FR3075704A3 - Groupe motopropulseur a deux moteurs electriques et une boite de vitesses a deux rapports a passages decales - Google Patents

Groupe motopropulseur a deux moteurs electriques et une boite de vitesses a deux rapports a passages decales Download PDF

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Abstract

L'invention propose un groupe motopropulseur (GMP) composé d'une première machine électrique (ME1) et d'une deuxième machine électrique (ME2) reliées respectivement par un premier arbre d'entrée (AE1) et par un deuxième arbre d'entrée (AE2) d'entrée dans une boîte de vitesses (BV) à deux rapports à passages décalés ; un premier coupleur (CP) et un deuxième coupleur (CS). Le premier coupleur (CP) est porté par le deuxième arbre d'entrée (AE2) et le deuxième coupleur (CS) est porté par l'arbre secondaire commun (AS).

Description

"Groupe motopropulseur à deux moteurs électriques et une boîte de vitesses à deux rapports à passages décalés"
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un groupe motopropulseur pour la propulsion d'un véhicule électrique.
ARRIERE PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION
Les véhicules électriques à propulsion électrique aussi appelés véhicules électriques dont la propulsion est assurée par au moins un moteur électrique, font généralement appel à un réducteur de vitesse et non à une boite de vitesses.
En effet, un moteur électrique peut atteindre un régime de rotation beaucoup plus élevé que celui d'un moteur thermique.
Le moteur électrique fournit son couple maximal dès son démarrage.
De ce fait l’utilisation d’une boîte de vitesses n’est a priori pas indispensable, et un moteur électrique associé à un réducteur offre une progressivité presque parfaite lors de l’accélération. A contrario, le fait de ne pas disposer d'une boîte de vitesses corréle directement l’accélération du véhicule et sa vitesse maximale au couple et au régime de rotation maximal du moteur électrique. Ceci nécessite d’embarquer des moteurs de forte puissance pour fournir une bonne prestation dynamique appréciée du conducteur. L'invention vise à proposer une nouvelle conception d'un groupe motopropulseur à chaîne de propulsion électrique faisant notamment appel à une boîte de vitesses et à deux moteurs électriques permettant notamment deux rapports de marche avant sans sauts de couple lors des changements de rapports.
BREF RESUME DE L'INVENTION L'invention propose un groupe motopropulseur de véhicule, composé : - de deux machines électriques motrices, dont une première machine électrique et une deuxième machine électrique, machines électriques reliées respectivement par un premier arbre d’entrée et par un deuxième arbre d’entrée d'entrée qui sont alignés axialement dans une boîte de vitesses à arbres parallèles et à pignons ; - un premier coupleur permettant d'établir sélectivement le transfert du couple fourni par le deuxième arbre d’entrée de la deuxième machine électrique motrice sur ledit arbre secondaire commun AS, ou de lier en rotation les premier et deuxième arbres d’entrées AE2 et AE1 ; - un deuxième coupleur permettant d'établir sélectivement le transfert du couple fourni par le premier arbre d’entrée de la première machine électrique motrice sur un arbre secondaire commun, transférant le couple vers les roues du véhicule par l’intermédiaire d’un différentiel.
Selon d'autres caractéristiques du groupe motopropulseur : - le deuxième coupleur est porté par le deuxième arbre d’entrée et le premier coupleur est porté par l’arbre secondaire commun ; - le mouvement du premier arbre d’entrée de la première machine électrique motrice est renvoyé sur l’arbre secondaire commun par l’intermédiaire : -- d’un premier pignon fixe porté par le premier arbre d'entrée sur un deuxième pignon fou tournant sur l’arbre secondaire commun ; ou -- d’un second pignon fixe lié en rotation au premier arbre d'entrée sur un troisième pignon fou tournant sur l’arbre secondaire commun ; - le mouvement du deuxième arbre d’entrée de la deuxième machine électrique motrice est renvoyé sur l’arbre secondaire commun par l’intermédiaire ; -- d’un premier pignon fou tournant sur le deuxième arbre d’entrée sur un pignon fixe de l’arbre de secondaire commun ; ou -- dudit deuxième arbre d’entrée, lié en rotation au premier arbre d’entrée par un premier coupleur CP, sur ledit troisième pignon fou tournant sur l’arbre secondaire commun ; - la boîte de vitesses comporte un premier coupleur commandé permettant d'établir sélectivement la transmission du couple fourni par la deuxième machine électrique au premier pignon fou, ou la transmission du couple fourni par la deuxième machine électrique au premier arbre d’entrée ; - le premier coupleur est agencé sur le deuxième arbre d'entrée, interposé axialement entre le premier pignon fou et deuxième pignon fixe du premier arbre d’entré ; - la boîte de vitesses comporte un deuxième coupleur commandé CS permettant d'établir sélectivement la transmission du couple fourni par la première machine électrique au deuxième pignon fou ou au troisième pignon fou ; - le deuxième coupleur est agencé sur l'arbre secondaire, interposé axialement entre lesdits deuxième pignon fou et troisième pignon fou ; - le groupe motopropulseur ne comporte aucune autre machine motrice.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un groupe motopropulseur selon l'invention sur laquelle chacun des coupleurs est en position neutre : - les figures 2 à 6 sont des représentations analogues à celle de la figure 1 qui illustrent la transmission dans son premier rapport de marche avant (figure 2) et dans son deuxième rapport de marche avant (figure 6) ainsi que différents états et phases intermédiaires (figures 3 à 5) de changements de rapports décalés.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES
Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par des mêmes références.
