WO2004103756A1 - Groupe motopropulseur d'un vehicule automobile et procede de commande d'un tel groupe motopropulseur - Google Patents

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WO2004103756A1
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hand
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electric machine
vehicle
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Inventor
Jacques Laeuffer
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Peugeot Citroen Automobiles S.A.
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Definitions

  • Powertrain of a motor vehicle and method of controlling such a powertrain.
  • the present invention relates to a powertrain of a motor vehicle and to a method for controlling such a powertrain.
  • the efficiency of heat engines for the propulsion of motor vehicles is a function of the power delivered.
  • the power delivered is zero or low, for example at standstill or in the initial starting phases, this efficiency is low, in particular because of the idling.
  • the consumption of fuel or electrical energy is very high.
  • hybrid vehicles with power batteries have been developed. These vehicles include a thermal engine and an electric machine for driving the propulsion shaft in rotation. The electric machine is electrically connected to a power battery.
  • the electric machine When such a vehicle decelerates, the electric machine functions as an alternator and stores electrical energy in the power battery. When the vehicle is restarted, the heat engine is cut off. The power battery then supplies electrical energy to power the electric machine. This machine operates as an engine and drives the propulsion shaft of the vehicle for example for around thirty seconds until the engine is restarted.
  • Such vehicles make it possible to significantly reduce fuel consumption, particularly for journeys in urban areas.
  • the main object of the invention is to remedy this drawback by proposing a powertrain for a hybrid motor vehicle which has reduced fuel consumption, at low cost.
  • the subject of the invention is a powertrain of a motor vehicle, of the type comprising:
  • a first electric machine comprising a first stator and a first rotor
  • the energy storage means comprise:
  • a second electric machine comprising a second rotor and a second stator, connected on the one hand, electrically to the energy distribution means and on the other hand, mechanically by a shaft to a small flywheel.
  • the diameter of the flywheel is between 10 and 25 cm; - the mass of the flywheel is between 5 and 10 kg;
  • the electrical energy distribution means comprise a first inverter electrically connected on the one hand, to the first stator and on the other hand to a filtering capacitor; and a second inverter electrically connected on the one hand to the filtering capacitor and on the other hand to the second stator;
  • the first rotor is mechanically connected on the one hand, to the output shaft of the engine by a clutch and on the other hand, to the propulsion shaft;
  • the output shaft of the heat engine is integral with the propulsion shaft and is connected to the first rotor by transmission means; the output shaft of the heat engine, the propulsion shaft and the first rotor are mechanically connected to a first planetary gear train;
  • the mechanical connection between the third electric machine and the propulsion shafts and second planetary gear train comprises a dog clutch
  • the electrical energy storage means comprise a fuel cell.
  • the invention also relates to a motor vehicle equipped with a powertrain as described above.
  • the subject of the invention is also a method of controlling a powertrain as previously mentioned, characterized in that it comprises the following phases: a phase of starting the vehicle in which:
  • - Figure 1 shows schematically the main elements of a first powertrain according to the invention
  • - Figure 2 is a plot of the stored energy, the vehicle speed, and the consumption of the engine as a function of time when starting a vehicle equipped with the powertrain of Figure 1;
  • FIG. 3 shows schematically the main elements of a second powertrain according to the invention
  • FIG. 4 shows. schematically the main elements of a third powertrain according to the invention.
  • FIG. 5 shows schematically the main elements of a fourth powertrain according to the invention.
  • FIG 1 there is shown schematically the elements of a powertrain of a hybrid motor vehicle.
  • This powertrain comprises a propulsion assembly 11, driven in rotation by a heat engine 13 and / or a first electric machine 15 provided with a supply assembly 17.
  • the propulsion assembly 11 comprises a propulsion shaft 19, and a mechanical power transmission 21 comprising a gearbox and a clutch (not shown) connected to the wheels 23 of the vehicle.
  • the heat engine 13 is provided with an output shaft 25 which is rotated under the effect of the combustion of petrol or natural gas in the cylinders of the heat engine 13.
  • the first electric machine 15 comprises a rotor and a stator.
  • the rotor is mechanically connected on the one hand, to the propulsion shaft 19, and on the other hand, to the output shaft 25 of the heat engine 13 by a clutch 24.
  • the electric motor 15 is arranged between the heat engine 13 and the transmission 21.
  • the clutch 24 makes it possible to completely stop the heat engine 13 when the latter is not in use.
  • the first electric machine 15 functions as a motor for driving the rotor when the stator is supplied with electric energy. It operates as an alternator to collect the electrical energy induced by the rotation of the rotor at the terminals of the stator when the stator is not supplied with electrical energy.
