WO2013087527A1

WO2013087527A1 - Vehicule a traction electrique

Info

Publication number: WO2013087527A1
Application number: PCT/EP2012/074754
Authority: WO
Inventors: Daniel Walser
Original assignee: Compagnie Generale Des Etablissements Michelin; Michelin Recherche Et Technique S.A.
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2013-06-20
Also published as: EP2790941A1; FR2983787A1; FR2983787B1

Abstract

L'invention concerne en particulier un véhicule automobile (1) comprenant des moyens de traction électrique agissant sur au moins deux roues (21, 22, 23, 24) de deux essieux différents (2, 3), les moyens de traction électrique comprenant un machine électrique (41, 42) et une transmission (31, 32) définissant un rapport de transmission fixe entre la vitesse de rotation de la machine électrique et la vitesse de rotation de la roue,une première transmission (32) pour au moins une des roues d'un premier essieu (3) définissant un premier rapport de transmission et une deuxième transmission (31) pour au moins une des roues d'un deuxième essieu (2) définissant un deuxième rapport de transmission, la première transmission comprenant un mécanisme de roue libre aptes à autoriser la roue à tourner sans entraîner la machine électrique.

Description

Véhicule à traction électrique

[0001] La présente invention concerne les véhicules automobiles à traction électrique, en particulier leur chaîne de traction.

[0002] Dans ce domaine, on connaît un certain nombre de propositions comme celles des documents EP 0878332, EP 1630026, WO 2006/032669, US 2007/0257570, WO 2007/083209 ou WO 2009/124892.

[0003] Un problème avec la traction électrique est celui du choix de la démultiplication, c'est à dire du choix du rapport de transmission entre la vitesse de rotation de la machine électrique et celle de la roue du véhicule. On a parfois proposé d'utiliser un système de changement de rapport à deux ou plusieurs rapports comme c'est d'usage sur les véhicules à moteur thermique mais dans leur grande majorité, les systèmes de traction électrique utilisent un rapport unique et fixe. Le choix de la valeur de ce rapport est alors un compromis qui doit prendre en compte des performances antagonistes comme la capacité d'accélération à basse vitesse et la capacité à atteindre une vitesse maximale suffisante mais aussi des contraintes de conception mécanique comme le poids, l'encombrement ou les pertes de rendement dues aux moyens de réduction (engrenages par exemple). Il s'avère qu'un tel compromis est rarement satisfaisant puisqu'en particulier une partie du potentiel d'accélération doit être sacrifié au profit de la vitesse maximale et vice-versa. [0004] L'invention a donc pour objectif de résoudre ce problème.

[0005] L'invention propose pour cela un véhicule automobile comprenant des moyens de traction électrique agissant sur au moins deux roues de deux essieux différents, les moyens de traction électrique comprenant un machine électrique et une transmission définissant un rapport de transmission fixe entre la vitesse de rotation de la machine électrique et la vitesse de rotation de la roue, une première transmission pour au moins une des roues d'un premier essieu définissant un premier rapport de transmission et une deuxième transmission pour au moins une des roues d'un deuxième essieu définissant un deuxième rapport de transmission, la première transmission comprenant un mécanisme de roue libre aptes à autoriser la roue à tourner sans entraîner la machine électrique. [0006] On comprend que l'on peut combiner selon l'invention les avantages d'une chaîne de traction électrique ayant de bonnes performances d'accélération à basse vitesse avec ceux d'une chaîne de traction permettant une vitesse maximale élevée sans utiliser de dispositif de changement de rapport. [0007] De préférence, le mécanisme de roue libre est placé entre la transmission et le moyeu.

[0008] Selon une variante, le mécanisme de roue libre est placé au sein de la transmission.

[0009] Selon une autre variante, le mécanisme de roue libre est placé entre la machine électrique et la transmission.

[0010] De préférence, chaque roue du premier essieu est entraînée par l'intermédiaire d'un mécanisme de roue libre.

