FR3018227A1 - Transmission hybride avec volant d'inertie - Google Patents

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Pierre Emmanuel Dumouchel
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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Abstract

L'invention a trait à un dispositif de transmission (2) pour véhicule automobile, comprenant un moteur (4), une première unité de transmission (10) à rapport variable R1 reliée cinématiquement au moteur (4) via un premier embrayage (C1) et apte à entrainer des roues du véhicule, un volant d'inertie (22), une deuxième unité de transmission (18) à rapport variable R2 du type à variation continue, reliant cinématiquement le volant d'inertie (22) aux roues via un deuxième embrayage (C2), remarquable en ce que la première unité de transmission à rapport variable (10) est du type à variation continue. Cette architecture permet de faire fonctionner le moteur (4) à un point de fonctionnement optimal en adaptant le rapport R1 de la première unité de transmission (10). Adapter le rapport R2 de la deuxième unité de transmission (18) permet alors de recharger ou décharger le volant d'inertie en énergie cinétique.

Description

1822 7 1 TRANSMISSION HYBRIDE AVEC VOLANT D'INERTIE L'invention a trait au domaine de la transmission de puissance pour le déplacement d'un véhicule. Plus particulièrement, l'invention a trait au domaine des transmissions hybrides impliquant un volant d'inertie.
Le document de brevet publié DE 10 2010 019 537 Al divulgue différentes architectures de transmission hybride impliquant un moteur à combustion et un volant d'inertie. A la figure 1 de ce document, le moteur à combustion est couplé via un embrayage à friction à une boîte de vitesse étagée. La sortie de cette dernière est couplée au différentiel d'un essieu. Un volant d'inertie peut être couplé à la sortie de la boîte de vitesse étagée via une boîte de vitesse à variation continue et un embrayage à crabot. L'objectif principal de cette architecture est de permettre de combler la perte de couple moteur lors des changements de rapports. En effet, lors du passage à un rapport supérieur, le volant d'inertie peut rester en prise avec le différentiel alors que le couple du moteur à combustion est interrompu, par ouverture de l'embrayage à friction, pour la manoeuvre de passage de rapport. La figure 2 de ce document montre qu'un moteur électrique peut également être couplé à l'arbre moteur. Le volant d'inertie peut par ailleurs être couplé à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesse étagée. Cette architecture alternative permet ainsi également d'envisager les passages de rapport de la boîte de vitesse étagée sans ouvrir l'embrayage à friction. La construction de la liaison cinématique entre le volant d'inertie et le moteur, en particulier par l'utilisation d'un embrayage à crabot, impose toutefois au volant d'être en permanence en prise avec la transmission dès lors que celle-ci est en mouvement. La raison de ce choix semble résider en ce que le volant d'inertie n'a pas d'autre fonction que de compenser les pertes de couple lors des changements de rapport sur une boîte étagée manuelle ou robotisée. Le document de brevet publié FR 2 739 330 Al divulgue une architecture de transmission hybride pour véhicule, la transmission comprenant un moteur à combustion et un volant d'inertie. Ce dernier est cinématiquement relié au différentiel d'un essieu du véhicule par deux unités de transmission à rapport variable de manière continue, en l'occurrence deux variateurs de vitesse à courroie métallique, montés en cascade. Le moteur est cinématiquement relié au différentiel via une boîte de vitesse à deux rapports et à deux embrayages. Le volant d'inertie est également cinématiquement relié à l'arbre de sortie du moteur par une liaison à cliquet destinée uniquement à permettre au moteur à combustion à initier la rotation du volant d'inertie lors du démarrage de la transmission. Une fois le moteur et le volant d'inertie démarré, la transmission de couple avec le volant d'inertie se passe exclusivement via les deux variateurs de vitesse. Cette architecture est par conséquent limitée dans son interaction entre le volant d'inertie et le moteur à combustion. L'invention a pour objectif de proposer une architecture hybride impliquant un volant d'inertie et qui permette de procurer une augmentation du rendement énergétique.
L'invention a pour objet un dispositif de transmission pour véhicule automobile, comprenant: un moteur ; une première unité de transmission à rapport variable reliée cinématiquement au moteur via un premier embrayage et apte à entrainer des roues du véhicule ; un volant d'inertie ; une deuxième unité de transmission à rapport variable du type à variation continue, reliant cinématiquement le volant d'inertie aux roues via un deuxième embrayage ; remarquable en ce que la première unité de transmission à rapport variable est du type à variation continue. Le moteur est préférentiellement un moteur à combustion. Il peut également comprendre une machine électrique servant notamment de démarreur et de moteur complémentaire.