  • the power supply assembly 17 includes a distributor 26 and a second electrical machine 27.
  • the distributor 26 comprises a first inverter 29, a filtering capacitor 31, and a second inverter 33.
  • the first inverter 29 is electrically connected to the stator of the first electric machine 15 by a three-phase alternating current connection.
  • the first inverter 29 is also connected to the filtering capacitor 31 by a DC link.
  • This inverter 29 converts the alternating current received from the first stator into direct current charging the capacitor 31 when the first electric machine operates in the form of an alternator. It also converts the direct current delivered by the filtering capacitor 31 into alternating current delivered to the first stator when the first electric machine 15 operates as a motor.
  • the filtering capacitor 31 is charged under a direct voltage on the one hand, by the first inverter 29, and on the other hand, by the second inverter 33.
  • the maximum power to be recovered during startup is less than 20kW and substantially equal to 10 kW. Therefore, the voltage across the capacitor is maintained at a value greater than 300 volts, preferably substantially equal to 400 volts.
  • the second inverter 33 is electrically connected on the one hand, to the filtering capacitor 31 by a DC link, and on the other hand, to the second electric machine 27 by a three-phase AC link. This inverter 33 is identical to the first inverter 29.
  • the second electric machine 27 comprises a stator, a rotor, and is provided with a small flywheel 35.
  • the second stator is connected to the second inverter 33 by a three-phase alternating current link.
  • the rotor is mechanically connected to a drive shaft 37 of the flywheel 35.
  • the flywheel 35 is of small dimensions. Its diameter is between 10 and 25 cm and preferably between 15 and 20 cm. Its mass is between 5 and 10 kg. These dimensions allow it to store an energy substantially equal to 100 KJ in the form of mechanical energy of rotation.
  • the second electric machine 27 operates as a propulsion motor for the flywheel 35 when the second stator is supplied with electric energy. It operates as an alternator to collect the electrical energy induced by the rotation of the rotor across the stator when it is not supplied.
  • the first electric machine 15 operates as an alternator and the heat engine 13 is cut.
  • the wheels 23 rotate the propulsion shaft 19 and consequently the first rotor of the first electric machine 15.
  • This rotation induces at the terminals of the stator a three-phase alternating current which is collected by the first inverter 29.
  • This first inverter 29 operates then as a rectifier and transmits the electrical energy generated by the first machine 15 to the filtering capacitor 31.
  • the second inverter 33 converts the electrical energy received by the capacitor 31 into a three-phase alternating current which is transmitted to the second electrical machine 27.
  • This second electric machine 27 then operates as a motor and drives the flywheel 35 in rotation.
  • the electrical energy received by the second electric machine 27 is therefore converted into mechanical energy for rotation and stored by the flywheel 35.
  • the vehicle is stopped.
  • the flywheel 35 slows down slightly, and the mechanical energy stored by this flywheel 35 decreases slightly.
  • the vehicle restarts.
  • the engine 13 is always cut.
  • the rotation of the flywheel 35 generates at the terminals of the stator of the second machine 27 a three-phase alternating current which is transmitted to the second inverter 33.
  • the second inverter 33 transmits the electrical energy received to the filtering capacitor 31. The voltage at the terminals of this capacitor 31 therefore tends to increase.
  • the first inverter 29 converts the electrical energy received into a three-phase alternating current which is transmitted to the stator of the first machine 15.
  • This stator inductively rotates the first rotor, the shaft of propulsion 19 and under the action of the transmission 21 controlled by the driver, of the wheels 23 of the vehicle.
  • the speed of the vehicle gradually increases, while the mechanical energy stored by the steering wheel 35 decreases.
  • the heat engine 13 is started to supply the mechanical energy necessary for the end of the vehicle speed increase.
  • the first electrical machine then operates as an alternator and the electrical energy received by this first machine is transmitted to the flywheel as described above by the first inverter 29, the filtering capacitor 31, the second inverter 33 and the second machine 27.
  • the mechanical energy stored by the flywheel 35 therefore increases as illustrated in FIG. 2.
  • the vehicle reaches the desired speed.
  • the engine 13 is then cut.
  • the first electric machine 15 operates as a motor to maintain the vehicle at the desired speed.
  • the electric power is supplied to the first electric machine 15 as described above by transferring the mechanical energy stored in the flywheel 35 in the form of electric energy through the second electric machine 27, the second inverter 33 , the filtering capacitor 31, and the first inverter 29.
  • the energy stored by the flywheel 35 decreases during this phase until time t 5 when a new phase of deceleration of the vehicle begins. .
