FR3038278A1 - Vehicule hybride comprenant une suppression de rupture de couple aux changements de mode en propulsion simple - Google Patents

Vehicule hybride comprenant une suppression de rupture de couple aux changements de mode en propulsion simple Download PDF

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Abstract

Dans un véhicule hybride comprenant un moteur (1) pouvant être thermique et un moteur (2) pouvant être électrique, un alterno-démarreur (3) du premier moteur (1) est mis en route, le moteur (1) étant à l'arrêt, quand l'autre moteur (2) fait une commutation entre un rapport court et un rapport long, afin de fournir un couple de compensation qui limite la rupture de couple produite par la correction du couple de traction du moteur (2) et facilite la synchronisation de vitesse du moteur (2).

Description

VEHICULE HYBRIDE COMPRENANT UNE SUPPRESSION DE RUPTURE DE COUPLE AUX CHANGEMENTS DE MODE EN PROPULSION SIMPLE
DESCRIPTION
Le sujet de l'invention présente est un véhicule hybride dans lequel on effectue une suppression de rupture de couple lors de changements de mode en régime de propulsion simple. Un autre aspect de l'invention concerne le procédé correspondant.
Une réalisation particulière de véhicule hybride sera d'ores et déjà décrite au moyen de la figure 1. Elle comprend un moteur thermique 1, qui est une première machine de traction, et un moteur électrique 2, qui est une seconde machine de traction. D'autres genres de machine de traction pourraient être envisagés, et c'est ainsi que le moteur électrique 2 pourrait être remplacé par une machine hydraulique ou pneumatique. L'invention implique toutefois que la première machine de traction possède un démarreur, qui peut être un alterno-démarreur 3, c'est-à-dire une machine réversible de démarrage.
La puissance délivrée par les machines de traction est transmise à un essieu 4 moteur, muni de roues 5 par lesquelles le véhicule est entraîné, au moyen d'une transmission 6 qu'on va décrire brièvement. Elle comporte un premier train épicycloïdal 7, animé par l'arbre de sortie 8 du moteur thermique 1, et un second train épicycloïdal 9, qui attirera plus l'attention ici et qui est entraîné par l'arbre moteur 10 du moteur électrique 2. Une roue dentée de sortie 11 est directement entraînée par le second train épicycloïdal 9 et est reliée à l'essieu 4 par un différentiel 12. Le premier train épicycloïdal 7 entraîne l'essieu 4 par l'intermédiaire du second train épicycloïdal 9, les trains épicycloïdaux 7 et 9 étant donc en série et le premier train épicycloïdal 7 pouvant être considéré comme une portion de la transmission 6 reliant le second train épicycloïdal 9 au moteur thermique 1.
Le pilotage de tels véhicules hybrides peut s'effectuer en mode hybride, ou au contraire en recourant exclusivement à l'une ou l'autre des machines de traction.
On donne ci-dessous certaines caractéristiques de fonctionnement du véhicule ; un plus grand détail est donné dans le document WO 2015/071088 A, auquel on renvoie si nécessaire, sachant que l'invention pourra être appliquée à des véhicules différents, aussi bien du mode de réalisation décrit ici que des modes de réalisation décrits dans ce document précédent.
Les trains épicycloïdaux 7 et 9 permettent d'imposer des rapports de réduction différents entre chacune des machines de traction et l'essieu 4 au moyen d'états de fonctionnement différents. C'est ainsi que le premier train épicycloïdal 7 comporte un planétaire 14 à arbre creux dans lequel est engagé l'arbre de sortie 8, une couronne 15 également à arbre creux dans laquelle est engagé l'arbre de sortie 8, et un porte-satellites 16, qui constitue un dispositif de sortie du train épicycloïdal 7 et engrène classiquement, par l'intermédiaire de satellites 17 qu'il porte, avec des dentures d'engrenage creusées sur le planétaire 14 et la couronne 15. Les arbres creux sont astreints à des rotations unidirectionnelles par des dispositifs à roue libre 18 et 19. Les éléments de la transmission 6, ainsi que les machines de traction et l'essieu 4, sont maintenus sur ou dans un bâti 29.
