FR3137618A1 - Architecture de traction pour véhicule automobile à double machines électriques tournantes - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une chaîne de traction (10) pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte : - un réducteur (16) de vitesses apte à être montée sur un train (11) portant des roues (12) et comprenant un arbre d’entrée, - une première machine électrique (13.1) tournante accouplée au réducteur, la première machine électrique comprenant un premier arbre de sortie (15.1), ladite première machine électrique (13.1) appartenant à un premier réseau (14.1) présentant une première tension de fonctionnement, - une deuxième machine électrique (13.2) tournante comprenant un deuxième arbre de sortie (15.2), la deuxième machine électrique étant accouplée à la première machine électrique (13.1), la deuxième machine électrique appartenant à un deuxième réseau (14.2) présentant une deuxième tension de fonctionnement, la deuxième tension étant inférieure à la première tension, - un dispositif d'accouplement (18) disposé entre la première machine électrique (13.1) et le réducteur (16). Figure de l’abrégé : figure 1
Description
La présente invention porte sur une architecture de traction pour véhicule automobile à double machines électriques tournantes.
De façon connue en soi, une chaîne de traction hybride comporte un moteur thermique accouplé à une boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage ainsi qu'au moins une machine électrique réversible implantée sur un des trains du véhicule.
Ces machines électriques sont généralement des machines réversibles aptes à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique, et le cas échéant un roulage électrique. Chaque machine électrique pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif.
On connaît des architectures de traction mises en œuvre sur un réseau électrique 48 Volts du véhicule automobile comportant une machine électrique accouplée à la façade accessoire, ou une machine électrique intégrée dans une boîte de vitesses, ou une machine électrique implantée sur le train arrière du véhicule.
L'invention propose une architecture de traction améliorée particulièrement adaptée pour les marchés des véhicules automobiles électriques à basse vitesse de type LSEV ("Low Speed Electrical Machine" en anglais).
Plus précisément, l'invention a pour objet une chaîne de traction pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte :
- un réducteur de vitesses apte à être montée sur un train portant des roues et comprenant un arbre d’entrée,
- une première machine électrique tournante accouplée au réducteur, la première machine électrique comprenant un premier arbre de sortie, ladite première machine électrique appartenant à un premier réseau présentant une première tension de fonctionnement,
- une deuxième machine électrique tournante comprenant un deuxième arbre de sortie, la deuxième machine électrique étant accouplée à la première machine électrique, la deuxième machine électrique appartenant à un deuxième réseau présentant une deuxième tension de fonctionnement, la deuxième tension étant inférieure à la première tension,
- un dispositif d'accouplement disposé entre la première machine électrique et le réducteur.
L'invention permet ainsi, grâce à la redondance d'utilisation des machines électriques, d'augmenter l'accélération du véhicule automobile purement électrique et/ou son autonomie et/ou sa fiabilité. En outre, la présence d’une machine de plus faible tension de fonctionnement rend possible la réduction du coût de revient de la chaîne de traction tout en conservant la redondance requise par les constructeurs automobiles.
Selon un aspect de l’invention, le train est un train arrière de véhicule. Le train peut également être un train avant de véhicule.
Selon un aspect de l’invention, la chaîne de traction permet de faire interagir le premier réseau et le deuxième réseau grâce à l’accouplement du premier arbre de sortie et du deuxième arbre de sortie sans utiliser de convertisseur de puissance continu/continu pour interfacer les réseaux.
Selon un aspect de l’invention, le premier arbre de sortie et l’arbre d’entrée du réducteur peuvent être coaxiaux.
Selon un aspect de l’invention, le dispositif d’accouplement peut transmettre un couple dans les deux sens.
Selon une réalisation, le réducteur de vitesse comporte un premier rapport de vitesse associé à la première machine électrique et un deuxième rapport de vitesse associé à la deuxième machine électrique.
Selon un premier mode de l’invention, le dispositif d’accouplement est disposé entre la première machine électrique et la deuxième machine électrique.