  • the time during which the heat engine 5 is running is significantly less than the total cycle time of deceleration / stop / start.
  • the fuel consumption of the vehicle equipped with this first powertrain according to the invention is therefore very low.
  • FIG. 3 The main elements of a second powertrain according to the invention are illustrated in Figure 3.
  • the propulsion shaft 19 is integral with the output shaft 25 of the heat engine 13
  • the first rotor of the first electric machine is integral with a drive shaft 51.
  • This drive shaft 51 is offset relative to the output shaft 25 of the heat engine 13.
  • These two shafts 13, 51 are each provided with transmission pulleys 53, 55 facing each other.
  • These transmission pulleys 53, 55 are interconnected by an endless transmission member 57 so that the rotation of one of the drive shaft 51 of the first electric machine 15 and the output shaft 25 of the heat engine 13 rotates the other of these shafts.
  • FIG. 4 there is shown a third powertrain according to the invention. Unlike the powertrain shown in FIG. 1, this group also comprises a first planetary gear train 53, and a third electric machine 55 associated with a third inverter 57 and a second planetary gear train 58.
  • the first epicyclic train 53 comprises a crown, a planet, and a planet carrier.
  • the output shaft 25 of the heat engine 13, the rotor of the first electric machine 15, and the propulsion shaft 19 are each connected to an output of the first planetary gear train 53.
  • the third electric machine 55 includes a third rotor and a third stator.
  • the third rotor is integral with a connecting shaft 59.
  • the third stator is electrically connected to the third inverter 57 by an electrical connection in three-phase alternating current.
  • the third inverter 57 is electrically connected to the filtering capacitor 31 by an electric direct current connection.
  • the second planetary gear train 58 includes a second ring gear, a second sun gear and a second planet carrier.
  • the output shaft 25 of the heat engine is integral with an output of the second planetary gear train 58.
  • the connecting shaft 59 of the third electric machine 55 is connected on the one hand to the propulsion shaft 19 , and on the other hand another output of the second planetary gear train 59 by a dog clutch type.
  • this third powertrain is similar to that described in the French patent application n ° 01 15050 filed by the Applicant, to which was added the means of energy storage by flywheel d inertia identical to that of
  • the variation in the reduction ratio between the heat engine 13 and the wheels 23 takes place in total continuity of torque and speed.
  • the heat engine is replaced by a fuel cell 71 electrically connected to a converter 73.
  • This converter 73 is also electrically connected to the filtration capacitor 31.
  • the fuel cell 71 is activated and converts potential chemical energy into electrical energy.
  • This electrical energy is transmitted to the first inverter 29.
  • the inverter 29 converts this electrical energy into a three-phase alternating current.
  • This three-phase alternating current feeds the first stator of the first electric machine 15. This supply causes the first rotor to rotate and consequently the propulsion shaft.
  • This type of powertrain is used with fuel cells 71 which have a response time when they increase in power.
  • the energy stored in the flywheel 35 provides the energy necessary for the propulsion of the vehicle.
  • This powertrain has the advantage of being compact and easily adapts to different architectures of hybrid vehicles. Furthermore, this type of powertrain can operate advantageously in the presence of a fuel cell.
  • the moment of inertia of the flywheel 35 is advantageously between 6 x 10 "3 and 8 x 10 " 2 kg. m 2 .
  • this moment of inertia is substantially equal to 5 ⁇ 10 ⁇ 2 kg. M 2 .

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Abstract

L'invention concerne un groupe motopropulseur qui comprend une première machine électrique (15) comportant un premier stator et un premier rotor, un arbre de propulsion (19) entraîné en rotation par le premier rotor, des moyens de stockage (27, 35) d'énergie et des moyens de distribution (26) d'énergie électrique, qui relient électriquement le premier stator aux moyens de stockage d'énergie (27, 35). Les moyens de stockage d'énergie (27, 35) comprennent une seconde machine électrique (27) comportant un second rotor et un second stator, reliée d'une part, électriquement aux moyens de distribution d'énergie (26) et d'autre part, mécaniquement par un arbre (37) à un volant d'inertie (35) de faibles dimensions. L'invention concerne également un procédé de commande d'un tel groupe motopropulseur et s'applique à la propulsion de véhicules automobiles hybrides.

Description

Groupe motopropulseur d'un véhicule automobile et procédé de commande d'un tel groupe motopropulseur. La présente invention concerne un groupe motopropulseur d'un véhicule automobile ainsi qu'un procédé de commande d'un tel groupe motopropulseur.