Selon un mode avantageux de l'invention, le premier et le deuxième embrayage forment un double embrayage. Le double embrayage est préférentiellement disposé sur l'arbre d'entrée de la première unité de transmission à rapport variable. Selon un mode avantageux de l'invention, le premier et le deuxième embrayage sont configurés pour pouvoir être fermés simultanément et ouverts, chacun, de manière individuelle. Selon un mode avantageux de l'invention, le premier et le deuxième embrayage sont du type à friction. Selon un mode avantageux de l'invention, le deuxième embrayage est la seule liaison cinématique entre le volant d'inertie et les roues.
Avantageusement, le deuxième embrayage est configuré pour assurer un couplage entre les première et deuxième unités de transmission, indépendamment d'un couplage avec le moteur. En d'autres termes, lorsque le deuxième embrayage est fermé et le premier embrayage est ouvert, les deux unités de transmission sont couplées entre elles et découplées du moteur. L'invention a également pour objet un procédé de contrôle d'un dispositif de transmission conforme à l'invention, remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes: (a) en présence d'une demande de couple positif de la part du conducteur: (al ) fermeture ou vérification de fermeture des premier et deuxième embrayages; et (a2) adaptation du rapport de transmission de la première unité de transmission de manière à ce que le moteur fonctionne dans une plage de régime de rendement optimal dudit moteur. Par demande de couple positif on entend un couple tracteur, c'est-à-dire agissant dans le sens d'avancement du véhicule. Selon un mode avantageux de l'invention, l'étape (a) comprend, en outre: (a3) adaptation du rapport de transmission de la deuxième unité de transmission de manière à diminuer la vitesse de rotation du volant d'inertie si le couple moteur est insuffisant par rapport au couple demandé et augmenter la vitesse de rotation du volant d'inertie si le couple moteur est supérieur au couple demandé. Le couple du moteur est comparé au couple demandé ramené au niveau dudit moteur, c'est-à-dire tenant compte du rapport R1. Selon un mode avantageux de l'invention, l'étape (a2) comprend le choix d'un couple moteur dans une plage de couple de rendement optimal. Selon un mode avantageux de l'invention, le procédé comprend l'étape: (b) en présence d'une demande de couple négatif de la part du conducteur, adaptation du rapport de transmission de la deuxième unité de transmission de manière à augmenter la vitesse de rotation du volant d'inertie en générant un couple résistant aux roues. Par demande de couple négatif on entend un couple de freinage, c'est-à-dire agissant dans le sens opposé au sens d'avancement du véhicule. L'invention a également pour objet une unité de contrôle d'un dispositif de transmission conforme à l'invention, remarquable en ce qu'elle comprend des moyens électroniques configurés pour réaliser les étapes du procédé selon l'invention. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent de faire fonctionner le moteur, préférentiellement à combustion, à un ou plusieurs points de fonctionnement (régime et taux de charge) et à faire varier la puissance délivrée aux roues grâce au volant d'inertie, ce dernier fonctionnant alors en récepteur d'énergie lorsque la puissance du moteur est supérieure à la demande du conducteur, ou en moteur délivrant de la puissance aux roues en complément de celle du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels: - La figure 1 est une représentation schématique de l'architecture d'un dispositif de transmission conforme à l'invention ; - La figure 2 est un logigramme illustrant le principe de fonctionnement du dispositif de transmission de la figure 2.
A la figure 1 on peut observer l'architecture d'un dispositif 2 de transmission pour véhicule automobile, conforme à l'invention. Le dispositif comprend un moteur à combustion 4, un moyen de filtration du type à inertie 6, un double embrayage 8 permettant de coupler, de manière sélective, une première unité de transmission 10 avec l'arbre de sortie du moteur 4 et/ou avec une deuxième unité de transmission 18. Pour ce faire, le double embrayage comprend un premier embrayage C1 pour coupler la première unité de transmission 10 avec l'arbre de sortie du moteur 4 et un deuxième embrayage C2 pour coupler les deux unités de transmission 10 et 18. La première unité de transmission présente un rapport de transmission variable R1 et est du type à variation continue, comme par exemple du type à courroie. La sortie de cette unité de transmission est couplée via un étage réducteur 12 (dans le sens où la puissance va du moteur vers l'unité de transmission 10) à un différentiel 14 d'un essieu de roues (non représenté). L'étage réducteur est optionnel et peut comprendre davantage de roues dentées. Les embrayages C1 et C2 sont préférentiellement du type à friction, permettant d'embrayer alors que la transmission est en rotation.