Selon cet aspect de l’invention, la deuxième machine électrique peut être solidaire en rotation de l’arbre d’entrée du réducteur.
Selon cet aspect de l’invention, la première machine peut entraîner solidairement l’arbre d’entrée du réducteur et la deuxième machine électrique.
Selon cet aspect de l’invention, la première machine n'entraîne pas la deuxième machine électrique lorsque le véhicule est à l’arrêt.
L’intérêt de ce premier mode réside dans la sécurité et la redondance des sources d'entraînement électriques.
Selon un aspect de l’invention, dans le premier mode de l’invention, en cas de défaillance de la première machine électrique, le dispositif d’accouplement est ouvert et la deuxième machine électrique transmet en couple aux roues.
Selon un deuxième mode de l’invention, le dispositif d’accouplement est disposé entre la deuxième machine électrique et le réducteur.
Selon cet aspect, le dispositif d’accouplement est disposé entre d’une part la première machine électrique et la deuxième machine électrique et, d’autre part le réducteur.
La première machine peut ainsi entraîner la deuxième machine électrique sans toutefois entraîner les roues.
Selon cet aspect de l’invention, la deuxième machine électrique peut être accouplée de manière unidirectionnelle à la première machine électrique. La deuxième machine électrique est alors entraînée par la première machine.
Selon un aspect de l’invention, la première tension de fonctionnement est égale à 48V. La première machine électrique peut présenter une puissance comprise entre 15kW et 25kW.
Selon un aspect de l’invention, deuxième tension de fonctionnement égale à 12V. La deuxième machine électrique peut être un alterno-démarreur dont la puissance ne dépasse pas 5kW, notamment 4kW. Une telle machine permet de mouvoir un véhicule léger sur un temps bref.
Selon un aspect de l’invention, la première tension peut être supérieure à 300V et la deuxième tension inférieure ou égale à 48V.
La première tension peut être 4 fois supérieure à la deuxième tension., notamment 5 fois supérieure.
Selon une réalisation, la première machine électrique et la deuxième machine électrique sont de type synchrone à aimants permanents.
Selon un aspect de l’invention, la chaîne de traction peut comprendre un moyen d'entraînement pour arbres parallèles coopérant avec le deuxième arbre de sortie.
Le moyen d'entraînement peut être un moyen d'entraînement par courroie ou un moyen d'entraînement par chaîne ou un moyen d'entraînement par engrenages.
La deuxième machine électrique peut être accouplée à la première machine électrique par le moyen d'entraînement pour arbres parallèles.
Dans le premier mode, le moyen d'entraînement coopère avec l’arbre d’entrée du réducteur.
Dans le deuxième mode, le moyen d'entraînement est en prise avec le premier arbre de sortie.
Selon un aspect de l’invention, le moyen d'entraînement pour arbres parallèles est apte à entraîner au moins un composant accessoire, par exemple un compresseur de climatisation, par exemple une pompe à eau.
Le moyen d'entraînement pour arbres parallèles et les accessoires forment une façade accessoire de véhicule.
Dans le deuxième mode, l’accessoire peut être entraîné par la première machine électrique même lorsque le véhicule est à l’arrêt. Cela permet une disponibilité accrue des accessoires, notamment la climatisation.
L’invention a également pour objet un ensemble comprenant la chaîne de traction telle que décrite ci-dessus et au moins un composant accessoire, par exemple un compresseur de climatisation, par exemple une pompe à eau.
Selon cet aspect, le composant accessoire peut être entraîné par le moyen d'entraînement pour arbres parallèles.
L’invention a également pour objet un véhicule comportant en ensemble. Le véhicule comprend également le train sur lequel est monté le réducteur de vitesses.
Selon un aspect de l’invention, le train peut être un train avant dudit véhicule électrique et/ou un train arrière dudit véhicule électrique.
Selon un aspect de l’invention, le véhicule peut être de type électrique ou hybride.
