FR2976142A3 - Groupe motopropulseur electrique a deux machines electriques et procede de gestion associe - Google Patents

Groupe motopropulseur electrique a deux machines electriques et procede de gestion associe Download PDF

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Abstract

Groupe motopropulseur électrique (1), notamment pour véhicule automobile comprenant deux machines électriques (2, 3) et une boîte de vitesses (4) comportant deux arbres d'entrée (5,6) présentant chacun une denture (12, 14) déterminant respectivement un premier rapport de transmission et un deuxième rapport de transmission, chaque machine électrique (2, 3) étant liée à un arbre d'entrée (5, 6).

Description

B11-0738FR 1 Groupe motopropulseur électrique à deux machines électriques et procédé de gestion associé La présente invention concerne le domaine des groupes motopropulseurs. Plus particulièrement, l'invention concerne les groupes motopropulseurs pour véhicules automobiles à propulsion électrique. On entend par « propulsion électrique », une propulsion réalisée par un moteur d'entrainement électrique, le véhicule automobile étant équipé de ce type de moteur. Les groupes motopropulseurs actuels pour véhicules à propulsion électrique comportent un unique moteur électrique et une transmission simple de type réducteur de vitesses à un seul rapport de transmission ou rapport de vitesses. Le moteur électrique et la transmission simple sont reliés directement, sans embrayage, de sorte que l'unique rapport de transmission est en prise permanente avec le moteur. Une des particularités des moteurs électriques est de pouvoir fournir un couple maximal sur une plage de régime déterminée, dont la borne inférieure correspond à une vitesse nulle. Toutefois, les voitures électriques, par l'absence de boîte de vitesses, bénéficient d'un agrément de conduite et d'un confort inégalable aux véhicules à propulsion thermique, c'est-à-dire équipé d'un groupe motopropulseur équipé d'un moteur thermique. Un autre inconvénient des groupes motopropulseurs sans boîte de vitesses est la consommation élevée en énergie électrique, ainsi qu'une autonomie du véhicule relativement faible.
Un objectif de l'invention est de fournir un groupe motopropulseur électrique pour véhicule automobile électrique avec une efficacité améliorée, c'est-à-dire une réduction de la consommation en énergie électrique et une augmentation de l'autonomie du véhicule. Selon un mode de réalisation, l'invention a pour objet un groupe motopropulseur électrique, notamment pour véhicule automobile comprenant deux machines électriques et une boîte de vitesses comportant deux arbres d'entrée présentant chacun une denture déterminant respectivement un premier rapport de transmission et un deuxième rapport de transmission. Chaque machine électrique est liée à un des arbres d'entrée.
Chaque machine électrique ayant sa propre zone de fonctionnement optimale, on obtient, par la présence de deux machines électriques, deux zones de fonctionnement optimales, par exemple, une première zone en utilisation urbaine, et une deuxième zone en utilisation extra-urbaine.
Ainsi, chaque machine électrique est associée à son propre rapport de transmission. Compte tenu de la grande plage de régime de rotation utilisable de chaque machine électrique, la boîte de vitesses à deux rapports de transmission permet d'avoir un rapport dit « court » pour un usage urbain et un rapport dit « long » pour un usage extra- urbain. L'utilisation d'un rapport « long » correspondant à un rapport entre la vitesse de l'arbre de sortie par rapport à la vitesse de l'arbre d'entrée de l'ordre de 1 permet d'améliorer l'efficacité du groupe motopropulseur, en réduisant la consommation électrique du véhicule et en augmentant l'autonomie du véhicule électrique.
Avantageusement la boîte de vitesses comprend un arbre secondaire portant à rotation libre au moins un pignon fou destiné à engrener avec la denture de premier rapport, et un moyen de couplage en rotation du pignon fou avec l'arbre secondaire. La première machine électrique est liée au premier arbre d'entrée.