Comme il est bien connu, le rendement des moteurs thermiques pour la propulsion de véhicules automobiles est fonction de la puissance délivrée. Ainsi, si la puissance délivrée est nulle ou basse, par exemple à l'arrêt ou dans les phases initiales de démarrage, ce rendement est faible, notamment à cause du ralenti. De ce fait, dans les trajets en milieu urbain où le véhicule effectue de nombreuses phases d'arrêt et de redémarrage, la consommation en combustible ou en énergie électrique est très élevée.
Par ailleurs, lors du ralentissement du véhicule avant son arrêt, l'énergie cinétique emmagasinée par le véhicule est totalement perdue.
Pour minimiser la consommation, des véhicules hybrides à batterie de puissance ont été développés. Ces véhicules comprennent un moteur ther- mique, et une machine électrique pour l'entraînement en rotation de l'arbre de propulsion. La machine électrique est reliée électriquement à une batterie de puissance.
Lors de la décélération d'un tel véhicule, la machine électrique fonctionne comme un alternateur et stocke de l'énergie électrique dans la batte- rie de puissance. Lors du redémarrage du véhicule, le moteur thermique est coupé. La batterie de puissance fournit alors de l'énergie électrique pour alimenter la machine électrique. Cette machine fonctionne en moteur et entraîne l'arbre de propulsion du véhicule par exemple pendant une trentaine de secondes jusqu'à la remise en route du moteur thermique. De tels véhicules permettent de réduire notablement la consommation en combustible, particulièrement pour des trajets en milieu urbain.
Cependant, les véhicules de ce type ne donnent pas entière satisfaction. Pour stocker la puissance électrique nécessaire à l'entraînement du moteur électrique lors du démarrage du véhicule, les batteries de puissance associées sont lourdes et encombrantes. Par ailleurs, ces batteries sont très chères et leur durée de vie est limitée, ce qui nécessite un remplacement fréquent. L'invention a pour but principal de remédier à cet inconvénient, en proposant un groupe motopropulseur de véhicule automobile hybride qui présente une consommation en combustible réduite, à faible coût.
A cet effet, l'invention a pour objet un groupe motopropulseur d'un véhicule automobile, du type comprenant :
- une première machine électrique comportant un premier stator et un premier rotor ;
- un arbre de propulsion entraîné en rotation par le premier rotor ;
- des moyens de stockage d'énergie ; et -des moyens de distribution d'énergie électrique reliant électriquement le premier stator aux moyens de stockage d'énergie électrique ; caractérisé en ce que les moyens de stockage d'énergie comprennent :
- une seconde machine électrique comportant un second rotor et un second stator, reliée d'une part, électriquement aux moyens de distribution d'énergie et d'autre part, mécaniquement par un arbre à un volant d'inertie de faibles dimensions.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- le diamètre du volant d'inertie est compris entre 10 et 25 cm ; - la masse du volant d'inertie est comprise entre 5 et 10 kg ;
- les moyens de distribution d'énergie électrique comprennent un premier onduleur relié électriquement d'une part, au premier stator et d'autre part à un condensateur de filtrage ; et un second onduleur relié électriquement d'une part, au condensateur de filtrage et d'autre part, au second sta- tor ;
- il comprend en outre un moteur thermique, muni d'un arbre de sortie relié mécaniquement à l'arbre de propulsion ;
- le premier rotor est relié mécaniquement d'une part, à l'arbre de sortie du moteur thermique par un embrayage et d'autre part, à l'arbre de pro- pulsion ;
- l'arbre de sortie du moteur thermique est solidaire de l'arbre de propulsion et est relié au premier rotor par des moyens de transmission ; - l'arbre de sortie du moteur thermique, l'arbre de propulsion et le premier rotor sont reliés mécaniquement à un premier train épicycloïde ;
-il comprend une troisième machine électrique, reliée électriquement aux moyens de distribution et reliée mécaniquement d'une part, à l'arbre de propulsion et d'autre part à un second train épicycloïde; ce second train épicycloïde étant relié à l'arbre de sortie du moteur thermique ;
- la liaison mécanique entre la troisième machine électrique et les arbres de propulsion et second train épicycloïde comprend un crabot ; et
- les moyens de stockage d'énergie électrique comprennent une pile à combustible.
L'invention a également pour objet un véhicule automobile équipé d'un groupe motopropulseur tel que décrit ci-dessus.