[0011] De préférence, le premier essieu est situé à l'arrière du véhicule par rapport au deuxième essieu. [0012] De préférence, chaque roue du premier essieu est entraînée par une machine électrique indépendante.

[0013] De préférence encore, chaque roue du deuxième essieu est également entraînée par une machine électrique indépendante.

[0014] De préférence, chaque roue du premier essieu est équipée d'un moyeu motorisé, ledit moyeu motorisé comprenant un moyeu destiné à recevoir une roue, le moyeu étant monté rotatif par rapport à un porte-moyeu selon un axe de moyeu, le moyeu motorisé comprenant une machine électrique de traction, la machine électrique comprenant un stator externe lié au porte-moyeu et un rotor interne dont l'axe de rotation est distant de l'axe de moyeu, le moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction agissant entre le rotor de la machine électrique et le moyeu, le moyeu motorisé comprenant un mécanisme de roue libre aptes à autoriser la roue à tourner sans entraîner la machine électrique. [0015] De préférence, les roues du deuxième essieu sont entraînées par une machine électrique commune.

[0016] De préférence, les différents moyens de traction sont conçus de telle manière que les roues entraînées via un mécanisme de roue libre atteignent le point où le mécanisme de roue libre entre en action au plus tard lorsque le véhicule atteint une vitesse égale à ^^max _? ^_e préférence encore au plus tard lorsque le véhicule atteint une vitesse

1.6

, , , Vmax

égale a .

2

[0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront grâce à la description de modes préférés de réalisation. Les figures représentent respectivement: - Figure 1 : vue schématique de dessus d'un véhicule selon un premier mode de réalisation de l'invention.

Figure 2 : vue schématique de dessus d'un véhicule selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

Figure 3 : vue en coupe selon une ligne brisée (passant par les axes du moyeu M, de la machine électrique R et de l'arbre intermédiaire I) d'un moyeu motorisé utilisable dans le véhicule selon les figures 2, 4, 5 et 6.

Figure 4 : vue schématique de dessus d'un véhicule selon un troisième mode de réalisation de l'invention.

Figure 5 : vue schématique de dessus d'un véhicule selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.

Figure 6 : vue schématique de dessus d'un véhicule selon un cinquième mode de réalisation de l'invention.

[0018] Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent les mêmes références. Leur description n'est donc pas systématiquement reprise. [0019] A la figure 1 , on voit un véhicule 1 comportant un essieu avant 2 et un essieu arrière 3. L'essieu avant comporte une roue avant gauche 21 et une roue avant droite 22. L'essieu arrière comporte une roue arrière gauche 23 et une roue arrière droite 24. Chaque essieu est entraîné par une machine électrique (41 , 42) par l'intermédiaire d'une transmission (31 , 32). L'ensemble de ces moyens de traction permettent au véhicule d'accélérer depuis l'arrêt complet et jusqu'à sa vitesse maximale (Vmax). La transmission 32 des roues arrière comporte un mécanisme de roue libre. Ainsi la machine électrique entraine les roues arrière alors que les roues arrière ne peuvent pas entraîner la machine électrique. Grâce à la présence de ce mécanisme de roue libre, le rapport de transmission de l'essieu arrière peut être choisi de manière à favoriser les accélérations à basse vitesse. En revanche, une fois que le véhicule est lancé, toute la puissance électrique peut être réservée à l'essieu avant dont la transmission permet au véhicule d'atteindre sa vitesse maximale (Vmax). Le mécanisme de roue libre permet alors à la machine électrique des roues arrière d'être découplée. La vitesse maximale du véhicule n'est donc plus limitée par le régime maximal admissible par cette machine électrique. Les nuisances sonores et les pertes énergétiques sont en outre réduites. L'essieu avant ne comprend pas de mécanisme de roue libre, c'est à dire qu'il est couplé en permanence. Un avantage de cette configuration est que l'essieu avant est toujours disponible pour assurer un freinage récupératif efficace. Sa machine électrique participe aux phases d'accélération surtout lorsque l'on souhaite favoriser le rendement énergétique et l'équilibre dynamique global du véhicule. Au contraire, lorsque la demande d'accélération est maximale et que toute la puissance électrique disponible peut être consommée par l'essieu arrière, on peut, pour favoriser l'essieu arrière dont le rapport de transmission peut être mieux adapté, choisir de limiter la puissance transmise à l'essieu avant, voire choisir de ne pas alimenter cet essieu.