On a représenté schématiquement aux figures un groupe motopropulseur GMP constitué de deux machines électriques motrices ME1 et ME2 qui sont reliées, à travers une boîte de vitesses commune BV à deux rapports de marche avant, à un différentiel D.
La boîte de vitesses BV est une boîte à deux axes parallèles et comportant deux coupleurs permettant d'établir sélectivement, à l'intérieur de la boîte de vitesses BV, la transmission du couple fourni par l'une et/ou l'autre des deux machines électriques ME1, ME2 vers les roues motrices du véhicule équipé de ce groupe motopropulseur GMP.
La boîte de vitesses BV est une boîte à deux axes parallèles.
La boîte de vitesses BV dispose ainsi de deux sources d'entrée de mouvement ME1, ME2, et de deux arbres d'entrée AE1, AE2 et d'un arbre secondaire AS.
Le premier arbre d'entrée "électrique" AE1 porte deux pignons fixes P1 et P2.
Le deuxième arbre d'entrée "électrique" AE2 porte un premier pignon fou PF1.
Les deux arbres d’entrée AE1 et AE2 sont alignés "tête-bêche" selon un axe primaire A1. L’arbre d’entrée AE2 est centré dans l’arbre d’entrée AE1.
La boîte de vitesses BV comporte un premier coupleur "primaire" CP permettant d'établir sélectivement la transmission du couple fourni par la deuxième machine électrique ME2 au premier pignon fou PF1, ou la transmission du couple fourni par la deuxième machine électrique ME2 à l’arbre d’entrée AE1. A cet effet, le premier coupleur CP est agencé sur le deuxième arbre d'entrée AE2, interposé axialement entre le pignon fou PF1 et le premier arbre d’entrée AE1. L'arbre secondaire AS de la boîte de vitesses BV s'étend selon un axe secondaire A2 parallèle à l'axe primaire A1. L'arbre secondaire AS porte un pignon fixe de sortie PS qui est un pignon d'attaque de la couronne d'entrée CE d'un différentiel D avec laquelle il engrène en permanence. L'arbre secondaire AS porte un pignon fixe P3 qui est en prise avec le premier pignon fou PF1 avec lequel il engrène en permanence. L'arbre secondaire AS porte un pignon fou PF2 qui est en prise avec le pignon fixe P1 avec lequel il engrène en permanence. L'arbre secondaire AS porte un pignon fou PF3 qui est en prise avec le deuxième pignon fixe P2 avec lequel il engrène en permanence.
Ainsi, axialement de droite à gauche en considérant la figure 1, l'arbre secondaire AS porte successivement le deuxième pignon fou PF2, le troisième pignon fou PF3, le pignon fixe de sortie PS et le troisième pignon fixe P3.
La boîte de vitesses BV comporte un deuxième coupleur "secondaire" CS permettant d'établir sélectivement la transmission du couple fourni par la première machine électrique ME1 au deuxième pignon fou PF2 ou au troisième pignon fou PF3. A cet effet, le deuxième coupleur CS est agencé sur l'arbre secondaire AS, en étant interposé axialement entre les deux pignons fous PF2 et PF3. A titre d'exemple non limitatif, le nombre de dents des différents pignons est le suivant.