Les arbres creux sont munis de portions, respectivement 20 et 21, de mise en prise avec des accouplements commandés respectifs 22 et 23 comportant des portions mobiles, entraînées en rotation par l'arbre de sortie 8 mais coulissantes sur lui, et des mécanismes de commande pour régir ces mouvements coulissants. Le document susmentionné explique que des rapports de vitesses de rotation différents entre l'arbre de sortie 8 et le porte-satellites 16 peuvent être commandés en mettant en prise l'accouplement 22, ce qui solidarise le planétaire 14 avec l'arbre de sortie 8, ou l'accouplement 23, ce qui solidarise la couronne 15 avec l'arbre de sortie 8, ou les deux à la fois, ce qui bloque le train épicycloïdal 7 et le rend complètement solidaire de l'arbre de sortie 8. Et si les deux accouplements 22 et 23 sont relâchés, le premier train épicycloïdal 7 est libre (sauf en mode électrique court, où le train 7 est bloqué indirectement sur le bâti 29 ou sur les roues libres si l'accouplement 28 décrit plus loin est en position intermédiaire avec un couple électrique positif).
Le second train épicycloïdal 9 comprend un planétaire 24 entraîné par le moteur électrique 2, une couronne 25 engrenant avec le porte-satellites 16 du premier train épicycloïdal 7 et un porte-satellites 26, engrenant d'une part avec la roue dentée de sortie 11 par une denture extérieure, et d'autre part avec le planétaire 24 et une denture intérieure de la couronne 25 par des satellites 27. Un troisième accouplement commandé 28 est prévu. Il comprend un élément mobile entraîné par la couronne 25 et apte à la solidariser, dans une première position extrême, avec le bâti 29, et dans une autre position extrême avec un système d'accouplement 30 du planétaire 24. Dans la première pièce extrême, le planétaire 24 fait donc tourner le porte-satellites 26 par l'intermédiaire des satellites 27, alors que la couronne 25 est immobile ; dans la seconde position extrême, le train épicycloïdal 9 est bloqué et le porte-satellites 26 tourne à la même vitesse de rotation que le planétaire 24 ; et à la position intermédiaire, la vitesse de rotation du porte-satellites 26 dépend à la fois de celle du planétaire 24 et de celle de la couronne 25, imposée par un fonctionnement éventuel du moteur thermique 1. La première position extrême correspond à un mode électrique court, à grand rapport de réduction, la seconde position extrême à un mode électrique long, à rapport de réduction plus réduit entre l'arbre de sortie 10 du moteur électrique 2 et l'essieu 4, et la position intermédiaire à un mode de fonctionnement distribué dit « power split ».
On expose maintenant le problème technique à la source de l'invention. Quand le moteur thermique 1 est arrêté et inactif en régime purement électrique de propulsion, et qu'une commutation du mode électrique court au mode électrique long est demandée, le phénomène suivant apparaît. L'élément mobile du troisième accouplement 28 se dégage du bâti 29 et libère la couronne 25. La prise de l'élément mobile du troisième accouplement 28 avec le système d'accouplement 30 est toutefois possible seulement quand leurs vitesses de rotation ont été synchronisées. Comme l'essieu 4 continue à tourner sensiblement à la même vitesse pendant cette commutation, le moteur électrique 2 doit décélérer. Le rapport des rapports de réduction est en général important, et la décélération requise pour la synchronisation au régime cible (rapport long) est donc considérable. Le couple transmis par le moteur électrique 2 à l'essieu 4 doit donc subir une baisse d'un ordre analogue pendant la commutation, obtenu en imposant un couple nul ou un couple de sens inverse au moteur électrique 2, selon qu'on accepte une décélération naturelle ou qu'on la souhaite plus rapide, ce qui empêche de toute façon d'accélérer le véhicule en continu pendant la commutation, et peut être ressenti comme désagrément de conduite. Cette rupture de couple engendrée lors du changement de mode vers le mode électrique long existe aussi lors de la commutation inverse vers le mode électrique court ; le régime de la machine électrique 2 doit être alors accéléré.
Avec l'invention, on obvie à ce problème technique, en utilisant un couple additionnel pour réaliser la synchronisation avec peu d'impact sur le couple électrique de traction.