[0020] Par exemple, pour le cas particulier où les machines électriques avant et arrière ont des caractéristiques identiques, on comprend que l'on peut de préférence choisir un rapport de transmission de l'essieu arrière plus élevé que celui de l'essieu avant afin que la machine électrique arrière 42 puisse développer sa puissance à plus basse vitesse avant d'être découplée lorsque le véhicule atteint une certaine vitesse.

[0021] A la figure 2, on voit un véhicule 1 1 dont les essieux avant 2 et arrière 3 comportent des roues (21 , 22, 23, 24) entraînées chacune par une machine électrique (43, 44, 45, 46) indépendante par l'intermédiaire de transmissions (33, 34, 35, 36) indépendantes. Ces moyens de traction permettent au véhicule d'atteindre sa vitesse maximale (Vmax). Dans la présente demande, on utilise l'expression « moyeu motorisé » pour désigner un tel ensemble mécanique comprenant le moyeu, le porte-moyeu, le guidage du moyeu par rapport au porte-moyeu, la motorisation électrique et les moyens de freinage du moyeu. Le moyeu motorisé est donc destiné d'une part à recevoir une roue et à porter d'autre part un véhicule, généralement par l'intermédiaire de moyens de suspension (non représentés ici). Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ce sont les moyeux motorisés des roues arrière qui comportent des mécanismes de roue libre. Ainsi, le rapport de transmission de l'essieu arrière peut être choisi de manière à favoriser les accélérations à basse vitesse. De préférence, les transmissions (33, 34) de l'essieu avant ne comprennent pas de mécanisme de roue libre, c'est à dire qu'elles sont couplées en permanence. Un avantage de cette configuration est que l'essieu avant est toujours disponible pour assurer un freinage récupératif efficace. Leurs machines électriques (43, 44) de l'essieu avant participent aux phases d'accélération surtout lorsque l'on souhaite favoriser le rendement énergétique et l'équilibre dynamique global du véhicule. Au contraire, lorsque la demande d'accélération est maximale et que toute la puissance électrique disponible peut être consommée par l'essieu arrière, on peut, pour favoriser l'essieu arrière dont le rapport de transmission peut être mieux adapté, choisir de limiter la part transmise à l'essieu avant, voire choisir de ne pas alimenter cet essieu.

[0022] L'homme du métier sait choisir un mécanisme de roue libre parmi les nombreux types connus et disponibles dans le commerce et concevoir l'implantation de ce mécanisme à différents niveaux de la chaîne de traction électrique.

[0023] La figure 3 illustre un mode de réalisation préféré de moyeux motorisés pour les roues arrière d'un véhicule selon le mode de réalisation de la figure 2. La figure 3 représente par exemple le moyeu motorisé 100 de la roue arrière droite 24.

[0024] Un moyeu 7, destiné à recevoir la roue 24, est monté tournant par rapport à un porte-moyeu 5 selon un axe de moyeu M. La transmission 36 comprend des moyens de réduction à deux étages de réduction. Un premier étage de réduction est constitué par l'engrenage du pignon moteur 65 et d'une roue dentée 68 liée à un arbre intermédiaire 67. Le pignon moteur 65 est entraîné par l'arbre du rotor de la machine électrique. Pour alléger le dessin, on a représenté uniquement le fourreau extérieur du stator de la machine électrique 46. Un deuxième étage de réduction est constitué par l'engrenage d'un pignon de réducteur 69 lié à l'arbre intermédiaire 67 avec une couronne de moyeu 70 liée au moyeu 7.