L'invention a aussi pour objet un procédé de commande d'un groupe motopropulseur tel que précédemment mentionné, caractérisé en ce qu'il comprend les phases suivantes : une phase de démarrage du véhicule dans laquelle :
- on maintient le moteur thermique coupé ;
- on convertit l'énergie mécanique stockée par le volant d'inertie en énergie électrique pour alimenter la première machine électrique ; - on entraîne l'arbre de propulsion des roues du véhicule à l'aide du premier rotor ; puis une phase de fin de montée en vitesse du véhicule dans laquelle :
- on démarre le moteur thermique ;
- on fait fonctionner la première machine électrique en alterna- teur ;
- on convertit l'énergie électrique produite en énergie mécanique stockée par le volant d'inertie.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 représente schématiquement les principaux éléments d'un premier groupe motopropulseur selon l'invention ; - la Figure 2 est un tracé de l'énergie stockée, de la vitesse véhicule, et de la consommation du moteur en fonction du temps lors du démarrage d'un véhicule équipé du groupe motopropulseur de la Figure 1 ;
- la Figure 3 représente schématiquement les principaux éléments d'un deuxième groupe motopropulseur selon l'invention ;
- la Figure 4 représente. schématiquement les principaux éléments d'un troisième groupe motopropulseur selon l'invention ; et
- la Figure 5 représente schématiquement les principaux éléments d'un quatrième groupe motopropulseur suivant l'invention. Sur la Figure 1 , on a représenté schématiquement les éléments d'un groupe motopropulseur d'un véhicule automobile hybride. Ce groupe motopropulseur comprend un ensemble 11 de propulsion, entraîné en rotation par un moteur thermique 13 et/ou une première machine électrique 15 munie d'un ensemble d'alimentation 17. L'ensemble de propulsion 11 comprend un arbre de propulsion 19, et une transmission 21 de puissance mécanique comprenant une boîte de vitesse et un embrayage (non représentés) reliés aux roues 23 du véhicule.
Le moteur thermique 13 est muni d'un arbre de sortie 25 qui est entraîné en rotation sous l'effet de la combustion d'essence ou de gaz naturel dans les cylindres du moteur thermique 13.
La première machine électrique 15 comporte un rotor et un stator. Le rotor est relié mécaniquement d'une part, à l'arbre de propulsion 19, et d'autre part, à l'arbre de sortie 25 du moteur thermique 13 par un embrayage 24. Dans la configuration représentée sur la Figure 1 , le moteur électrique 15 est disposé entre le moteur thermique 13 et la transmission 21.
L'embrayage 24 permet d'arrêter complètement le moteur thermique 13 lorsque celui-ci n'est pas utilisé.
La première machine électrique 15 fonctionne comme un moteur d'entraînement du rotor lorsque le stator est alimenté en énergie électrique. Elle fonctionne en alternateur pour recueillir aux bornes du stator l'énergie électrique induite par la rotation du rotor lorsque le stator n'est pas alimenté énergie électrique. L'ensemble d'alimentation 17 comprend un distributeur 26 et une seconde machine électrique 27.
Le distributeur 26 comprend un premier onduleur 29, un condensateur de filtrage 31 , et un second onduleur 33. Le premier onduleur 29 est relié électriquement au stator de la première machine électrique 15 par une liaison en courant alternatif triphasé. Le premier onduleur 29 est par ailleurs relié au condensateur de filtrage 31 par une liaison en courant continu. Cet onduleur 29 convertit le courant alternatif reçu du premier stator en courant continu de charge du condensateur 31 lorsque la première machine électrique fonctionne sous forme d'un alternateur. Il convertit par ailleurs le courant continu délivré par le condensateur de filtrage 31 en courant alternatif délivré au premier stator lorsque la première machine électrique 15 fonctionne en moteur.
Le condensateur de filtrage 31 est chargé sous une tension continue d'une part, par le premier onduleur 29, et d'autre part, par le second onduleur 33. La puissance maximale à récupérer lors du démarrage est inférieure à 20kW et sensiblement égale à 10 kW. De ce fait, la tension aux bornes du condensateur est maintenue à une valeur supérieure à 300 Volts, préféren- tiellement sensiblement égale à 400 Volts. Le second onduleur 33 est relié électriquement d'une part, au condensateur de filtrage 31 par une liaison en courant continu, et d'autre part, à la seconde machine électrique 27 par une liaison en courant alternatif triphasé. Cet onduleur 33 est identique au premier onduleur 29.
La seconde machine électrique 27 comprend un stator, un rotor, et est munie d'un volant d'inertie 35 de petite taille.
Le second stator est relié au second onduleur 33 par une liaison en courant alternatif triphasé.