Un premier aspect général de l'invention est un véhicule hybride, comprenant une première machine de traction, munie d'un alterno-démarreur, une seconde machine de traction, un essieu entraîné par la première machine de traction et la seconde machine de traction, une transmission mécanique reliant l'essieu à la première machine de traction et à la seconde machine de traction, la transmission comprenant un train épicycloïdal à deux rapports de réduction entre la seconde machine de traction et l'essieu, le train épicycloïdal comprenant un mécanisme de commutation pour imposer chacun des rapports de réduction, et le véhicule comprenant un système de commande agencé pour commander des états de la première machine de traction, de la seconde machine de traction, de la transmission et en particulier du mécanisme de commutation d'après un pilotage du véhicule, caractérisé en ce que le mécanisme de commande est agencé, dans une situation où la première machine de traction est arrêtée et où le mécanisme de commutation effectue une commutation entre les deux rapports de réduction, pour mettre en marche temporairement l'alterno-démarreur pendant la commutation et appliquer à un constituant du train épicycloïdal un couple additionnel aidant à une synchronisation du train épicycloïdal convenant à un des rapports de réduction, imposé par le mécanisme de commutation de déséquilibre de couple entre la machine de traction et la machine secondaire (l'alterno-démarreur) pour atteindre les vitesses souhaitées pour les constituants du train épicycloïdal, fait que le régime de la machine de traction baisse (dans les commutateurs vers le rapport long) tandis que le régime de la machine secondaire augmente en respectant la raison du train épicycloïdal : on réalise ainsi la synchronisation à vitesse de rotation essentiellement constante de l'essieu. En sens inverse de commutation, la rupture de couple est évitée de la même manière, en faisant réaliser un couple additionnel à la machine secondaire (l'alterno-démarreur) qui facilite le passage des constituants du train épicycloïdal aux rapports de vitesse permettant la synchronisation convenant au rapport court.
Le mécanisme de commutation peut typiquement comprendre, conformément à la réalisation indiquée, deux positions extrêmes correspondant respectivement aux rapports de réduction et un état intermédiaire correspondant à une liberté de rotation du train épicycloïdal, dans lequel un constituant dudit train épicycloïdal peut tourner à une vitesse quelconque par rapport à la seconde machine de traction (et en respectant un rapport de couple constant, fonction des géométries du train), et la transmission comprenant une position reliant le train épicycloïdal à la première machine de traction ; et plus précisément, le train épicycloïdal peut alors comprendre un planétaire entraîné par la seconde machine de traction, un porte-satellites entraînant l'essieu et une couronne engrenant d'une part avec des satellites du porte-satellites et d'autre part avec ladite branche de la transmission, et le mécanisme commutateur est agencé pour respectivement solidariser la couronne avec le planétaire et arrêter la couronne auxdits états extrêmes. L'alterno-démarreur peut être placé à de nombreux endroits du groupe moto-propulseur et notamment en prise avec un arbre de sortie de la première machine de traction et allié avec lui.
Un autre aspect général de l'invention est un procédé de pilotage d'un véhicule hybride, le véhicule comprenant une première machine de traction, munie d'un alterno-démarreur, et une seconde machine de traction, un essieu entraîné par la première machine de traction et la seconde machine de traction, une transmission mécanique reliant l'essieu à la première machine de traction et à la seconde machine de traction, la transmission comprenant un train épicycloïdal à deux rapports de réduction entre la seconde machine de traction et l'essieu, le train épicycloïdal comprenant un mécanisme de commutation pour imposer chacun des rapports de réduction, caractérisé en ce qu'il consiste, la première machine de traction étant arrêtée et la seconde machine de traction étant commutée entre lesdits rapports de réduction, à mettre en marche temporairement l'alterno-démarreur pendant la commutation et appliquer à un constituant du train épicycloïdal un couple additionnel aidant à une synchronisation du train épicycloïdal convenant à un des rapports de réduction imposé par le mécanisme de commutation.
Il est avantageux que le couple fourni par l'alterno-démarreur soit appliqué, dans des sens opposés, aussi bien lors de commutations d'un premier des rapports de réduction à un second des rapports de réduction, que lors de commutations du second des rapports de réduction au premier des rapports de réduction. L'invention sera maintenant décrite dans ses différents aspects, caractéristiques et avantages, au moyen des figures suivantes : - les figures 1, 2, 3, 4 et 5, représentent cinq modes de réalisation de l'invention ; - et la figure 6 illustre le système de commande du véhicule.