[0025] L'axe I de l'arbre intermédiaire 41 est de préférence, comme représenté ici, parallèle à l'axe de moyeu M et à l'axe de rotation R du rotor. De même, l'axe du rotor R est de préférence comme ici distant de l'axe de moyeu M. Le rapport de réduction global de la transmission est de préférence supérieur à 20.

[0026] L'ensemble des moyens de réduction et de guidage est logé dans un carter

8. le carter 8 peut en outre contenir une quantité adéquate d'un lubrifiant afin de lubrifier l'ensemble par barbotage. [0027] Le disque de frein est placé à l'extérieur du carter 8 du côté de la roue, la pince de frein étant pour sa part solidaire du carter.

[0028] Le porte-moyeu a ici la forme d'une fusée s'étendant à l'intérieur du moyeu et autour de laquelle tourne le moyeu, le moyeu étant guidé par des roulements de moyeu. Dans ce mode de réalisation préféré, ce guidage est assuré par un roulement principal à deux rangées de billes placé sensiblement en regard de la couronne dentée 70 et un roulement d'extrémité à une seule rangée de billes placé sensiblement en regard du disque de frein. Une entretoise sépare les deux roulements le long de la fusée 5. La partie intérieure des roulements de moyeu est donc fixe (solidaire de la fusée 5) et la partie extérieure tourne avec le moyeu 7. [0029] Le stator de la machine électrique est lié en rotation au porte-moyeu 5.

Cette liaison, nécessaire à la transmission du couple, peut être rigide et directe comme représentée ici mais elle peut également être indirecte afin d'autoriser un mouvement relatif de rotation à l'occasion des débattements de suspension. Ce mouvement relatif doit bien sûr être limité et a pour but de permettre une certaine indépendance entre le couple transmis et les rigidités dynamiques (verticale et horizontale) du dispositif de suspension du véhicule. Ici, le stator est donc solidaire du carter 8 alors que le carter est lui-même solidaire du porte-moyeu 5. [0030] Le moyeu motorisé 100 selon l'invention peut être fixé au véhicule, plus précisément à son système de suspension par l'intermédiaire de vis engagées dans des filetages 55 de la fusée 5. Le carter 8 est alors pincé entre la base de la fusée et les moyens de suspension et n'est plus porteur que de la machine électrique et des moyens de réduction.

[0031] Selon l'invention, ce moyeu motorisé comprend en outre un mécanisme de roue libre 66. Le mécanisme de roue libre 66 est placé ici au sein de la transmission. La transmission comprenant deux étages de réduction, le mécanisme de roue libre est ici placé entre l'arbre intermédiaire 67 et sa roue dentée 68. Un type de mécanisme de roue libre utilisable dans cette configuration est par exemple celui proposé sous l'appellation SF 46-21 par SIAM-RINGSPA N S.A.

[0032] Une variante de cette configuration consiste à placer le mécanisme de roue libre entre la machine électrique et les moyens de réduction ce qui présente l'avantage de pouvoir utiliser un mécanisme de roue libre de plus petite taille car le couple à transmettre est alors bien plus faible.

[0033] Une seconde variante consiste à placer le mécanisme de roue libre entre les moyens de réduction et le moyeu ce qui a l'avantage de permettre le découplage de l'ensemble de la chaîne de traction.

[0034] De préférence et quel que soit l'emplacement choisi pour le mécanisme de roue libre au sein de la chaîne de traction, le montage est tel que la bague extérieure du mécanisme de roue libre est solidaire d'une partie menée (c'est à dire côté roue) de la chaîne de traction et la bague intérieure est solidaire d'une partie menante (c'est à dire côté machine électrique) de la chaîne de traction. Grâce à cette caractéristique, on peut alors utiliser des mécanismes de roue libre dits « sans contact », c'est à dire dans lesquels les frottements sont supprimés par l'action de la force centrifuge lorsque le mécanisme fonctionne en mode roue libre au-delà d'une certaine vitesse.

