, et en ce qu'elle comporte de plus une liaison mécanique entre le moteur thermique (2) et les roues motrices (20), disposant d'un moyen (30, 36, 42) permettant de l'engager ou de la dégager, cette liaison comprenant au moins un rapport de démultiplication (R1, R2) qui est optimisé pour obtenir un bon rendement aux vitesses plus élevées du véhicule.
Description
CHAINE DE TRACTION D'UN VÉHICULE HYBRIDE
La présente invention concerne une chaîne de traction pour un véhicule hybride utilisant une énergie hydraulique, ainsi qu'un véhicule hybride comportant une telle chaîne de traction. Certains types de véhicules hybrides, appelés hybrides série, comportent une chaîne de traction comprenant un moteur thermique qui entraîne une pompe hydraulique, afin de recharger des accumulateurs de pression hydraulique pour stocker cette énergie. La chaîne de traction comporte une machine hydraulique reliée à des roues motrices, pouvant fonctionner en moteur pour délivrer une puissance mécanique à ces roues motrices en prélevant de l'énergie stockée dans les accumulateurs de pression, ou en pompe pour charger ces accumulateurs en freinant le véhicule, de manière à récupérer l'énergie cinétique de ce véhicule.
La machine hydraulique est généralement à cylindrée variable, pour ajuster les niveaux de couple et de puissance qui sont délivrés ou absorbés. Cette utilisation d'énergie hydraulique stockée permet d'optimiser le fonctionnement du moteur thermique, et de réduire sa consommation ainsi que les émissions de gaz polluants. Le stockage d'énergie hydraulique permet de plus de rouler en mode hydraulique avec zéro émission, appelé mode « ZEV », le moteur thermique restant à l'arrêt.
Un type de chaîne de traction connu, présenté notamment par le document EP-A1-1898131, comporte un moteur thermique relié à une pompe hydraulique pour recharger des accumulateurs de pression, cette pression étant ensuite utilisée par deux machines hydrauliques comprenant des caractéristiques différentes, permettant de choisir la machine pour optimiser le mode de fonctionnement en fonction des demandes en couple et en vitesse notamment. Ce type de véhicule hybride série, ne comporte pas de liaison mécanique entre le moteur thermique et les roues motrices. Toutefois un problème qui se pose, est que si cette disposition permet une optimisation de la consommation d'énergie aux basses vitesses, en cycle urbain notamment où les variations de vitesse et les freinages sont fréquents, elle entraîne pour les vitesses élevées une consommation de carburant plus importante due notamment aux différentes conversions d'énergie entre le moteur thermique et les roues motrices. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, en proposant une chaîne de traction qui permette d'optimiser les consommations d'énergie dans les différents cas de fonctionnement du véhicule. Elle propose à cet effet une chaîne de traction d'un véhicule hybride, comportant un moteur thermique entraînant une pompe hydraulique pour recharger des accumulateurs de pression, qui délivrent ensuite la pression hydraulique à au moins une machine hydraulique de traction entraînant les roues motrices. La machine hydraulique ainsi que son rapport de démultiplication la reliant aux roues comportent des caractéristiques adaptées pour un mode de fonctionnement série utilisé pour les basses vitesses du véhicule, et en ce qu'elle comprend de plus une liaison mécanique entre le moteur thermique et les roues motrices, pourvue d'un moyen permettant d'engager ou de dégager cette liaison qui comporte au moins un rapport de démultiplication adapté pour obtenir un rendement optimisé pour les vitesses plus élevées de ce véhicule. Un avantage de cette chaîne de traction est qu'elle comporte deux modes de fonctionnement, un premier mode pour les basses vitesses apportant un bon rendement avec des variations de vitesse fréquentes, le moteur thermique utilisé pour recharger les accumulateurs de pression pouvant alors tourner à des vitesses de rotation faibles et sensiblement constantes pour fournir la pression hydraulique avec un bon rendement, et un deuxième mode pour les vitesses élevées du véhicule, comportant un bon rendement de la chaîne cinématique. La chaîne de traction selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Selon un mode de réalisation, la liaison mécanique entre le moteur thermique et les roues motrices, comporte au moins deux rapports de démultiplication. Avantageusement, le rapport de démultiplication comportant la démultiplication la plus élevée, est engagé par une roue-libre.