Dans la réalisation de la figure 1, l'alterno-démarreur 3 est aligné avec l'arbre de sortie 8, mais disposé du côté opposé à la transmission 6 du moteur thermique 1 et donc disposé, de façon typique, du côté de la courroie de distribution 31 reliant l'arbre de sortie 8 muni du vilebrequin et l'arbre à cames 32. Le véhicule comprend un système de commande, généralement représenté par 33 à la figure 6, que le conducteur pilote au moyen d'appareillages 34 ordinaires, comme des pédales ou d'autres manettes, pour prendre en compte les commandes du conducteur et assurer la traction en utilisant le couple fourni par les machines de traction. Conformément à l'invention, dans le mode où le moteur thermique 1 est à l'arrêt et où une commutation entre les deux rapports de réduction du moteur électrique 2 est commandée, une mise en marche de l'alterno-démarreur 3 est aussi effectuée, de manière qu'il entraîne l'arbre de sortie 8 et le porte-satellites 7 du premier arbre épicycloïdal 7 (l'un au moins des accouplements 22 et 23 étant alors mis en prise) pendant l'état intermédiaire de l'accouplement 28 (correspondant à l'état de « power split ») et produit ainsi, par l'intermédiaire de la couronne 25 et du reste du second train épicycloïdal 9, un couple additionnel à l'essieu 4, ce qui a pour effet de faire varier la vitesse de la machine électrique de traction sans impact sur la vitesse des roues et éventuellement, en fonction de la puissance disponible sur la machine alternative secondaire, d'accélérer la synchronisation des vitesses entre la couronne 25 et le planétaire 24 vers le rapport long, ou au contraire l'arrêt de la couronne 25 pendant les commutations vers le rapport électrique court. En fournissant un couple additionnel du signe voulu, l'alterno-démarreur 3 reproduit donc un mode (power split transitoire) qui facilite la variation du régime produit par la machine électrique 2, dans les commutations de rapport. Le couple additionnel est arrêté dès que la commutation du troisième accouplement 28 est achevée.
Les relations suivantes sont applicables :
où Nwheei représente la vitesse de rotation des roues 5 et de l'essieu 4, Nmot représente la vitesse du moteur électrique 2, Nmot_secondaire la vitesse de l'alterno-démarreur 3, Twheei le couple appliqué aux roues 5, Tmot le couple produit par le moteur électrique 2, Tmot_secondaire le couple produit par l'alterno-démarreur 3, R2 la raison du second train épicycloïdal 9, Rp le rapport du pont constitué par le différentiel 12, et K une constante dépendant notamment de l'état du premier train épicycloïdal 7 quand le couple de compensation est fourni, et de la position de l'alterno-démarreur 3 dans le véhicule.
La figure 2 montre que l'alterno-démarreur 3 peut être placé, toujours dans l'alignement de l'arbre de sortie 8, entre le moteur thermique 1 et la transmission 6 ; et la figure 3, qu'il peut être placé à l'autre extrémité de l'arbre de sortie 8, au-delà de la transmission 6, en étant alors monté sur le bâti 29.
La figure 4 représente un agencement identique à celui de la figure 2, dans la mesure où l'alterno-démarreur 3 est monté sur le moteur thermique 1, du côté de la transmission 6, mais il n'est cette fois-ci pas aligné avec l'arbre de sortie 8, mais relié à lui par une transmission 35 supplémentaire, à courroie ou autre. Enfin, la figure 5 montre que l'alterno-démarreur 3 pourrait être placé ailleurs, par exemple à un emplacement quelconque sur le bâti 29 ; il serait alors relié à l'arbre de sortie 8, voire à un autre élément du premier train épicycloïdal 7, par une transmission quelconque non représentée. L'invention peut être appliquée plus généralement à des véhicules hybrides où les machines de traction ne sont pas nécessairement du moteur thermique et une machine électrique ; l'alterno-démarreur 3 désigne ici toute machine alternative réversible, apte toutefois à fournir le couple secondaire voulu ; les accouplements 22, 23 et 28 peuvent être des embrayages, des crabots ou des synchronisateurs ; la transmission 6, et notamment les trains épicycloïdaux 7 et 9, pourrait être agencée autrement ; et les règles de fournitures du couple de compensation peuvent prendre des formes diverses.