Selon un mode de réalisation, l'arbre secondaire porte à rotation libre un deuxième pignon fou destiné à engrener avec la denture de deuxième rapport du deuxième arbre d'entrée. L'arbre secondaire comprend un deuxième moyen de couplage en rotation du deuxième pignon fou avec l'arbre secondaire. La présence de deux moyens de couplage distincts permet de commander séparément chacun de ces moyens de couplage afin de permettre le passage d'un rapport de transmission à l'autre sans interruption de couple, et ainsi de proposer un véhicule électrique bénéficiant d'un agrément de conduite et d'un confort sensiblement égal à celui d'un moteur à propulsion thermique. Les deux arbres d'entrée peuvent être coaxiaux et les deux machines électriques peuvent être disposées tête-bêche. Avantageusement, le groupe motopropulseur comprend des moyens d'accouplement des deux arbres d'entrée. Les moyens d'accouplement comportent, en outre, un manchon de crabotage agencé sur le premier arbre d'entrée destiné à coopérer avec des cannelures de crabotage disposées sur le deuxième arbre d'entrée. Selon un second aspect, l'invention concerne un véhicule automobile électrique comprenant un groupe motopropulseur électrique tel que décrit précédemment.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de gestion du fonctionnement d'un groupe motopropulseur électrique comprenant deux machines électriques et une boîte de vitesses comportant deux arbres d'entrée présentant chacune une denture déterminant respectivement un premier rapport de transmission et un deuxième rapport de transmission, chaque machine électrique étant liée à un arbre d'entrée, dans lequel on actionne un premier moyen de couplage seul d'un premier pignon fou avec un arbre secondaire afin d'obtenir un roulage sur un premier rapport de transmission et avec le premier moteur seul ou on actionne un second moyen de couplage seul d'un deuxième pignon fou avec l'arbre secondaire afin d'obtenir un roulage sur un second rapport de transmission et avec le second moteur seul ou on actionne des moyens d'accouplement des arbres d'entrée et le premier moyen de couplage du premier pignon fou avec l'arbre secondaire afin d'obtenir un roulage sur le premier rapport de transmission et avec les deux moteurs électriques ou on actionne les moyens d'accouplement des arbres d'entrée et le second moyen de couplage du deuxième pignon fou avec l'arbre secondaire afin d'obtenir un roulage sur le second rapport de transmission et avec les deux moteurs électriques. Ainsi, on obtient quatre modes de roulage différents. Selon un mode de réalisation, on réalise un changement de rapport du premier rapport de roulage vers le second rapport de roulage dans lequel on porte la rotation du deuxième moteur électrique à une vitesse de rotation appropriée pour le crabotage du deuxième pignon fou sur l'arbre secondaire, on actionne le deuxième moyen de couplage afin d'accoupler le deuxième pignon fou à l'arbre secondaire par l'intermédiaire d'un moyeu, on réalise une bascule de couple du premier moteur électrique, par exemple par diminution du courant électrique jusqu'à zéro, vers le second moteur électrique, par exemple par augmentation du courant électrique jusqu'à une valeur cible, on actionne le moyen de couplage pour désolidariser le premier pignon fou de l'arbre secondaire.
Le changement de rapport sous couple est ainsi achevé. L'entrainement du différentiel est à présent réalisé uniquement par le deuxième moteur électrique. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un groupe motopropulseur selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe d'un groupe motopropulseur selon un premier mode de gestion du groupe motopropulseur selon la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe d'un groupe motopropulseur selon un deuxième mode de gestion du groupe motopropulseur selon la figure 1, - la figure 4 est une vue en coupe d'un groupe motopropulseur selon un troisième mode de gestion du groupe motopropulseur selon la figure 1, et - la figure 5 est une vue en coupe d'un groupe motopropulseur selon un quatrième mode de gestion du groupe motopropulseur selon la figure 1.
Tel qu'illustré sur la figure 1, le groupe motopropulseur, référencé 1 dans son ensemble, comprend deux moteurs électriques 2, 3, et une boîte de vitesses 4. La boîte de vitesses 4 comprend, d'une part, deux arbres d'entrée 5, 6, d'axe X1, un premier arbre primaire 5 et un deuxième arbre primaire 6 et, d'autre part, un arbre de sortie 7, d'axe X2, dit arbre secondaire destiné à engrener avec l'un ou l'autre des arbres primaires 5, 6. Les deux arbres primaires 5, 6 sont chacun lié à un moteur électrique 2, 3 et sont coaxiaux l'un par rapport à l'autre, suivant le premier axe X1. Dans l'exemple illustré, les deux moteurs électriques 2, 3 sont agencés tête-bêche. Les moteurs électriques 2, 3 peuvent être de taille égale ou inégale. Les moteurs électriques 2, 3 sont fixés sur les arbres primaires 5,6 par des moyens de vissage 8. On notera que l'on pourrait envisager toute autre fixation des moteurs électriques 2, 3 sur les arbres primaires 5, 6. Les moteurs électriques 2, 3 et la boîte de vitesses 4 sont disposés dans deux carters 9a, 9b reliés entre eux et fermés par deux couvercles 9c, 9d. Les arbres primaires 5, 6 et secondaire 7 sont montés à rotation dans les carters 9a, 9b par l'intermédiaire d'une pluralité de roulement 10, dont les bagues intérieures et extérieures (non référencées) sont maintenues en translation par divers éléments mécaniques, tels que par exemple, des anneaux d'arrêts, des entretoises et des rondelles. L'étanchéité des roulements 10 est assurée par des joints d'étanchéité 11 disposés de part et d'autre des arbres primaires 5, 6.
