FR3008037A1 - Chaine de traction d'un vehicule hybride hydraulique, comprenant un embrayage et un train planetaire - Google Patents

Chaine de traction d'un vehicule hybride hydraulique, comprenant un embrayage et un train planetaire Download PDF

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Abstract

Chaîne de traction d'un véhicule hybride, comprenant un moteur thermique (46) relié à un premier élément d'un train planétaire (30) disposant d'un deuxième élément relié à une pompe hydraulique (44), et d'un troisième élément relié aux roues motrices du véhicule, cette chaîne de traction comprenant de plus une machine hydraulique (2) reliée aux roues motrices, caractérisée en ce que le premier élément du train planétaire (30) est relié au moteur thermique (46) par un embrayage (74), et en ce qu'il est relié en permanence à une machine électrique réversible (90) qui délivre un courant d'alimentation du réseau de bord (52).

Description

CHAINE DE TRACTION D'UN VEHICULE HYBRIDE HYDRAULIQUE, COMPRENANT UN EMBRAYAGE ET UN TRAIN PLANETAIRE pool La présente invention concerne une chaîne de traction d'un véhicule automobile hybride hydraulique, ainsi qu'un procédé de fonctionnement de cette chaîne de traction, et un véhicule automobile hybride comprenant une telle chaîne de traction. [0002] Un type de transmission connu pour un véhicule automobile hybride hydraulique, présenté notamment par le document FR-A1-2973302, comporte un train planétaire comprenant une couronne reliée à un moteur thermique, un pignon solaire relié à une pompe hydraulique, et un porte-satellites relié par un premier manchon de synchronisation à un différentiel de sortie entraînant les roues motrices. [0003] Le train planétaire comporte un deuxième manchon de synchronisation qui réalise un blocage de ce train quand il est engagé, afin de faire tourner tous les éléments à la même vitesse. [0004] La transmission comporte de plus une entrée liée à une machine hydraulique pouvant travailler en moteur ou en pompe, qui peut être reliée au différentiel de sortie par deux rapports de démultiplication différents, 20 commandés par un troisième manchon de synchronisation. [0005] La machine hydraulique ainsi que la pompe sont connectées à des accumulateurs de pression qui permettent de stocker une énergie lors du fonctionnement de cette pompe, ou de cette machine travaillant en pompe délivrant un couple de freinage, et de la restituer à la machine hydraulique 25 pour appliquer un couple moteur sur les roues motrices. [0006] On obtient ainsi différents modes de fonctionnement comprenant notamment un mode « impulsionnel » avec une traction du véhicule uniquement par la machine hydraulique en engageant un des rapports par le troisième manchon de synchronisation, le moteur thermique étant arrêté, et un mode « dérivation » avec une traction du véhicule par la machine hydraulique, ainsi que par le moteur thermique qui a démarré pour délivrer par le train planétaire un couple à la fois sur le différentiel de sortie et sur la pompe fournissant une puissance hydraulique. [0007] On obtient aussi un mode « rapport court » avec la pompe bloquée, le moteur thermique délivrant un couple élevé sur les roues motrices par le train planétaire formant un réducteur de vitesse, et un mode « rapport long » avec le moteur thermique délivrant un couple plus faible sur les roues motrices par le train planétaire bloqué au moyen du deuxième manchon de synchronisation. [000s] Par ailleurs le moteur thermique est relié directement à un alternateur qui délivre en permanence quand ce moteur est démarré, un courant électrique de recharge de la batterie du réseau de bord. Cette disposition pose alors un problème pour les modes de fonctionnement laissant le moteur thermique à l'arrêt, l'alternateur ne tourne plus, et on ne dispose pas de courant de recharge de la batterie. [0009] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. [0010] Elle propose à cet effet une chaîne de traction d'un véhicule hybride, comprenant un moteur thermique relié à un premier élément d'un train planétaire disposant d'un deuxième élément relié à une pompe hydraulique, et d'un troisième élément relié aux roues motrices du véhicule, cette chaîne de traction comprenant de plus une machine hydraulique reliée aux roues motrices, caractérisée en ce que le premier élément du train planétaire