Les rapports de démultiplication peuvent entraîner directement un arbre disposé suivant l'axe des machines hydrauliques. En particulier, le moteur thermique peut être relié à un arbre primaire disposé suivant son axe, qui entraîne par les rapports de démultiplication comportant chacun deux pignons, un arbre secondaire entraînant à son tour un différentiel lié aux roues motrices. Avantageusement, la chaîne de traction comporte un embrayage disposé entre le moteur thermique et la liaison 25 mécanique. Avantageusement, la pompe hydraulique ainsi que les machines hydrauliques de traction, comporte une cylindrée variable qui peut être nulle. Avantageusement, la pompe hydraulique est reliée de 30 manière permanente au moteur thermique. En complément, la liaison entre au moins une machine hydraulique et les roues motrices, peut comporter au moins deux rapports de démultiplication. L'invention a de plus pour objet un véhicule 35 hybride disposant d'une chaîne de traction comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 à 6 sont des schémas d'une chaîne de traction selon l'invention, présentée suivant six modes de fonctionnement différents ; et - la figure 7 est un schéma de cette chaîne de 10 traction réalisée selon une variante. La figure 1 présente une chaîne cinématique 1 d'un véhicule, comprenant un moteur thermique 2 entraînant de manière permanente par un train d'engrenage 4, une pompe hydraulique à cylindrée variable 6, qui prélève le fluide 15 hydraulique dans un réservoir non représenté, pour charger un accumulateur de pression 8. L'accumulateur de pression 8 peut comporter un seul élément de stockage, ou une série d'éléments reliés ensemble pour stocker une plus grande quantité d'énergie. 20 L'accumulateur de pression 8 est relié à deux machines hydrauliques 10, 12 comportant des cylindrées variables, qui se trouvent axialement alignées sur un arbre secondaire 14, chacune entraînant l'arbre par une de ses extrémités. 25 L'arbre secondaire 14 est relié par un couple de pignons, à un différentiel 16 disposé sur un axe parallèle, entraînant à son tour les deux roues motrices 20 d'un même essieu du véhicule par deux arbres de roues disposés de chaque côté, et en répartissant la vitesse 30 entre ces roues. On obtient ainsi un lien permanent entre les deux machines hydrauliques 10, 12, et les roues motrices 20. La chaîne de traction 1 comporte de plus un embrayage 30 commandé par un actionneur, fixé sur le 35 volant d'inertie du moteur thermique 2, qui peut entraîner un arbre primaire 32 disposé suivant l'axe de ce moteur.
L'arbre primaire 32 supporte un premier pignon menant 38 d'un premier rapport de démultiplication R1, et l'entraîne par une roue libre 36 qui est en prise quand le moteur thermique 2 délivre un couple moteur sur ce pignon. Le premier pignon menant 38 engrène avec un premier pignon mené 40, qui est fixé sur l'arbre secondaire 14. L'arbre primaire 32 supporte de plus un deuxième pignon menant 44 d'un deuxième rapport de démultiplication R2, et l'entraîne par un crabot 42 commandé par un actionneur. Le deuxième pignon menant 44 engrène avec un deuxième pignon mené 46, qui est aussi fixé sur l'arbre secondaire 14. On obtient ainsi deux possibilités d'entraînement des roues motrices 20 par le moteur thermique 2 au moyen d'une liaison entièrement mécanique, le premier rapport R1 étant adapté pour entraîner le véhicule à des vitesses moyennes avec un bon rendement du moteur thermique 2, et le deuxième rapport R2 comportant une multiplication de la vitesse plus grande, étant adapté pour entraîner le véhicule à des vitesses plus élevées. L'ensemble de la chaîne de traction est contrôlée par un calculateur de commande, qui en fonction d'informations sur la demande du conducteur et le fonctionnement du véhicule, pilote les différents composants, notamment le moteur thermique 2, les cylindrées de la pompe 6 et des machines hydrauliques 10, 12, ainsi que les actionneurs de l'embrayage 30 et du crabot 42, pour obtenir les meilleures conditions de confort, de performance ou de rendement. La figure 1 présente de plus un mode de fonctionnement du véhicule comprenant le démarrage et le roulage aux basses vitesses, avec un accumulateur de pression 8 suffisamment chargé.
Sur les différentes figures, les composants hachurés représentent les parties transmettant une puissance délivrée par les machines hydrauliques 10, 12, et les composants comportant une trame de points représentent les parties transmettant une puissance délivrée par le moteur thermique 2, ces deux puissances pouvant se superposer.