Le rotor est relié mécaniquement à un arbre d'entraînement 37 du volant d'inertie 35. Le volant d'inertie 35 est de petites dimensions. Son diamètre est compris entre 10 et 25 cm et préférentiellement compris entre 15 et 20 cm. Sa masse est comprise entre 5 et 10 kg. Ces dimensions lui permettent de stocker une énergie sensiblement égale à 100 KJ sous forme d'énergie mécanique de rotation.
De même que la première machine électrique 15, la seconde machine électrique 27 fonctionne en moteur de propulsion du volant d'inertie 35 lorsque le second stator est alimenté en énergie électrique. Elle fonctionne en alternateur pour recueillir l'énergie électrique induite par la rotation du rotor aux bornes du stator lorsqu'elle n'est pas alimentée.
On décrira maintenant comme exemple le fonctionnement du premier groupe motopropulseur selon l'invention à partir d'une phase de décélération du véhicule.
Lors de cette décélération, la première machine électrique 15 fonctionne en alternateur et le moteur thermique 13 est coupé. Les roues 23 entraînent en rotation l'arbre de propulsion 19 et par conséquent le premier rotor de la première machine électrique 15. Cette rotation induit aux bornes du stator un courant alternatif triphasé qui est recueilli par le premier onduleur 29. Ce premier onduleur 29 fonctionne alors en redresseur et transmet l'énergie électrique générée par la première machine 15 au condensateur de filtrage 31.
La tension aux bornes du condensateur de filtrage 31 a donc ten- dance à augmenter. En réaction à cette augmentation de tension, le second onduleur 33 convertit l'énergie électrique reçue par le condensateur 31 en un courant alternatif triphasé qui est transmis à la seconde machine électrique 27.
Cette seconde machine électrique 27 fonctionne alors en moteur et entraîne en rotation le volant d'inertie 35. L'énergie électrique reçue par la seconde machine électrique 27 est donc convertie en énergie mécanique de rotation et stockée par le volant d'inertie 35.
Comme illustré sur la Figure 2 entre les phases t0 et tι, la vitesse du véhicule (trait alterné) diminue, l'énergie stockée par le volant 35 augmente (trait fin) et la consommation du moteur thermique 13 est nulle (trait gras).
Entre les temps ti et t2 , le véhicule est à l'arrêt. Le volant d'inertie 35 ralentit légèrement, et l'énergie mécanique stockée par ce volant 35 diminue légèrement. Au temps t2, le véhicule redémarre. Le moteur thermique 13 est toujours coupé. La rotation du volant d'inertie 35 génère aux bornes du stator de la seconde machine 27 un courant alternatif triphasé qui est transmis au second onduleur 33. Le second onduleur 33 transmet l'énergie électrique reçue au condensateur de filtrage 31. La tension aux bornes de ce conden- sateur 31 a donc tendance à augmenter.
En réaction à cette augmentation de tension, le premier onduleur 29 convertit l'énergie électrique reçue en un courant alternatif triphasé qui est transmis au stator de la première machine 15. Ce stator entraîne par induction la rotation du premier rotor, de l'arbre de propulsion 19 et sous l'action de la transmission 21 pilotée par le conducteur, des roues 23 du véhicule. Comme illustré sur la Figure 2, la vitesse du véhicule (trait alterné) augmente progressivement, alors que l'énergie mécanique stockée par le volant 35 diminue.
Au temps t3) le moteur thermique 13 est démarré pour fournir l'énergie mécanique nécessaire à la fin de la montée en vitesse du véhicule. La première machine électrique fonctionne alors en alternateur et l'énergie électrique reçue par cette première machine est transmise au volant d'inertie comme décrit précédemment par le premier onduleur 29, le condensateur de filtrage 31 , le second onduleur 33 et la seconde machine 27. L'énergie mé- canique stockée par le volant d'inertie 35 augmente donc comme illustré sur la Figure 2.
Au temps , le véhicule atteint la vitesse souhaitée. Le moteur thermique 13 est alors coupé. La première machine électrique 15 fonctionne en moteur pour maintenir le véhicule à la vitesse désirée. L'alimentation en énergie électrique de la première machine électrique 15 est assurée comme décrit précédemment par transfert de l'énergie mécanique stockée dans le volant d'inertie 35 sous forme d'énergie électrique à travers la seconde machine électrique 27, le second onduleur 33, le condensateur de filtrage 31 , et le premier onduleur 29. Comme illustré sur la Figure 2, l'énergie stockée par le volant d'inertie 35 diminue durant cette phase jusqu'au temps t5 où commence une nouvelle phase de décélération du véhicule.
Comme illustré sur la Figure 2, le temps durant lequel le moteur thermique 5 est en marche est notablement inférieur au temps total de cycle de décélération/arrêt/démarrage. La consommation en combustible du véhicule équipé de ce premier groupe motopropulseur selon l'invention est donc très faible.