est relié au moteur thermique par un embrayage, et en ce qu'il est relié en permanence à une machine électrique réversible qui délivre un courant d'alimentation du réseau de bord. pou ] Un avantage de cette chaîne de traction est que pour les roulages utilisant comprenant une traction par la machine hydraulique, avec le moteur thermique à l'arrêt et l'embrayage ouvert, le train planétaire étant entraîné par le différentiel de sortie, l'alternateur lié au premier élément de ce train planétaire tourne aussi ce qui permet de conserver en permanence une recharge de la batterie du réseau de bord. [0012] La chaîne de traction selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0013] Avantageusement, le premier élément du train planétaire est la couronne, le deuxième élément est le pignon solaire et le troisième élément est le porte-satellites. [0014] Selon un mode de réalisation, la machine électrique est disposée parallèlement à l'axe du train planétaire, l'arbre de cette machine étant relié de manière permanente par une transmission au premier élément de ce train planétaire. [0015] En particulier, l'arbre de la machine électrique peut être relié à un pignon qui engrène avec une denture externe disposée sur le contour extérieur de la couronne du train planétaire. [0016] En variante, l'arbre de la machine électrique peut être lié à la couronne du train planétaire par une courroie reliant deux poulies. [0017] Selon un autre mode de réalisation, la machine électrique est disposée suivant l'axe du train planétaire. [0ols] La machine électrique peut aussi être directement reliée à la couronne du train planétaire. Dans ce cas la machine électrique est du type « galette » et est incorporée dans le carter de boite. [0019] Avantageusement, la chaîne de traction comporte un moyen d'engagement permettant alternativement de bloquer le train planétaire, ou de lier le deuxième élément de ce train planétaire à la pompe. [0020] L'invention a aussi pour objet un procédé de contrôle d'une chaîne de traction comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, qui à partir d'un mode de fonctionnement comprenant l'entraînement du train planétaire par le moteur thermique, quand le conducteur relâche la pédale d'accélérateur, arrête ce moteur thermique en ouvrant l'embrayage. [0021] L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile hybride hydraulique disposant d'une chaîne de traction comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0022] 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 : - la figure 1 est un schéma d'une chaîne de traction selon l'invention ; et - la figure 2 est un graphique présentant en fonction de la vitesse du véhicule et de la puissance appliquée sur les roues motrices, les différents modes de fonctionnement de cette chaîne de traction. [0023] La figure 1 présente une transmission comprenant des arbres disposés parallèlement entre eux. Une machine hydraulique à cylindrée variable 2 est reliée à un premier arbre d'entrée 4 de cette transmission, supportant un premier pignon menant libre en rotation 6 qui engrène avec un pignon mené 8 fixé sur un deuxième arbre 10, pour former une première réduction de vitesse comprenant une démultiplication importante. [0024] Le premier arbre d'entrée 4 supporte un deuxième pignon menant libre 12, qui engrène avec un pignon mené 14 fixé sur le deuxième arbre 10, pour former une deuxième réduction de vitesse comprenant une démultiplication plus faible. [0025] Un manchon double de synchronisation 16 coulissant axialement entre les deux pignons libres 6, 12, permet de lier l'un ou l'autre de ces pignons avec le premier arbre 4 afin d'engager le rapport de démultiplication correspondant. [0026] En variante pour simplifier la transmission, la machine hydraulique 2 peut être reliée au deuxième arbre 10 par un unique rapport de démultiplication. [0027] Le deuxième arbre 10 comporte un pignon de sortie 18 fixé dessus, qui engrène avec la couronne 20 d'un différentiel de sortie 22 répartissant le mouvement vers les deux roues motrices du véhicule. [0028] On obtient ainsi la possibilité d'entraîner directement les roues motrices par la machine hydraulique 2 utilisée en moteur quand le manchon de synchronisation 16 engage un des rapports de démultiplication, avec un sens de marche avant ou arrière suivant le sens de rotation de cette machine. [0029] Un