Selon une réalisation, la première machine électrique et la deuxième machine électrique sont configurées pour assurer seules ou en combinaison la traction du véhicule automobile.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, et en se référant aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets similaires et dans lesquels :
La est une représentation schématique d'une chaîne de traction pour véhicule automobile selon le premier mode de l’invention;
La est une représentation schématique d'une chaîne de traction pour véhicule automobile selon le deuxième mode de l’invention;
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.
La montre une chaîne de traction 10 pour véhicule automobile dans le premier mode de l’invention. Cette chaîne de traction 10 est montée sur un train 11 du véhicule automobile portant des roues 12. Le train 11 qui peut être le train avant ou le train arrière est ici le train arrière.
Dans l’exemple considéré, la chaîne de traction 10 comporte une première machine électrique 13.1 et une deuxième machine électrique 13.2. Chaque machine électrique 13.1, 13.2 est munie d'un onduleur correspondant qui pourra être fixé à l'arrière de la machine ou être séparé de la machine.
Dans l’exemple considéré, la première machine électrique appartenant à un premier réseau 14.1 présentant une première tension de fonctionnement et la deuxième machine électrique 13.2 appartenant à un deuxième réseau 14.2 présentant une deuxième tension de fonctionnement, la deuxième tension étant inférieure à la première tension. La première tension de fonctionnement est, par exemple, égale à 48V et la première machine électrique peut présenter une puissance comprise entre 15kW et 25kW tandis que la deuxième tension de fonctionnement est par exemple égale à 12V. La deuxième machine électrique 13.2 est un alterno-démarreur dont la puissance ne dépasse pas 5kW. Le deuxième réseau électrique formant ainsi le « réseau de bord ».
Dans l’exemple considéré, la première machine électrique 13.1 et la deuxième machine électrique 13.2 sont de type synchrone à aimants permanents. La deuxième machine électrique peut être une machine dite à « claw pole ».
Dans l’exemple considéré, le véhicule pourra être de type électrique ou hybride. Dans le cas d’un véhicule hybride, il comporte en outre un moteur thermique de traction (non représenté). Dans le cas d’un véhicule électrique, la première machine électrique 13.1 et la deuxième machine électrique 13.2 sont configurées pour assurer seules ou en combinaison la traction du véhicule automobile.
Dans l’exemple considéré, la chaîne de traction comprend un réducteur 16 de vitesses et un différentiel du véhicule automobile relié aux roues 12 du véhicule.
Dans l’exemple considéré la première machine électrique 13.1 est accouplée au réducteur 16 et elle comprend un premier arbre de sortie 15.1. La deuxième machine électrique 13.2 est également accouplée au réducteur 16 et elle comprend un deuxième arbre de sortie 15.2.
Dans l’exemple considéré, la deuxième machine électrique 13.2 est donc accouplée à la première machine électrique 13.1 par l’intermédiaire du réducteur 16.
Dans l’exemple considéré, le réducteur 16 comprend un arbre d’entrée 17 et un rapport unique formé par un pignon monté sur l’arbre d'entrée 17 et engrenant avec un pignon intermédiaire monté sur un arbre intermédiaire, lequel porte également un deuxième pignon intermédiaire en prise avec le différentiel.
Dans l’exemple considéré, le premier arbre de sortie 15.1 et l’arbre d’entrée 17 sont coaxiaux.
Dans l’exemple considéré, la chaîne de traction 10 comprend également un dispositif d'accouplement 18 disposé entre la première machine électrique 13.1 et le réducteur 16. Le dispositif de d’accouplement 18 est apte à déconnecter la machine électrique 13.1 par rapport aux roues 12. Cela permet notamment de supprimer les pertes à haute vitesse lorsque la machine électrique 13.1 n'est pas utilisée.
Dans l’exemple considéré, le dispositif de désaccouplement 18 peut être un actionneur à électro-aimant 32 apte à commander l'engagement d'un crabot avec une pièce de liaison correspondante reliée à l’arbre d’entrée 17.