A titre d'exemple non limitatif, la première machine électrique motrice principale ME1 est un moteur électrique dont la puissance maximale est égale à 160 kW (Couple maximal égal à 280 N.m) et son régime maximal est égal à 14000 tr/min, tandis que la deuxième machine électrique motrice secondaire ME2 est un moteur électrique dont la puissance maximale est égale à 60 kW (Couple maximal est égal à 170 N.m) et son régime maximal est égal à 9000 tr/min.
Premier rapport de marche avant A la figure 2, par exemple pour une utilisation entre 0 et 105 km/h, la première machine électrique ME1 est en prise en "première" et la deuxième machine électrique ME2 est en prise en "première". A cet effet, le premier pignon fou PF1 est accouplé au deuxième arbre d'entrée AE2 par le coupleur primaire CP, tandis que le deuxième pignon fou PF2 est accouplé à l'arbre secondaire AS par le coupleur secondaire CS.
Ainsi, le couple de la première machine électrique ME1 est transmis à la couronne CE du différentiel D par la "cascade" de
pignons P1-PF2-PS-D, et le couple de la machine électrique ME2 est transmis à la couronne CE du différentiel D par la "cascade" de pignons PF1-P3-PS-D.
Changements de rapports sur la première machine électrique ME1 puis sur la deuxième machine électrique M2 A la figure 3, on effectue le changement de rapport sur la première machine électrique ME1, tandis que le rapport de transmission sur la deuxième machine électrique ME2 reste inchangé en prise en "première".
Ce changement de rapport est réalisé au moyen du coupleur secondaire CS qui "libère" le deuxième pignon fou PF2 pour venir ensuite accoupler le troisième pignon fou PF3 à l'arbre secondaire AS comme illustré à la figure 4. A la figure 4, la première machine électrique ME1 est en prise en "deuxième" et la deuxième machine électrique ME2 est en prise en "première". A la figure 5 on effectue ensuite le changement de rapport sur la deuxième machine électrique ME2, tandis que le rapport de transmission sur la première machine électrique ME1 reste inchangé en prise en "deuxième".
Ce changement de rapport est réalisé au moyen du coupleur primaire CP qui "libère" le premier pignon fou PF1 pour venir ensuite accoupler le deuxième arbre d’entrée AE2 au premier arbre d'entrée AE1 comme illustré à la figure 6. L'ensemble des opérations de "double" changement de rapport est par exemple effectué lors d'une utilisation entre 105 et 1 35 km/h.
Dans l'état illustré à la figure 6, par exemple pour une utilisation entre 135 et 175 km/h, le couple de la première machine électrique ME1 est transmis à la couronne CE du différentiel D par la "cascade" de pignons P2-PF3-PS-D et le
couple de la machine électrique ME2 est transmis à la couronne CE du différentiel D par la même "cascade" de pignons AE2-(AE1/P2)-PF3-PS-D
Variante
La variante d'utilisation illustrée à la figure 7 correspond à une hypothèse de conception du groupe motopropulseur dans laquelle les deux machines électriques ME1 et ME2 ont des régimes maximum de rotation qui ne sont pas identiques ; ou bien pour privilégier la performance entre 0 et 175 km/h avec une première machine électrique ME1 "typé puissance" et une deuxième machine électrique ME2 "typé couple".
La boîte de vitesses BV est à cet effet dans une configuration dans laquelle la première machine électrique ME1 est en prise en "deuxième" par l'intermédiaire du coupleur secondaire CS, tandis que la deuxième machine électrique ME2 est "découplée", le coupleur primaire Cp étant en position "neutre" entre les pignons fous PF1 et l’arbre d’entrée AE1 qui est solidaire du pignon fixe P2 et P1.
Le couple de la première machine électrique ME1 est transmis à la couronne CE du différentiel D par la "cascade" de pignons P2-PF3-PS-D, par exemple pour une utilisation au-delà de 1 75 km/h.
La conception selon l'invention propose un groupe motopropulseur mettant en œuvre une chaîne de traction faisant appel à deux machines électriques motrices permettant trois niveaux de puissance motrice.
Elle permet de faire appel à des machines électriques motrices de taille relativement réduite en limitant ainsi les pertes par inertie.
La conception permet aussi de limiter les phénomènes de rupture de couple lors des changements de rapport en proposant une cinématique de boîte de vitesses BV à deux rapports à passages décalés qui utilise les deux machines électriques motrices lors des changements de rapports.