train planétaire 30 comporte un porte-satellites lié à un premier pignon menant 32 qui engrène avec un pignon mené 34 fixé sur un troisième arbre 36, ce troisième arbre comportant un deuxième pignon menant 38 engrenant avec la couronne 20 du différentiel 22. [0030] Le pignon solaire du train planétaire 30 peut être relié à un pignon menant 40 qui engrène avec un pignon mené 42 fixé sur l'arbre d'une pompe hydraulique 44 à cylindrée variable. [0031] Le train planétaire 30 dispose d'un deuxième manchon double de synchronisation 72 comprenant une position centrale neutre, une première position latérale qui relie le pignon solaire à la pompe 44, et une deuxième position latérale opposée, qui relie ce pignon solaire au porte-satellites afin de bloquer le train planétaire comprenant l'ensemble de ses éléments tournant à la même vitesse. [0032] En variante pour simplifier la transmission, la pompe 44 peut être reliée en permanence au pignon solaire du train planétaire 30, le deuxième manchon de synchronisation 72 comportant une seule position latérale pour bloquer ce train planétaire. [0033] La couronne du train planétaire 30 est reliée à un moteur thermique 46 par un embrayage commandé 74. [0034] Une machine électrique 90 disposée parallèlement au train planétaire 30, sur le côté du moteur thermique 46, comporte un arbre supportant un pignon 76 qui engrène avec une denture externe disposée sur le contour extérieur de la couronne du train planétaire 30. On réalise ainsi un entraînement permanent de la machine électrique 90 par la couronne du train planétaire 30. [0035] La liaison permanente entre l'arbre de la machine électrique 90 et la couronne du train planétaire 30, peut aussi se faire avec une courroie reliant 15 deux poulies disposées sur chacun de ces éléments. [0036] En variante la machine électrique 90 peut être disposée suivant l'axe de la couronne du train planétaire 30, entre la transmission contenant ce train et le moteur thermique 46. [0037] La machine électrique 90 est connectée au réseau de bord du 20 véhicule 52, et à la batterie de ce réseau 54 pour la recharger. [0038] Le moteur thermique 46 est relié par une courroie à un compresseur de climatisation 56. Le moteur thermique 46 dispose d'un radiateur de refroidissement 70, pour dissiper les calories lors de son fonctionnement. [0039] En variante, le compresseur de climatisation et/ou la pompe à vide du 25 moteur peuvent être reliés à l'arbre de la machine 90. Ainsi, la façade accessoire du moteur peut être supprimée. Autre avantage, le compresseur de climatisation est en rotation même si le moteur thermique est arrêté. [0040] Un circuit hydraulique comporte un accumulateur haute pression 60 et un accumulateur basse pression 62, reliés à la fois à la machine hydraulique 2 et à la pompe 44. Le circuit basse pression dispose d'une pompe 64 qui fait circuler le fluide dans un radiateur 66 pour le refroidir, et dans un filtre 68 pour le purifier. [0041] La figure 2 présente en fonction de la vitesse du véhicule V présentée sur l'axe horizontal, et de la puissance de traction du véhicule P demandée par le conducteur, présentée sur l'axe vertical, quatre modes de fonctionnement mis en oeuvre par la chaîne de traction. [0042] Le mode impulsionnel 80 prévu pour des vitesses du véhicule basses et pour une puissance demandée relativement faible, est utilisé si l'accumulateur haute pression 60 dispose d'un niveau d'énergie suffisamment élevé. Ce mode impulsionnel 80 comporte la traction du véhicule par la machine hydraulique 2, en utilisant l'un de ses deux rapports de vitesse afin d'optimiser sa vitesse de rotation. [0043] Le roulage du véhicule entraîne le porte-satellites du train planétaire 30 dans le même sens de rotation que les roues du véhicule, appelé par convention sens positif. Le deuxième manchon de synchronisation 72 liant la pompe 44 qui est arrêtée par un blocage hydraulique, au pignon solaire du train planétaire 30, la couronne de ce train tourne dans le sens positif. On peut alors laisser le moteur thermique 46 à l'arrêt, grâce à l'embrayage 74 qui est ouvert afin de permettre une libre rotation de cette couronne dans ce sens positif. [0044] On réalise avec ce mode impulsionnel un roulage sans émission de gaz polluant, comprenant l'entraînement permanent de la machine électrique 90 liée en rotation à la couronne du