Le deuxième embrayage C2 du double embrayage 8 est en prise avec la deuxième unité de transmission 18 via un étage multiplicateur 16 (dans le sens où la puissance va du moteur vers l'unité de transmission 18). L'étage multiplicateur est optionnel et peut comprendre davantage de roues dentées. La deuxième unité de transmission présente un rapport de transmission variable R2 et est du type à variation continue, comme par exemple du type à courroie. La sortie de la deuxième unité de transmission est en prise avec un volant d'inertie 22 via un embrayage 20. Ce dernier peut être du type à crabot. L'utilisation d'un double embrayage à friction permet de basculer aisément vers différents modes de fonctionnement. L'architecture de la figure 1 permet de fonctionner suivant les modes suivants : - Mode de fonctionnement classique où C1 est fermé et C2 est ouvert. Dans ce mode de fonctionnement, le volant d'inertie 22 est inactif. Il peut par ailleurs être désaccouplé en ouvrant l'embrayage 20, ce qui permet alors éventuellement de refermer l'embrayage C2. - Mode de recharge où C1 est ouvert et C2 est fermé, et le véhicule est en décélération par frein moteur. Dans ce mode de fonctionnement, le moteur à combustion 4 est désaccouplé de la ligne de transmission et l'énergie cinétique du véhicule est transférée vers le volant d'inertie en modulant au moins un des deux rapports de transmission R1 et R2 pour progressivement accélérer le volant d'inertie. - Mode de fonctionnement hybride où C1 est ouvert et C2 est fermé, et le véhicule est en accélération ou se déplace à vitesse essentiellement constante. Dans ce mode de fonctionnement, le moteur à combustion 4 est désaccouplé de la ligne de transmission et l'énergie cinétique emmagasinée dans le volant d'inertie est transférée vers les roues du véhicule en modulant au moins un des deux rapports de transmission R1 et R2 pour progressivement accélérer ou du moins maintenir la vitesse du véhicule. - Mode de fonctionnement « boost » où C1 et C2 sont fermés et où le moteur à combustion 4 ainsi que le volant d'inertie 22 transmettent de la puissance aux roues. Pour ce faire, le volant d'inertie 22 doit préalablement avoir emmagasiné de l'énergie, le rapport R1 doit être sélectionné pour permettre au moteur 4 de travailler à un régime adéquat et le rapport R2 doit être ajusté pour progressivement décélérer le volant d'inertie, lui permettant ainsi de transmettre une partie de son énergie aux roues du véhicule. - Mode de fonctionnement au point optimal du moteur. Ce mode est similaire au mode précédant dans la mesure où C1 et C2 sont fermés. Il s'en distingue toutefois en ce que le rapport R1 et le taux de charge du moteur sont ajustés de manière continue pour permettre audit moteur de travailler à un ou plusieurs points de fonctionnement de rendement maximum. En fonction des conditions de roulage du véhicule, en présence d'excédent de puissance délivrée par le moteur à combustion (par exemple sur route plate), le rapport R2 peut être ajusté pour progressivement accélérer le volant d'inertie et lui faire emmagasiner cet excédent d'énergie. Toujours en fonction des conditions de roulage du véhicule, en présence d'un manque de puissance délivrée par le moteur à combustion (par exemple en côte), le rapport R2 peut être ajusté pour progressivement décélérer le volant d'inertie et lui faire transmettre aux roues de son énergie préalablement emmagasinée, en complément de la puissance délivrée par le moteur à combustion. Ce mode de fonctionnement est particulièrement intéressant car il permet par des moyens assez simples de faire fonctionner le moteur à un ou des points de fonctionnement de rendement maximum tout en modulant la puissance transmise aux roues par stockage et déstockage d'énergie excédentaire dans le volant d'inertie. La figure 2 illustre le principe de fonctionnement de la transmission selon les modes de recharge et de fonctionnement au point optimal du moteur, étant entendu que le mode de fonctionnement « boost » peut être un cas particulier du mode de fonctionnement au point optimal du moteur. La première étape 24 consiste à vérifier la demande de couple par le conducteur Cc. Cette dernière est habituellement exprimée par l'enfoncement de la pédale 30 d'accélération. Dans le cas d'une demande de couple négatif, c'est-à-dire en lever de pédale, comme par exemple sur une route en pente descendante, l'étape 26 consiste à fermer l'embrayage C2 ou du moins à vérifier que cet embrayage est bien fermé. L'objectif est en effet de pouvoir transmettre un couple de freinage au volant d'inertie 22. Optionnellement, l'embrayage C1 peut être ouvert afin que la totalité de l'énergie liée au déplacement du véhicule et transitant dans la transmission soit transférée au volant d'inertie. L'étape 28 consiste alors à adapter le rapport de transmission R2 de la deuxième unité de transmission afin qu'elle procure la décélération voulue. A cet effet, il peut être utile de prévoir une modulation de l'embrayage Ci en fonction du besoin de décélération.