Le fait de disposer de deux rapports de transmission permet, sur le premier rapport, d'augmenter le couple disponible à l’essieu et d’obtenir une accélération importante, à puissance égale du moteur. Sur le deuxième rapport, elle permet d’atteindre une vitesse maximale du véhicule avec un régime de rotation moteur plus faible, et de minimiser ainsi les frottements et l’inertie. L’architecture de cette chaîne de traction à deux moteurs et boite de vitesses à passages décalés permet de limiter les phénomènes de rupture de couple lors des passages de vitesses car il y a toujours une machine électrique motrice en prise.
Elle permet aussi de proposer un véhicule avec différents modes d'utilisation.
Elle permet encore de rouler avec uniquement une seule des deux machines électriques motrices en fonction de la puissance appelée, ceci permettant de limiter les frottements et d’améliorer le rendement.
La puissance cumulée des deux machines électriques motrices permet d’offrir une chaîne de traction de forte puissance sans faire appel à un moteur électrique de forte puissance. L'architecture proposée est aussi particulièrement compacte.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Groupe motopropulseur (GMP) de véhicule, composé : - de deux machines électriques motrices, dont une première machine électrique (ME1) et une deuxième machine électrique (ME2), machines électriques (ME1, ME2) reliées respectivement par un premier arbre d’entrée (AE1) et par un deuxième arbre d’entrée (AE2) d'entrée qui sont alignés axialement dans une boîte de vitesses (BV) à arbres parallèles et à pignons ; un premier coupleur (CP) permettant d'établir sélectivement le transfert du couple fourni par le deuxième arbre d’entrée (AE2) de la deuxième machine électrique motrice (ME2) sur ledit arbre secondaire (AS) commun, ou de lier en rotation les premier et deuxième arbres d’entrées (AE2) et (AE1) ; et un deuxième coupleur (CS) permettant d'établir sélectivement le transfert du couple fourni par le premier arbre d’entrée (AE1) de la première machine électrique motrice (ME1) sur un arbre secondaire (AS) commun, transférant le couple vers les roues du véhicule par l’intermédiaire d’un différentiel (D).
  2. 2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième coupleur (CS) est porté par le deuxième arbre d’entrée (AE2) et le premier coupleur (CP) est porté par l’arbre secondaire commun (AS).
  3. 3. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement du premier arbre d’entrée (AE1) de la première machine électrique motrice (ME1) est renvoyé sur l’arbre secondaire (AS) commun par l’intermédiaire : - d’un premier pignon fixe (P1) porté par le premier arbre d'entrée AE1 sur un deuxième pignon fou (PF2) tournant sur l’arbre secondaire (AS) commun ; ou - d’un second pignon fixe (P2) lié en rotation au premier arbre d'entrée (AE1) sur un troisième pignon fou (PF3) tournant sur l’arbre secondaire (AS) commun.
  4. 4. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement du deuxième arbre d’entrée (AE2) de la deuxième machine électrique motrice (ME2) est renvoyé sur l’arbre secondaire (AS) commun par l’intermédiaire - d’un premier pignon fou (PF1) tournant sur le deuxième arbre d’entrée (AE2) sur un pignon fixe (P3) de l’arbre secondaire (AS) commun ; ou - dudit deuxième arbre d’entrée (AE2), lié en rotation au premier arbre d’entrée (AE1) par un premier coupleur (CP), sur ledit troisième pignon fou (PF3) tournant sur l’arbre secondaire commun.
  5. 5. Groupe motopropulseur selon les revendications 3 et 4 prises en combinaison, caractérisé en ce que la boîte de vitesses (BV) comporte un premier coupleur commandé (CP) permettant d'établir sélectivement la transmission du couple fourni par la deuxième machine électrique (ME2) au premier pignon fou (PF1), ou la transmission du couple fourni par la deuxième machine électrique (ME2) au premier arbre d’entrée (AE1).
  6. 6. Groupe motopropulseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier coupleur (CP) est agencé sur le deuxième arbre d'entrée (AE2), interposé axialement entre ledit premier pignon fou (PF1) et le premier arbre d’entrée (AE1).
  7. 7. Groupe motopropulseur selon les revendications 3 et 4 prises en combinaison, caractérisé en ce que la boîte de vitesses (BV) comporte un deuxième coupleur commandé (CS) permettant d'établir sélectivement la transmission du couple fourni par la première machine électrique (ME1) au deuxième pignon fou (PF2) ou au troisième pignon fou (PF3).
  8. 8. Groupe motopropulseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le deuxième coupleur (CS) est agencé sur l'arbre secondaire (AS), interposé axialement entre lesdits deuxième pignon fou (PF2) et troisième pignon fou (PF3).
  9. 9. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il ne comporte aucune autre machine motrice.
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