train planétaire 30, ce qui permet de maintenir une alimentation du réseau de bord 52 et de la batterie de 54 en énergie électrique. [0045] Si l'accumulateur haute pression 60 ne comporte pas suffisamment d'énergie, on démarre le moteur thermique 46 par la machine électrique 90 entraînant la couronne du train planétaire 30, puis ce moteur par l'embrayage 74 qui est fermé. On notera qu'en laissant le pignon solaire du train planétaire 30 désolidarisé de la pompe 44, ce pignon peut tourner librement, ce qui permet des rotations indépendantes de la couronne entraînée par la machine électrique 90, et du porte-satellites entraîné pas le différentiel de sortie 22. [0046] Le démarrage du moteur thermique 46 peut se faire en variante lors du roulage du véhicule motorisé par la machine hydraulique 2, par l'inertie de ce véhicule entraînant le train planétaire 30 qui peut être en prise directe, ou travailler en démultiplication avec la pompe 44 bloquée. La couronne de ce train planétaire 30 entraîne alors par l'embrayage 74 qui est fermé, l'arbre du moteur thermique 46. [0047] Le moteur thermique 2 avec l'embrayage 74 fermé, entraîne ensuite la couronne du train planétaire 30, en appliquant avec une certaine répartition un couple positif sur le porte-satellites qui est délivré aux roues motrices, et un couple négatif sur le pignon solaire qui est délivré à la pompe 44. [0048] On notera que l'entraînement du train planétaire 30 par le moteur thermique 46 peut se faire en douceur par un serrage progressif de l'embrayage 74. [0049] On réalise ainsi un roulage du véhicule par le couple appliqué sur les roues motrices, tout en maintenant une alimentation électrique du réseau de bord 52 par la machine électrique 90 qui est toujours entraînée. On recharge aussi par la pompe 44 l'accumulateur haute pression 60, afin d'alimenter à nouveau la machine hydraulique 2 pour motoriser le véhicule quand le niveau de pression dans cet accumulateur devient suffisant, et d'arrêter le moteur thermique 46. [0050] Le mode dérivation 82 prévu pour des puissances délivrées importantes par rapport à la vitesse du véhicule, comporte une traction de ce véhicule par la machine hydraulique 2 comprenant un de ses rapports engagé, et par le moteur thermique 46 qui a démarré, avec l'embrayage 74 fermé pour appliquer par le train planétaire 30 un couple à la fois sur les roues motrices, et sur la pompe 44 fournissant une puissance hydraulique. Cette puissance hydraulique rechargeant l'accumulateur haute pression 60, peut être délivrée en même temps à la machine hydraulique 2. [0051] Avec le mode dérivation 82, la machine électrique 90 est toujours entraînée. [0052] Le mode rapport court 84 prévu pour des puissances délivrées moyennes par rapport à la vitesse du véhicule, comporte la traction du véhicule par le moteur thermique 46 qui entraîne par l'embrayage 74 fermé la couronne du train planétaire 30 formant un réducteur de vitesse. Le deuxième manchon de synchronisation 72 maintient la liaison du pignon solaire avec la pompe 44. [0053] La pompe hydraulique 44 est bloquée hydrauliquement, avec par exemple une fermeture de son débit, le pignon solaire formant un point de réaction fixe qui donne une réduction de la vitesse du porte-satellites. Le moteur thermique 46 peut délivrer un couple élevé sur les roues motrices. La machine hydraulique 90 est toujours entraînée. [0054] Le mode rapport long 86 prévu pour des puissances délivrées positives qui sont relativement faibles par rapport à la vitesse du véhicule, comporte la traction de ce véhicule par le moteur thermique 46, avec l'embrayage 74 fermé entraînant la couronne du train planétaire 30. Le deuxième manchon de synchronisation 72 a désengagé la pompe hydraulique 44, et a bloqué le train planétaire 30. [0055] La vitesse du moteur thermique 46 est transmise intégralement au porte-satellites du train planétaire 30, afin de former ce rapport long 86. [0056] On notera que si le conducteur relâche la pédale d'accélérateur en demandant un couple de freinage sur les roues motrices, le moteur thermique 46 peut être arrêté simplement avec une ouverture de l'embrayage 74 quand ce moteur commence à délivrer un couple négatif, l'ensemble du train planétaire 30 avec sa couronne étant toujours entraîné par le véhicule. [0057] Cette disposition permettant facilement un arrêt du moteur thermique 