Dans le premier mode décrit à la , le dispositif d’accouplement 18 est disposé entre la première machine électrique 13.1 et la deuxième machine électrique 13.2. La deuxième machine électrique 13.2 est solidaire en rotation de l’arbre d’entrée 17 du réducteur 16, elle est en permanence accouplée avec les roues 12 du véhicule automobile.
La première machine électrique 13.1 permet d'entraîner le véhicule en mode moteur et de recharger une batterie haute tension 48V en mode alternateur. Le dispositif d’accouplement 18 est ouvert lorsque la première machine électrique 13.1 présente une défaillance. Le dispositif d’accouplement 18 peut être ouvert lorsque l’on souhaite recharger une batterie basse tension 12V du deuxième réseau.
La deuxième machine électrique 13.2 est principalement destinée à fonctionner dans un mode alternateur pour recharger la batterie 12V du deuxième réseau électrique et alimenter les consommateurs du deuxième réseau 14.2. La deuxième machine électrique 13.2, dans un mode moteur, transmet un couple aux roues 12 et peut ainsi mouvoir un véhicule, en particulier un véhicule léger, lorsque la première machine 13.1 est défaillante. Une telle chaîne de traction 10 présente une redondance de sources d'entraînement électriques, particulièrement intéressantes pour un véhicule purement électrique.
Dans l’exemple considéré, la chaîne de traction 10 comprend également un moyen d'entraînement 20 pour arbres parallèles coopérant avec le deuxième arbre de sortie 15.2 et avec l’arbre d’entrée 17.
Dans l’exemple considéré, le moyen d'entraînement peut être un moyen d'entraînement par courroie ou un moyen d'entraînement par chaîne ou un moyen d'entraînement par engrenages.
Dans l’exemple considéré, le moyen d'entraînement 20 entraîne plusieurs composants accessoires. Ici un compresseur de climatisation 21 et une pompe à eau 22. Le moyen d'entraînement 20 et les accessoires forment une façade accessoire de véhicule. La chaîne de traction et les composants accessoires forment un ensemble au sens de l’invention.
La montre la chaîne de traction 10 dans le deuxième mode de l’invention. Selon ce mode de réalisation, le dispositif d’accouplement 18 est cette fois-ci disposé entre la deuxième machine électrique 13.2 et le réducteur 16. Le dispositif d’accouplement est donc disposé entre d’une part la première machine électrique 13.1 et la deuxième machine électrique 13.2 et, d’autre part le réducteur 16. La première machine 13.1 peut ainsi entraîner la deuxième machine électrique sans toutefois entraîner les roues.
Dans l’exemple considéré, le moyen d'entraînement 20 est en prise avec le premier arbre de sortie 15.1.
Dans l’exemple considéré, la deuxième machine 13.2 est accouplée de manière unidirectionnelle à la première machine électrique 13.1.
Dans l’exemple considéré, un dispositif d'accouplement à roue libre 24 est associé à la deuxième machine électrique 13.2. Ce dispositif 24 permet de lier la deuxième machine électrique 13.2 aux roues 12 afin que la deuxième machine électrique 13.2 puisse transmettre son couple aux roues 12 et de désaccoupler la deuxième machine électrique 13.2 par rapport aux roues 12 lorsque la vitesse de rotation des roues 12 devient supérieure à celle de la deuxième machine électrique 13.2 au rapport de démultiplication près.
Ce dispositif d'accouplement à roue libre 24 pourra prendre par exemple la forme d'une roue libre à galets ou à disques de friction, notamment de forme conique, pour optimiser la transmission de couple de la machine électrique 13.2 vers les roues 12.
Le dispositif d'accouplement à roue libre 24 est disposé entre le deuxième arbre de sortie et l’arbre d'entrée 17.
Le dispositif d'accouplement à roue libre 24 peut être intégré dans la deuxième machine électrique 13.2. En variante, le dispositif d'accouplement à roue libre 24 est un élément indépendant disposé entre la deuxième machine électrique 13.2 et la première machine électrique 13.1.