La puissance qui peut être demandée à l'alterno-démarreur 3 dépend de l'exigence de compenser complètement ou non le couple à l'essieu 4, et de réaliser la synchronisation rapidement ou non. Un rapport particulier du premier train épicycloïdal 7, défini par les positions des accouplements 22 et 23, peut être préconisé selon le compte à appliquer sur la couronne 25.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
    1. Véhicule hybride, comprenant une première machine de traction (1), munie d'un l'alterno-démarreur (3), une seconde machine de traction (2), un essieu (4) entraîné par la première machine de traction et la seconde machine de traction, une transmission mécanique (6) reliant l'essieu à la première machine de traction (1) et à la seconde machine de traction (2), la transmission comprenant un train épicycloïdal (9) à deux rapports de réduction entre la seconde machine de traction et l'essieu, le train épicycloïdal comprenant un mécanisme de commutation (28) pour imposer chacun des rapports de réduction, et le véhicule comprenant encore un système de commande (33) agencé pour commander des états de la première machine de traction (1), de la seconde machine de traction (2), de la transmission et en particulier du mécanisme de commutation d'après un pilotage du véhicule, caractérisé en ce que le système de commande est agencé, dans une situation où la première machine de traction (1) est arrêtée et où le mécanisme de commutation (28) effectue une commutation entre les deux rapports de réduction, pour mettre en marche temporairement l'alterno-démarreur (3) pendant la commutation et appliquer à un constituant (25) du train épicycloïdal (9) un couple additionnel aidant à une synchronisation du train épicycloïdal convenant à un des rapports de réduction, imposé par le mécanisme de commutation (28), à vitesse de rotation essentiellement constante de l'essieu (4).
  2. 2. Véhicule hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première machine de traction (1) est thermique et la seconde machine de traction (2) est électrique, hydraulique ou pneumatique.
  3. 3. Véhicule hybride selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le mécanisme de commutation (28) comprend deux positions extrêmes correspondant respectivement aux rapports de réduction et une position intermédiaire correspondant à une liberté de rotation du train épicycloïdal, un constituant (25) dudit train épicycloïdal (9) pouvant tourner à une vitesse quelconque par rapport à la seconde machine de traction (2), et en ce que la transmission (6) comprend une portion (7) reliant le train épicycloïdal à la première machine de traction.
  4. 4. Véhicule hybride selon la revendication 3, caractérisé en ce que le train épicycloïdal (9) comprend un planétaire (24) entraîné par la seconde machine de traction (2), un porte-satellites (26) entraînant l'essieu (4) et une couronne (25) engrenant d'une part avec des satellites (27) du porte-satellites et d'autre part avec ladite branche de la transmission, et le mécanisme de commutation (28) est agencé pour respectivement solidariser la couronne (25) avec le planétaire (24) et arrêter la couronne auxdits états extrêmes.
  5. 5. Véhicule hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'alterno-démarreur (3) est en prise avec un arbre de sortie (8) de la première machine de traction (1).
  6. 6. Procédé de pilotage d'un véhicule hybride, le véhicule comprenant une première machine de traction (1), munie d'un alterno-démarreur (3), une seconde machine de traction (2), un essieu (4) entraîné par la première machine de traction (1) et la seconde machine de traction (2), une transmission mécanique (6) reliant l'essieu à la première machine de traction (1) et à la seconde machine de traction (2), la transmission comprenant un train épicycloïdal (9) à deux rapports de réduction entre la seconde machine de traction et l'essieu, le train épicycloïdal comprenant un mécanisme de commutation (28) pour imposer chacun des rapports de réduction, caractérisé en ce qu'il consiste, la première machine de traction (1) étant arrêtée et la seconde machine de traction (2) étant commutée entre lesdits rapports de réduction, à mettre en marche temporairement l'alterno-démarreur (3) pendant la commutation et appliquer à un constituant (25) du train épicycloïdal (9) un couple additionnel aidant à une synchronisation du train épicycloïdal convenant à un des rapports de réduction, imposé par le mécanisme de commutation (28).
  7. 7. Procédé de pilotage d'un véhicule hybride selon la revendication 6, caractérisé en ce que le couple additionnel est appliqué, dans des sens opposés, aussi bien lors de commutations d'un premier des rapports de réduction à un second des rapports de réduction, que lors de commutations du second des rapports de réduction au premier des rapports de réduction.
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