Les principaux éléments d'un second groupe motopropulseur selon l'invention sont illustrés sur la Figure 3. A la différence du groupe motopropulseur représenté sur Figure 1 , l'arbre de propulsion 19 est solidaire de l'arbre de sortie 25 du moteur thermique 13. Par ailleurs, le premier rotor de la première machine électrique est solidaire d'un arbre d'entraînement 51. Cet arbre d'entraînement 51 est décalé par rapport à l'arbre de sortie 25 du moteur thermique 13. Ces deux arbres 13, 51 sont chacun munis de poulies de transmission 53, 55 en regard l'une de l'autre. Ces poulies de transmission 53, 55 sont reliées entre elles par un organe sans fin de transmission 57 de sorte que la rotation de l'un parmi l'arbre d'entraînement 51 de la première machine électrique 15 et l'arbre de sortie 25 du moteur thermique 13 entraîne en rotation l'autre de ces arbres.
Le fonctionnement du deuxième groupe motopropulseur selon l'invention est similaire au fonctionnement du groupe motopropulseur représenté sur la Figure 1.
Sur la Figure 4, on a représenté un troisième groupe motopropulseur selon l'invention. A la différence du groupe motopropulseur représenté sur la Figure 1 , ce groupe comprend en outre un premier train épicycloïde 53, et une troisième machine électrique 55 associée à un troisième onduleur 57 et un second train épicycloïde 58.
Le premier train épicycloïde 53 comprend une couronne, un plané- taire, et un porte-satellite. L'arbre de sortie 25 du moteur thermique 13, le rotor de la première machine électrique 15, et l'arbre de propulsion 19 sont reliés chacun à une sortie du premier train épicycloïde 53.
La troisième machine électrique 55 comprend un troisième rotor et un troisième stator. Le troisième rotor est solidaire d'un arbre de liaison 59. Le troisième stator est relié électriquement au troisième onduleur 57 par une liaison électrique en courant alternatif triphasé. Le troisième onduleur 57 est relié électriquement au condensateur de filtrage 31 par une liaison électrique en courant continu. Le second train épicycloïde 58 comprend une seconde couronne, un second planétaire et un second porte-satellite. L'arbre de sortie 25 du moteur thermique est solidaire d'une sortie du second train épicycloïde 58. Par ailleurs, l'arbre de liaison 59 de la troisième machine électrique 55 est en liaison avec d'une part l'arbre de propulsion 19, et d'autre part une autre sortie du second train épicycloïde 59 par une liaison de type crabot.
Le fonctionnement de ce troisième groupe moto-propulseur selon l'invention est similaire à celui décrit dans la demande Française de brevet d'invention n° 01 15050 déposée par la Demanderesse, auquel on a ajouté le moyen de stockage d' énergie par volant d'inertie identique à celui des
Figures 1 à 3.
Dans ce groupe motopropulseur, la variation de la démultiplication entre le moteur thermique 13 et les roues 23 se fait en continuité totale de couple et de régime. Dans la variante illustrée sur la Figure 5, le moteur thermique est remplacé par une pile à combustible 71 reliée électriquement à un convertisseur 73. Ce convertisseur 73 est par ailleurs relié électriquement au condensateur de filtration 31.
Lors de la montée en vitesse du véhicule, entre les temps t3 et de la Figure 2, la pile à combustible 71 est activée et convertit de l'énergie potentielle chimique en une énergie électrique. Cette énergie électrique est transmise au premier onduleur 29. L'onduleur 29 convertit cette énergie électrique en un courant alternatif triphasé. Ce courant alternatif triphasé alimente le premier stator de la première machine électrique 15. Cette alimentation provoque l'entraînement en rotation du premier rotor et par suite de l'arbre de propulsion.
Ce type de groupe motopropulseur est utilisé avec des piles à combustible 71 qui présentent un délai de réponse lors de leur montée en puissance. Ainsi, pendant cette montée en puissance, l'énergie stockée dans le volant d'inertie 35 fournit l'énergie nécessaire à la propulsion du véhicule.
Grâce à l'invention qui vient d'être décrite, un groupe motopropulseur de véhicules hybrides à consommation réduite en combustible est obtenu à un coût moindre par rapport à un groupe motopropulseur de véhicules hybrides utilisé jusqu'à présent.
Ce groupe motopropulseur présente l'avantage d'être peu encombrant et s'adapte aisément à différentes architectures de véhicules hybrides. Par ailleurs, ce type de groupe motopropulseur peut fonctionner avantageusement en présence d'une pile à combustible.