Le premier arbre primaire 5, lié au premier moteur électrique 2, possède une première denture fixe 12, telle qu'un pignon fixe, déterminant un premier rapport de transmission, et des moyens d'accouplement 13 avec le deuxième arbre primaire 6. Le deuxième arbre primaire 6, lié au deuxième moteur électrique 3, possède une deuxième denture fixe 14, telle qu'un pignon fixe, déterminant un deuxième rapport de transmission, et des moyens complémentaires 15 des moyens d'accouplement 13 du premier arbre primaire 5. Les moyens d'accouplement 13 comprennent un manchon de crabotage 13a agencé sur le premier arbre primaire 5 et destiné à coopérer avec des cannelures de crabotage 15 disposées sur le deuxième arbre primaire 6. On appelle « crabotage », la phase de changement de vitesse au cours de laquelle deux pièces viennent s'accoupler par l'engagement de dents, crabots, ou cannelures de crabotage de l'une d'elles dans des logements correspondants aménagés dans l'autre pièce. Le crabotage peut ainsi être considéré comme un embrayage à entrainement instantané comprenant deux manchons, ou brides, munis de proéminences et d'encoches, dont l'un des manchons coulisse axialement par rapport à l'autre et est appelé « manchon baladeur ».
Lors du crabotage, le manchon baladeur vient engrener ses crabots sur ceux de la pièce à accoupler. Le manchon de crabotage 13a est en liaison glissière avec le premier arbre primaire 5. L'arbre secondaire 7 porte à rotation deux pignons fous 16, 17 destinés à engrener respectivement avec la première denture fixe 12 et la deuxième denture fixe 14 de chacun des arbres primaires 5, 6. Les pignons fous 16, 17 sont, en l'absence de couplage en rotation avec l'arbre secondaire 7 qui les porte, libres à rotation avec cet arbre 7 et sont maintenus axialement par exemple par une rondelle ou un anneau d'arrêt (non référencé). L'arbre secondaire 7 comporte en outre une denture fixe 18 d'engrènement avec une denture de couronne de pont 19, ou chaine de différentiel, reliée à un différentiel 20, d'axe X3. Entre les pignons fous 16, 17, un moyeu 21 solidaire en rotation de l'arbre secondaire 7 est intercalé, et, de part et d'autre de ce moyeu 21, il est prévu des premiers et deuxièmes moyens de couplage en rotation 22, 23, ou moyens de crabotage, réalisant le couplage soit du premier pignon fou 16 avec le moyeu 21 de l'arbre secondaire 7, soit du deuxième pignon fou 17 avec le moyeu 21 de l'arbre secondaire 7. Les premiers et deuxièmes moyens de couplage en rotation 22, 23 comportent chacun un manchon de crabotage 22a, 23a, ou baladeur, dont les crabots (non référencés) sont destinés à coopérer avec des cannelures extérieures 21a du moyeu 21 sur lesquelles coulissent les manchons de crabotage 22a, 23a. Les formes complémentaires des éléments 22 et 21, 23 et 21 assurent une transmission de puissance par obstacle. La mise en service, ou activation, de chacun des moyens de couplage en rotation 22, 23 est réalisée par le déplacement axial des manchons de crabotage 22a, 23a et la mise en contact des crabots des manchons de crabotage 22a, 23a avec ceux 21a du moyeu 21. Le déplacement axial des manchons de crabotage 22a, 23a est réalisé au moyen de fourchettes (non représentées) enserrant chacun des manchons 22a, 23a et pilotées par des moyens de commande (non représentés). L'engagement d'un rapport de transmission est réalisé par couplage du pignon fou 16, 17 de la vitesse correspondante avec l'arbre 7 qui le porte. Quel que soit le rapport de transmission enclenché, le mouvement de l'arbre secondaire 7 est transmis au différentiel 20 au moyen de la chaîne de différentiel 19, puis aux roues du véhicule automobile (non représenté).