Dans le cas d'une demande de couple positif, c'est-à-dire lorsque la pédale d'accélération est enfoncée au moins partiellement, l'étape 30 consiste à fermer les embrayages C1 et C2 ou du moins à vérifier que ces embrayages sont bien fermés. L'étape 32 consiste ensuite à adapter le rapport de transmission R1 de la première unité de transmission afin d'amener le moteur 4 à une vitesse de rotation NM qui soit égale ou du moins proche dans une tolérance donnée d'un régime Nopt ou d'une plage de régime de rendement optimal. Un niveau de charge du moteur est également sélectionné afin qu'il délivre un couple CM qui corresponde à un couple de fonctionnement Copt de rendement optimal. En parallèle, le rapport de transmission R2 de la deuxième unité de transmission est adapté en fonction de la différence entre le couple moteur délivré CM et le couple (équivalent) Cc demandé par le conducteur. En effet, en cas de déficit de couple, le rapport R2 pourra être ajusté pour ralentir le volant d'inertie de sorte à ce qu'il transmette une partie de son énergie aux roues entrainées par la transmission. Inversement, en cas d'excédent de couple, le rapport R2 pourra être ajusté pour augmenter la vitesse du volant d'inertie de sorte à ce qu'il reçoive l'excédent de puissance moteur. A l'étape 32, ainsi qu'à l'étape 28, les ajustements des rapports R1 et R2 peuvent être soumis à des conditions de vitesse de rotation limites du volant d'inertie. En effet, les plages de variation desdits rapports étant limitées, le volant ne pourra pas être accéléré ou décéléré dans toutes les situations de roulage du véhicule. Le schéma logique présenté à la figure 2 est par conséquent un schéma de principe, étant entendu qu'une série de conditions additionnelles pourront être vérifiées.
Toujours à l'étape 32, le choix du point de fonctionnement du moteur à combustion pourra se faire à différents niveaux de charge et différents régimes. En effet, la courbe de rendement maximum d'un moteur à combustion suivant son régime peut varier en fonction du niveau de charge. Le régime Nopt pourra donc varier en fonction de la charge, si bien qu'en fonction de la charge et du couple résultant CM choisis, le régime Nm=Nopt pourra quelque peu varier. Le niveau de charge du moteur pourra varier à l'étape 32 en fonction de la demande de couple Cc exprimée par le conducteur.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de transmission (2) pour véhicule automobile, comprenant : - un moteur (4) ; - une première unité de transmission (10) à rapport variable R1 reliée cinématiquement au moteur via un premier embrayage (Ci) et apte à entrainer des roues (14) du véhicule ; - un volant d'inertie (22) ; - une deuxième unité de transmission (18) à rapport variable R2 du type à variation continue, reliant cinématiquement le volant d'inertie (22) aux roues via un deuxième embrayage (C2) ; caractérisé en ce que la première unité de transmission (10) à rapport variable R1 est du type à variation continue.
  2. 2. Dispositif de transmission (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le deuxième embrayage (Ci, C2) forment un double embrayage (8).
  3. 3. Dispositif de transmission (2) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier et le deuxième embrayage (Ci, C2) sont configurés pour pouvoir être fermés simultanément et ouverts, chacun, de manière individuelle.
  4. 4. Dispositif de transmission (2) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier et le deuxième embrayage (C1, C2) sont du type à friction.
  5. 5. Dispositif de transmission (2) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième embrayage (C2) est la seule liaison cinématique entre le volant d'inertie (22) et les roues (14).
  6. 6. Procédé de contrôle d'un dispositif de transmission (2) conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :(a) en présence d'une demande de couple Cc positif de la part du conducteur : (al ) fermeture ou vérification de fermeture des premier et deuxième embrayages (Ci, C2) ; et (a2) adaptation du rapport de transmission R1 de la première unité de transmission (10) de manière à ce que le moteur (4) fonctionne dans une plage de régime NM de rendement optimal dudit moteur.
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape (a) comprend, en outre : (a3) adaptation du rapport de transmission R2 de la deuxième unité de transmission (18) de manière à diminuer la vitesse de rotation du volant d'inertie (22) si le couple moteur CM est insuffisant par rapport au couple demandé Cc et augmenter la vitesse de rotation du volant d'inertie (22) si le couple moteur CM est supérieur au couple demandé Cc.
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'étape (a2) comprend le choix d'un couple moteur CM dans une plage de couple de rendement optimal Copt.
  9. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape : (b) en présence d'une demande de couple Cc négatif de la part du conducteur, adaptation du rapport de transmission R2 de la deuxième unité de transmission (18) de manière à augmenter la vitesse de rotation du volant d'inertie (22) en générant un couple résistant aux roues (14).
  10. 10. Unité de contrôle d'un dispositif de transmission conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens électroniques configurés pour réaliser les étapes du procédé selon l'une des revendications 6 à 9.
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