Par ailleurs, le moment d'inertie du volant 35 est avantageusement compris entre 6 x 10"3 et 8 x 10"2 kg. m2.
De préférence, ce moment d'inertie est sensiblement égal à 5 x 10"2 kg. m2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Groupe motopropulseur d'un véhicule automobile, du type comprenant :
- une première machine électrique (15) comportant un premier stator et un premier rotor ;
_ - un arbre de propulsion (19) entraîné en rotation par le premier rotor ;
- des moyens de stockage d'énergie (27, 35) ; et
- des moyens de distribution (26) d'énergie électrique reliant électriquement le premier stator aux moyens de stockage d'énergie électrique ; caractérisé en ce que les moyens de stockage (27, 35) d'énergie comprennent :
- une seconde machine électrique (27) comportant un second rotor et un second stator, reliée d'une part, électriquement aux moyens de distribution (26) d'énergie et d'autre part, mécaniquement par un arbre (37) à un volant d'inertie (35) de faibles dimensions et en ce qu'il comprend en outre un moteur thermique (13), muni d'un arbre de sortie (25) relié mécaniquement à l'arbre de propulsion (19).
2. Groupe selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le diamètre du volant d'inertie (35) est compris entre 10 et 25 cm.
3. Groupe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la masse du volant d'inertie (35) est comprise entre 5 et 10 kg.
4. Groupe selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de distribution (26) d'énergie électrique comprennent un premier onduleur (29) relié électriquement d'une part, au premier stator et d'autre part à un condensateur de filtrage (31) ; et un second onduleur (33) relié électriquement d'une part, au condensateur de filtrage (31) et d'autre part, au second stator.
5. Groupe selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier rotor est relié mécaniquement d'une part, à l'arbre de sortie (25) du moteur thermique (13) par un embrayage (24) et d'autre part, à l'arbre de propulsion (19).
6. Groupe selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (25) du moteur thermique (13) est solidaire de l'arbre de propulsion (19) et est relié au premier rotor par des moyens de transmission (51 , 53, 55).
7. Groupe selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (25) du moteur thermique (13), l'arbre de propulsion (19) et le premier rotor sont reliés mécaniquement à un premier train épicycloïde (53).
8. Groupe selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième machine électrique (55), reliée électriquement aux moyens de distribution (26) et reliée mécaniquement d'une part, à l'arbre de propulsion (19) et d'autre part à un second train épicycloïde (58) ; ce second train épi- cycloïde (58) étant relié à l'arbre de sortie (25) du moteur thermique (13).
9. Groupe selon la revendication 8, caractérisé en ce que la liaison mécanique entre la troisième machine électrique (59) et les arbres de propulsion (19) et second train épicycloïde (58) comprend un crabot.
10. Groupe selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de stockage d'énergie comprennent une pile à combustible
(71).
11. Véhicule automobile équipé d'un groupe motopropulseur selon l'une des revendications 1 à 10.
12. Procédé de commande d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les phases suivantes :
(a) une phase de démarrage du véhicule dans laquelle :
- on maintient le moteur thermique (13) coupé ;
- on convertit l'énergie mécanique stockée par le volant d'inertie (35) en énergie électrique pour alimenter la première machine électrique
(15) ;
- on entraîne l'arbre de propulsion des roues du véhicule à l'aide du premier rotor ; puis
(b) une phase de fin de montée en vitesse du véhicule dans laquelle : - on démarre le moteur thermique (13) ;
- on fait fonctionner la première machine électrique (15) en alternateur ; - on convertit l'énergie électrique produite en énergie mécanique stockée par le volant d'inertie (35).
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que, lorsque le véhicule atteint une vitesse souhaitée, il comprend : - une première phase dans laquelle on coupe le moteur thermique
(13) ;
- une deuxième phase dans laquelle on fait fonctionner la première machine électrique (15) en moteur pour maintenir le véhicule à la vitesse souhaitée à l'aide de l'arbre de propulsion ; - une troisième phase dans laquelle on convertit l'énergie mécanique stockée par le volant d'inertie (35) en énergie électrique d'alimentation de la première machine électrique (15).
14. Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il comprend les phases suivantes : (c) une phase de décélération du véhicule dans laquelle :
- on maintient le moteur thermique (13) coupé ;
- on fait fonctionner la première machine électrique (15) en alternateur ;
- on convertit l'énergie électrique produite en énergie mécanique stockée par le volant d'inertie (35) ; et
(d) une phase d'arrêt du véhicule dans laquelle :
- on maintient le moteur thermique (13) coupé.
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