Dans ce mode de fonctionnement on prélève de l'énergie dans l'accumulateur de pression 8, pour démarrer le véhicule avec si nécessaire une forte cylindrée des machines hydrauliques 10, 12, pour délivrer un fort couple. Le moteur thermique 2 est arrêté et l'embrayage 30 est ouvert, l'arbre primaire 32 pouvant tourner librement. Ensuite quand le véhicule accélère et suivant la demande en couple, on peut progressivement faire varier la cylindrée des machines hydrauliques 10, 12, pour suivre l'augmentation de la vitesse du véhicule, ainsi que la variation de pression dans l'accumulateur de pression 8. En variante on peut démarrer le véhicule ou rouler aux basses vitesses, avec une seule machine hydraulique 10, 12 suivant le niveau de couple demandé, et si le rendement est meilleur. Dans ce cas, la cylindrée de l'autre machine hydraulique est nulle pour ne pas générer de couple résistant sur l'arbre. En complément, les roues motrices 20 peuvent entraîner les machines hydraulique 10, 12 travaillant en pompe, pour recharger l'accumulateur de pression 8 et ainsi récupérer une énergie cinétique du véhicule lors des freinages ou dans les descentes. Les flux de puissance mécanique sont alors inversés.
Pour le mode de fonctionnement avec une traction par l'hydraulique seule, les caractéristiques de la chaîne de traction sont adaptées, notamment la cylindrée maximum des machines hydrauliques 10, 12 et leurs vitesses de rotation, pour obtenir le meilleur rendement de cette chaîne aux basses vitesses du véhicule. La figure 2 présente un mode de fonctionnement du véhicule comprenant le démarrage de ce véhicule où le roulage aux basses vitesses, avec un accumulateur de pression 8 insuffisamment chargé. Dans ce cas on démarre le moteur thermique 2 qui entraîne alors directement la pompe 6 pour recharger l'accumulateur de pression 8, l'embrayage 30 restant ouvert. On renouvelle ainsi la charge de l'accumulateur de pression 8, l'énergie pouvant être prélevée en même temps par les machines hydrauliques 10, 12 pour entraîner le véhicule.
La figure 3 présente un mode de fonctionnement du véhicule comprenant le roulage à des vitesses moyennes. Dans ce cas on démarre le moteur thermique 2, et on règle la pompe 6 avec une cylindrée nulle, pour la faire tourner à vide sans qu'elle freine ce moteur.
Quand la vitesse du moteur thermique 2 est suffisante pour que la vitesse de l'arbre primaire 32 atteigne celle du premier pignon menant 38, alors la roue-libre 36 s'engage et le moteur commence en douceur à transmettre du couple directement aux roues motrices 20, par le premier rapport de démultiplication R1 qui est le plus démultiplié. Les machines hydrauliques 10, 12 qui sont toujours entraînées par l'arbre secondaire 14, ont aussi leurs cylindrées qui sont nulles pour tourner sans couple résistant. La figure 4 présente un mode de fonctionnement suivant, quand le véhicule prend plus de vitesse. Dans ce cas le crabot 42 est piloté pour lier le deuxième pignon menant 44 à l'arbre primaire 32, de manière à transmettre la puissance du moteur thermique 2 aux roues motrices 20 par le deuxième rapport de démultiplication R2. La vitesse de l'arbre primaire 32 baissant suite à cet engagement, la roue-libre 36 se dégage automatiquement ce qui libère le premier rapport de démultiplication R1.
La cylindrée nulle de la pompe 6 ainsi que des machines hydrauliques 10, 12, est maintenue.
Le deuxième rapport de démultiplication R2 étant moins démultiplié que le premier, on peut ainsi rouler plus vite tout en réduisant la vitesse du moteur thermique 2, ce qui permet d'optimiser sa consommation.
Dans ces modes de fonctionnement avec une traction par le moteur thermique 2, on peut pendant un freinage du véhicule, régler les machines hydraulique 10, 12 travaillant en pompe en augmentant le volume de leur cylindrée, pour recharger l'accumulateur de pression 8 et récupérer une énergie cinétique du véhicule. Les caractéristiques de la chaîne de traction sont adaptées, notamment la valeur des deux rapports de démultiplication R1, R2, pour obtenir le meilleur rendement de cette chaîne et en particulier du moteur thermique 2, aux vitesses moyennes et élevées du véhicule. La figure 5 présente un mode de fonctionnement suivant, appelé mode parallèle, quand une forte puissance est demandée.
Dans ce cas, l'embrayage 30 étant fermé, la cylindrée de la pompe 6 étant nulle, et le premier R1 ou le deuxième R2 rapport de démultiplication étant engagé, on augmente la cylindrée des machines hydrauliques 10, 12 travaillant en moteur pour délivrer un couple complémentaire, en prélevant une énergie dans l'accumulateur de pression 8 qui vient en complément de celle fournie par le moteur thermique 2. On peut ainsi délivrer une puissance maximale pendant un temps court dans un mode de fonctionnement appelé mode « Boost », en fonction de la charge de l'accumulateur de pression 8, pour par exemple doubler un autre véhicule, ce qui assure un agrément de conduite ainsi qu'une sécurité. Ce mode de fonctionnement peut s'utiliser quelle que soit la vitesse du véhicule, le moteur thermique 2 venant en complément des machines hydrauliques 10, 12, ou à l'inverse ces machines venant en complément du moteur thermique.