Dans l’exemple considéré, lorsque le véhicule est à l'arrêt, le dispositif d’accouplement est ouvert, la première machine électrique 1.1 peut tourner pour alimenter le deuxième réseau électrique 14.2, le compresseur de climatisation 21 et la pompe à eau 22. Selon ce mode de réalisation, les accessoires sont entraînés par la première machine électrique 13.1 même lorsque le véhicule est à l’arrêt. Cela permet une disponibilité accrue des accessoires, notamment la climatisation.
Lorsque le véhicule est à basse vitesses ou recule, le dispositif d’accouplement à roue libre vient en action et la deuxième machine électrique 13.2 continue d’alimenter le compresseur de climatisation et la pompe à eau 22.
Lorsque la vitesse du véhicule est suffisamment élevée, le dispositif d’accouplement 18 est fermé et la première machine électrique 13.1 tourne pour alimenter le premier réseau électrique, faire tourner le compresseur de climatisation, la pompe à eau 22 et les roues 12.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (10)
- Chaîne de traction (10) pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte :
- un réducteur (16) de vitesses apte à être montée sur un train (11) portant des roues (12) et comprenant un arbre d’entrée,
- une première machine électrique (13.1) tournante accouplée au réducteur, la première machine électrique comprenant un premier arbre de sortie (15.1), ladite première machine électrique (13.1) appartenant à un premier réseau (14.1) présentant une première tension de fonctionnement,
- une deuxième machine électrique (13.2) tournante comprenant un deuxième arbre de sortie (15.2), la deuxième machine électrique étant accouplée à la première machine électrique (13.1), la deuxième machine électrique appartenant à un deuxième réseau (14.2) présentant une deuxième tension de fonctionnement, la deuxième tension étant inférieure à la première tension,
- un dispositif d'accouplement (18) disposé entre la première machine électrique (13.1) et le réducteur (16). - Chaîne de traction (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le dispositif d’accouplement (18) est disposé entre la première machine électrique (13.1) et la deuxième machine électrique (13.2).
- Chaîne de traction (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’en cas de défaillance de la première machine électrique (13.1), le dispositif d’accouplement (18) est ouvert et la deuxième machine électrique (13.2) transmet en couple aux roues (12).
- Chaîne de traction (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d’accouplement (18) est disposé entre la deuxième machine électrique (13.2) et le réducteur (16).
- Chaîne de traction (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la deuxième machine électrique (13.2) est accouplée de manière unidirectionnelle à la première machine électrique (13.1).
- Chaîne de traction (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première tension de fonctionnement est égale à 48V et la deuxième tension de fonctionnement égale à 12V.
- Chaîne de traction (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite chaîne de traction comprend un moyen d'entraînement (20) pour arbres parallèles coopérant avec le deuxième arbre de sortie (15.2), par exemple un moyen d'entraînement par courroie, par exemple un moyen d'entraînement par chaîne, par exemple un moyen d'entraînement par engrenages, la deuxième machine électrique (13.2) étant accouplée à la première machine électrique (13.1) par le moyen d'entraînement (20) pour arbres parallèles.
- Chaîne de traction (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moyen d'entraînement (20) pour arbres parallèles est apte à entraîner au moins un composant accessoire, par exemple un compresseur de climatisation (21), par exemple une pompe à eau (22).
- Ensemble comprenant la chaîne de traction (10) selon la revendication précédente et au moins un composant accessoire, par exemple un compresseur de climatisation (21), par exemple une pompe à eau (22), le composant accessoire étant entraîné par le moyen d'entraînement (20) pour arbres parallèles.
- Véhicule automobile comportant un ensemble selon la revendication précédente et le train (11) sur lequel est monté le réducteur (16) de vitesses, le train (11) étant un train avant dudit véhicule et/ou un train arrière dudit véhicule.
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