46 quand le conducteur relâche la pédale d'accélérateur, économise l'énergie en réduisant les frottements qui freinent le véhicule. [0058] On notera que la machine électrique 90 est toujours en rotation dans le même sens dès que le véhicule est roulant, ou que le moteur thermique 46 est en marche. La génération d'électricité est donc assurée dans tous les modes de roulage, il n'y a pas besoin d'ajouter des systèmes complexes pour gérer les cas où le moteur thermique est arrêté. [0059] En complément la machine électrique 90 peut fournir une puissance motrice en prélevant une énergie électrique, afin de délivrer un couple de traction du véhicule. [0060] En particulier la machine électrique 90 peut délivrer en marche avant ou arrière, seule dans un mode de traction purement électrique, ou en complément de la machine hydraulique 2, une puissance sans émission de gaz polluant en maintenant l'embrayage 74 ouvert, avec le train planétaire 30 bloqué pour obtenir une prise directe, ou avec ce train planétaire travaillant en réduction de vitesse en bloquant la pompe 44, pour délivrer un couple élevé sur les roues motrices. Le moteur thermique 46 est arrêté, l'embrayage 74 est ouvert. [0061] Cette machine électrique 90 peut aussi délivrer un couple moteur complémentaire de marche avant, qui s'ajoute à celui fourni par le moteur thermique 46. [0062] On notera que le moteur thermique 46 de cette chaîne de traction, ne nécessite pas un démarreur électrique spécifique, la machine électrique 90 pouvant assurer cette fonction.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1 - Chaîne de traction d'un véhicule hybride, comprenant un moteur thermique (46) relié à un premier élément d'un train planétaire (30) disposant d'un deuxième élément relié à une pompe hydraulique (44), et d'un troisième élément relié aux roues motrices du véhicule, cette chaîne de traction comprenant de plus une machine hydraulique (2) reliée aux roues motrices, caractérisée en ce que le premier élément du train planétaire (30) est relié au moteur thermique (46) par un embrayage (74), et en ce qu'il est relié en permanence à une machine électrique réversible (90) qui délivre un courant d'alimentation du réseau de bord (52).
  2. 2 - Chaîne de traction selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier élément du train planétaire (30) est la couronne, le deuxième élément est le pignon solaire et le troisième élément est le porte-satellites.
  3. 3 - Chaîne de traction selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la machine électrique (90) est disposée parallèlement à l'axe du train planétaire (30), l'arbre de cette machine étant relié de manière permanente par une transmission au premier élément de ce train planétaire.
  4. 4 - Chaîne de traction selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'arbre de la machine électrique (90) est relié à un pignon (76) qui engrène avec une denture externe disposée sur le contour extérieur de la couronne du train planétaire (30).
  5. 5 - Chaîne de traction selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'arbre de la machine électrique (90) est lié à la couronne du train planétaire (30) par une courroie reliant deux poulies.
  6. 6 - Chaîne de traction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la machine électrique est directement reliée à la couronne du train planétaire
  7. 7 - Chaîne de traction selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la machine électrique (90) est disposée suivant l'axe du train planétaire (30).
  8. 8 - Chaîne de traction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un moyen d'engagement (72) permettant alternativement de bloquer le train planétaire (30), ou de lier le deuxième élément de ce train planétaire à la pompe (44).
  9. 9 - Procédé de contrôle d'une chaîne de traction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à partir d'un mode de fonctionnement comprenant l'entraînement du train planétaire (30) par le moteur thermique (46), quand le conducteur relâche la pédale d'accélérateur, il arrête ce moteur thermique en ouvrant l'embrayage (74).
  10. 10 - Véhicule automobile hybride disposant d'une chaîne de traction utilisant l'énergie hydraulique, caractérisé en ce que cette chaîne est réalisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
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