La figure 6 présente un autre mode de fonctionnement, pour démarrer le moteur thermique 2 à partir de l'énergie hydraulique. Dans ce cas, l'embrayage 30 est maintenu ouvert, et la cylindrée de la pompe 6 est réglée pour délivrer un couple d'entraînement du moteur thermique 2, en prélevant de l'énergie dans l'accumulateur de pression 8. La figure 7 présente une variante de la chaîne de traction 51, comportant une seule machine hydraulique 50 qui peut entraîner par deux rapports de démultiplication différents R3, R4, l'arbre secondaire 14. Un crabot 52 disposé entre les deux rapports de démultiplication R3, R4, permet alternativement d'engager l'un ou l'autre de ces rapports.
On obtient ainsi à partir d'une seule machine hydraulique 50, deux gammes de couple procurées par les deux rapports de démultiplication R3, R4, ce qui peut permettre de remplacer deux machines hydrauliques délivrant chacune une gamme de couple différente.
D'une manière générale, de nombreuses variantes peuvent être réalisées dans le cadre de l'invention, afin notamment d'optimiser la consommation d'énergie, en utilisant par exemple un seul ou plus de deux rapports de démultiplication pour relier le moteur thermique 2 à l'arbre secondaire 14, en disposant un nombre varié de machines hydrauliques, ou de rapports de démultiplication entre ces machines et l'arbre secondaire. Par ailleurs, la roue libre 36 peut être remplacée par un crabot piloté, et les crabots 42, 52 peuvent comporter des dispositifs de synchronisation des vitesses. La pompe 6, les machines hydrauliques 10, 12 ainsi que les différents actionneurs pour piloter l'embrayage 30 ou les crabots 42, 52, peuvent utiliser les différentes technologies connues et généralement utilisées pour les véhicules automobiles.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1 - Chaîne de traction d'un véhicule hybride, comportant un moteur thermique (2) entraînant une pompe hydraulique (6) pour recharger des accumulateurs de pression (8), qui délivrent ensuite la pression hydraulique à au moins une machine hydraulique de traction (10, 12) entraînant les roues motrices (20), caractérisée en ce que la machine hydraulique (10, 12) ainsi que son rapport de démultiplication la reliant aux roues (20) comportent des caractéristiques adaptées pour un mode de fonctionnement série utilisé pour les basses vitesses du véhicule, et en ce qu'elle comprend de plus une liaison mécanique entre le moteur thermique (2) et les roues motrices (20), pourvue d'un moyen (30, 36, 42) permettant d'engager ou de dégager cette liaison qui comporte au moins un rapport de démultiplication (R1, R2) adapté pour obtenir un rendement optimisé pour les vitesses plus élevées de ce véhicule.
- 2 - Chaîne de traction selon la revendication 1, caractérisée en ce que la liaison mécanique entre le moteur thermique (2) et les roues motrices (20), comporte au moins deux rapports de démultiplication (R1, R2).
- 3 - Chaîne de traction selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rapport de démultiplication comportant la démultiplication la plus élevée (R1), est engagé par une roue-libre (36).
- 4 - Chaîne de traction selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que les rapports de démultiplication (R1, R2), entraînent directement un arbre (14) disposé suivant l'axe des machines hydrauliques (10, 12).
- 5 - Chaîne de traction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moteur thermique (2) est relié à un arbre primaire (32) disposé suivant son axe, qui entraîne par les rapports de démultiplication (R1, R2) comportant chacun deux pignons(38, 40, 44, 46), un arbre secondaire (14) entraînant à son tour un différentiel (16) lié aux roues motrices (20).
- 6 - Chaîne de traction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un embrayage (30) disposé entre le moteur thermique (2) et la liaison mécanique.
- 7 - Chaîne de traction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pompe hydraulique (6) ainsi que les machines hydrauliques de traction (10, 12), comportent une cylindrée variable qui peut être nulle.
- 8 - Chaîne de traction selon la revendication 7, caractérisée en ce que la pompe hydraulique (6) est reliée de manière permanente au moteur thermique (2).
- 9 - Chaîne de traction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la liaison entre au moins une machine hydraulique (50) et les roues motrices (20), comporte au moins deux rapports de démultiplication (R3, R4).
- 10 - Véhicule hybride disposant d'une chaîne de traction, caractérisé en ce que cette chaîne de traction est réalisée selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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