[0035] Les moyens de tractions des roues avant peuvent être des moyeux motorisés similaires à ceux des roues arrière mais simplement dépourvus de mécanismes de roue libre et dont les rapports de transmission sont tels qu'ils confèrent au véhicule sa vitesse maximale (Vmax).

[0036] Une variante intéressante de la configuration décrite ci-dessus en référence aux figures 2 et 3 est une configuration dans laquelle les transmissions à rapport de transmission élevé et dotées de mécanismes de roue libre ne sont plus celles des deux roues arrière mais celles de deux roues disposées en diagonale par rapport au véhicule, c'est à dire par exemple celles de la roue avant gauche 21 et de la roue arrière droite 24. Les deux autres roues (avant droite 22 et arrière gauche 23) sont alors couplées en permanence et assurent seules la traction au-delà de la vitesse de découplage et jusqu'à la vitesse maximale du véhicule.

[0037] La figure 4 représente un véhicule 12 combinant un essieu avant à machine électrique commune selon la figure 1 et l'essieu arrière à machines électriques indépendantes selon la figure 2. De préférence, c'est l'essieu arrière qui comporte les mécanismes de roue libre et le rapport de transmission élevé alors que l'essieu avant est dépourvu de mécanisme de roue libre et ses rapports de transmission sont tels qu'ils confèrent au véhicule sa vitesse maximale (Vmax).

[0038] La figure 5 représente un véhicule à trois roues. La roue arrière 25 est donc ici unique et entraînée par une machine électrique 47 propre. Les roues avant sont entraînées chacune par l'intermédiaire de transmissions (33, 34) indépendantes par une machine électrique (43, 44) indépendantes selon le principe de la figure 2. Dans cette configuration, ce sont de préférence les moyens de traction de la roue arrière qui comportent un mécanisme de roue libre afin de découpler la machine électrique 47 au- delà d'une certaine vitesse du véhicule. Ainsi, le rapport de transmission de l'essieu arrière peut être choisi de manière à favoriser les accélérations à basse vitesse. Les moyens de tractions de la roue arrière 25 sont de préférence du type illustré à la figure 3. Comme décrit plus haut, les transmissions (33, 34) de l'essieu avant ne comprennent pas de mécanisme de roue libre, c'est à dire qu'elles sont couplées en permanence.

[0039] La figure 6 représente une variante du véhicule de la figure 4 dans laquelle un moteur thermique 51 est associé à l'essieu avant et constitue des moyens supplémentaires de traction. Dans cette configuration, la vitesse maximale (Vmax) au sens de l'invention demeure bien celle que permettent d'atteindre les seuls moyens de traction électriques, c'est à dire sans tenir compte des performances permises par le moteur thermique.

[0040] D'une manière générale, le choix du meilleur rapport de transmission pour chaque essieu afin d'exploiter au mieux la présente invention dépendra des caractéristiques du véhicule et de la technologie propre à la traction électrique de chaque roue. On comprend bien en particulier qu'en fonction du type de machine électrique, sa plage de régime de rotation utile peut être très différente. De manière connue en soi, on a par exemple proposé des machines électriques destinées à travailler en prise directe avec la roue (rapport de transmission = 1) et dont le régime de rotation maximal n'atteint pas 3000 tours/minute. On a aussi proposé des machines électriques beaucoup plus compactes et légères et capables de régimes de rotation allant jusqu'à par exemple 20 000 tours/minute, auquel cas la transmission inclut des moyens de réduction qui définissent un rapport de transmission élevé, couramment de l'ordre de 10 à 20. Quelles que soient les machines électriques considérées, l'invention permet de choisir le rapport de transmission propre à chaque roue de telle manière que la ou les roues qui sont entraînées via un mécanisme de roue libre soient les plus efficaces pour l'accélération du véhicule à basse vitesse et que les autres roues soient en mesure de conférer seules au véhicule sa vitesse maximale (Vmax). De préférence les différents moyens de traction du véhicule sont conçus de telle manière que les roues entraînées via un mécanisme de roue libre atteignent le point où le mécanisme de roue libre entre en action au plus tard lorsque le véhicule

, , , Vmax . , , , V max atteint une vitesse égale a , de préférence encore égale a .