Dans l'exemple illustré à la figure 1, les deux arbres primaires 5, 6 ne sont pas liés entre eux et les pignons fous 16, 17 sont libres par rapport à l'arbre secondaire 7, de sorte que les arbres primaires 5, 6 ne sont pas non plus liés à l'arbre secondaire 7 et qu'aucune vitesse de rotation n'est transmise au différentiel 20 et aux roues du véhicule automobile. Les modes de réalisation illustrés sur les figures 2 à 5 représentent quatre modes de gestion ou pilotage du groupe motopropulseur 1 de la figure 1.
Dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, la propulsion du véhicule automobile est réalisée par l'intermédiaire d'un des moteurs électriques 2, 3. Dans ce cas, les moyens d'accouplement 13, 15 des deux arbres primaires 5, 6 ne sont pas actionnés, le manchon de crabotage 13a du premier arbre primaire 5 n'est pas craboté au deuxième arbre primaire 6. Lorsque le véhicule automobile est en mode de roulage suivant le premier rapport de transmission, selon la figure 2, les premiers moyens de couplage 22 sont actionnés afin d'accoupler le premier pignon fou 16 à l'arbre secondaire 7 par l'intermédiaire du moyeu 21 et ainsi que transmettre la rotation du premier moteur électrique 2 au différentiel 20. Dans ce cas, les deuxièmes moyens de couplage 23 ne sont pas actionnés, de sorte que le deuxième pignon fou 17 est libre par rapport à l'arbre secondaire 7.
Afin d'aboutir à un entrainement du véhicule sur le deuxième rapport de transmission depuis un entrainement par le premier rapport, selon la figure 3, la rotation du deuxième moteur électrique 3 est synchronisée à un régime de rotation approprié pour le crabotage du deuxième pignon fou 17 sur l'arbre secondaire 7. Les deuxièmes moyens de couplage 23 sont actionnés afin d'accoupler le deuxième pignon fou 17 à l'arbre secondaire 7 par l'intermédiaire du moyeu 21. Les premiers moyens de couplage 22 ne sont pas actionnés, de sorte que le premier pignon fou 16 reste couplé par rapport à l'arbre secondaire 7. Une bascule de couple est ensuite réalisée entre les deux moteurs électriques 2, 3 afin d'obtenir une transmission de couple progressivement vers le deuxième rapport de transmission combinée à une diminution progressive de couple du premier rapport de transmission. Le changement de rapport se fait donc progressivement sans interruption de couple. Puis pour être conforme à la représentation de la figure 3, le moyen de couplage 22 est actionné pour désolidariser le pignon fou 16 de l'arbre secondaire 7. L'entrainement du différentiel 20 est à présent réalisé par le moteur électrique 3.
Dans les modes de roulage des figures 4 et 5, la propulsion du véhicule automobile est obtenue à l'aide des deux moteurs électriques 2, 3. Dans ce cas, les moyens d'accouplement 13, 15 des deux arbres primaires 5, 6 sont actionnés, de sorte que le manchon de crabotage 13a du premier arbre primaire 5 est craboté à l'arbre secondaire 6. Lorsque le véhicule automobile est en mode de roulage suivant le premier rapport de transmission, le premier moyen de couplage 22 accouple le premier pignon fou 16 à l'arbre secondaire 7 par l'intermédiaire du moyeu 21 et ainsi que transmettre la rotation des deux moteurs électriques 2, 3 au différentiel 20. Dans ce cas, illustré à la figure 4, les deuxièmes moyens de couplage 23 ne sont pas actionnés, de sorte que le deuxième pignon fou 17 est libre par rapport à l'arbre secondaire 7. Lorsque le véhicule est en mode de roulage suivant le second rapport de transmission, le second moyen de couplage 23 accouple le second pignon fou 17 à l'arbre secondaire 7 par l'intermédiaire du moyen 21 et ainsi permet de transmettre la rotation de deux moteurs électriques 2, 3 au différentiel 20. Dans ce cas, illustré à la figure 5, le premier moyen de couplage 22 n'est pas actionné, de sorte que le premier pignon fou 16 est libre par rapport à l'arbre secondaire 7. Grâce à l'invention qui vient d'être décrite, l'efficacité du groupe motopropulseur est améliorée, tout en réduisant la consommation électrique du véhicule et en augmentant l'autonomie du véhicule électrique, en proposant deux rapports de vitesses pouvant être commandés séparément par l'intermédiaire de moyens de couplage distincts, permettant ainsi le passage d'un rapport de vitesses à l'autre sans interruption de couple, et ainsi de proposer un véhicule électrique bénéficiant d'un agrément de conduite et d'un confort sensiblement égal à celui d'un moteur à propulsion thermique.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Groupe motopropulseur électrique (1), notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend deux machines électriques (2, 3) et une boîte de vitesses (4) comportant deux arbres d'entrée (5, 6) présentant chacun une denture (12, 14) déterminant respectivement un premier rapport de transmission et un deuxième rapport de transmission, chaque machine électrique (2, 3) étant liée à un arbre d'entrée (5, 6).