1.6 2

[0041] Ainsi, par exemple un véhicule dont la Vmax (en mode électrique) est de 100 km/h peut être équipé sur son essieu arrière d'une chaîne de traction dont le rapport de transmission est tel que la (ou les) machine(s) électrique(s) atteint (atteignent) le régime de rotation maximal vers 40 km/h, l'essieu avant assurant seul la traction au-delà de cette vitesse alors que le mécanisme de roue libre entre en action et que l'essieu arrière est désactivé.

Claims

Revendications

1 - Véhicule automobile (1) comprenant des moyens de traction électrique agissant sur au moins deux roues (21, 22, 23, 24) de deux essieux différents (2, 3), les moyens de traction électrique comprenant un machine électrique (43, 44, 45, 46) et une transmission (33, 34, 35, 36) définissant un rapport de transmission fixe entre la vitesse de rotation de la machine électrique et la vitesse de rotation de la roue, une première transmission (35) pour au moins une des roues d'un premier essieu (3) définissant un premier rapport de transmission et une deuxième transmission (33) pour au moins une des roues d'un deuxième essieu (2) définissant un deuxième rapport de transmission, la première transmission comprenant un mécanisme de roue libre (66) aptes à autoriser la roue à tourner sans entraîner la machine électrique.

2 - Véhicule selon la revendication 1 dans lequel le mécanisme de roue libre est placé entre la transmission et le moyeu.

3 - Véhicule selon la revendication 1 dans lequel le mécanisme de roue libre est placé au sein de la transmission. 4 - Véhicule selon la revendication 1 dans lequel le mécanisme de roue libre est placé entre la machine électrique et la transmission.

5 - Véhicule selon l'une des revendications précédentes dans lequel chaque roue du premier essieu (3) est entraînée par l'intermédiaire d'un mécanisme de roue libre.

6 - Véhicule selon l'une des revendications précédentes dans lequel le premier essieu est situé à l'arrière du véhicule par rapport au deuxième essieu.

7 - Véhicule selon l'une des revendications précédentes dans lequel chaque roue du premier essieu est entraînée par une machine électrique indépendante. 8 - Véhicule selon la revendication 7 dans lequel chaque roue du deuxième essieu est également entraînée par une machine électrique indépendante.

9 - Véhicule selon l'une des revendications 7 ou 8 dans lequel chaque roue du premier essieu est équipée d'un moyeu motorisé (100), ledit moyeu motorisé comprenant un moyeu (7) destiné à recevoir une roue (24), le moyeu étant monté rotatif par rapport à un porte-moyeu (5) selon un axe de moyeu (M), le moyeu motorisé comprenant une machine électrique de traction (46), la machine électrique comprenant un stator externe lié au porte-moyeu et un rotor interne dont l'axe de rotation (R) est distant de l'axe de moyeu (M), le moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction agissant entre le rotor de la machine électrique et le moyeu, le moyeu motorisé comprenant un mécanisme de roue libre (66) aptes à autoriser la roue à tourner sans entraîner la machine électrique.

10 - Véhicule selon la revendication 7 dans lequel dans lequel les roues du deuxième essieu (2) sont entraînées par une machine électrique commune (41).

11 - Véhicule selon l'une des revendications précédentes dans lequel les différents moyens de traction sont conçus de telle manière que les roues entraînées via un mécanisme de roue libre atteignent le point où le mécanisme de roue libre entre en action au plus tard lorsque le véhicule atteint une vitesse égale à ^^max _{; e}t d_e préférence au plus tard

1.6

, , ■ , · · , , , Kmax

lorsque le véhicule atteint une vitesse égale a .