  2. 2. Groupe motopropulseur électrique selon la revendication 1, comprenant un arbre secondaire (7) portant à rotation libre au moins un pignon fou (16) destiné à engrener avec la denture de premier rapport (12), et un premier moyen de couplage en rotation (22) du pignon fou (16) avec l'arbre secondaire (7), ladite première machine électrique (2) étant liée au premier arbre d'entrée (5).
  3. 3. Groupe motopropulseur électrique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'arbre secondaire (7) porte à rotation libre un deuxième pignon fou (17) destiné à engrener avec la denture de deuxième rapport (14) du deuxième arbre d'entrée (6), l'arbre secondaire (7) comprenant un deuxième moyen de couplage en rotation (23) du deuxième pignon fou (17) avec l'arbre secondaire (7).
  4. 4. Groupe motopropulseur électrique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les deux arbres d'entrée (5, 6) sont coaxiaux.
  5. 5. Groupe motopropulseur électrique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les deux machines électriques (2, 3) sont disposées tête-bêche.
  6. 6. Groupe motopropulseur électrique selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant des moyens d'accouplement (13) des deux arbres d'entrée (5, 6).
  7. 7. Groupe motopropulseur électrique selon la revendication 6, dans lequel les moyens d'accouplement (13) comportent un manchon de crabotage (13a) agencé sur le premier arbre d'entrée (5) destiné àcoopérer avec des cannelures de crabotage (15) disposées sur le deuxième arbre d'entrée (6).
  8. 8. Véhicule automobile électrique comprenant un groupe motopropulseur électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  9. 9. Procédé de gestion du fonctionnement d'un groupe motopropulseur électrique (1) comprenant deux machines électriques (2, 3) et une boîte de vitesses (4) comportant deux arbres d'entrée (5, 6) présentant chacun une denture (12, 14) déterminant respectivement un premier rapport de transmission et un deuxième rapport de transmission, chaque machine électrique (2, 3) étant liée à un arbre d'entrée (5, 6), dans lequel : - on actionne un premier moyen de couplage (22) seul d'un premier pignon fou (16) avec un arbre secondaire (7) afin d'obtenir un roulage sur un premier rapport de transmission et avec le premier moteur (2) seul ; - on actionne un second moyen de couplage (23) seul d'un deuxième pignon fou (17) avec l'arbre secondaire (7) afin d'obtenir un roulage sur un second rapport de transmission et avec le second moteur (3) seul; - on actionne des moyens d'accouplement (13) des arbres d'entrée (5, 6) et le premier moyen de couplage (22) du premier pignon fou (16) avec l'arbre secondaire (7) afin d'obtenir un roulage sur le premier rapport de transmission et avec les deux moteurs (2, 3) ; - on actionne les moyens d'accouplement (13) des arbres d'entrée (5, 6) et le second moyen de couplage (23) du deuxième pignon fou (17) avec l'arbre secondaire (7) afin d'obtenir un roulage sur le second rapport de transmission et avec les deux moteurs (2, 3).
  10. 10. Procédé de gestion selon la revendication 9, dans lequel on réalise un changement de rapport du premier rapport de roulage vers le second rapport de roulage comprenant les étapes suivantes : - on porte la rotation du deuxième moteur électrique (3) à une vitesse de rotation appropriée pour le crabotage du deuxième pignon fou (17) sur l'arbre secondaire (7) ;- on actionne le deuxième moyen de couplage (23) afin d'accoupler le deuxième pignon fou (17) à l'arbre secondaire (7) par l'intermédiaire d'un moyeu (21) ; - on réalise une bascule de couple du premier moteur électrique (2), par diminution du courant électrique jusqu'à zéro, vers le second moteur électrique (3), par augmentation du courant électrique jusqu'à une valeur cible ; - on actionne le moyen de couplage (22) pour désolidariser le premier pignon fou (16) de l'arbre secondaire (7).
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