WO2021170523A1 - Module motorisé, sous-ensemble hybride d'entrainement d'un véhicule, et méthode d'engagement d'un crabot dans ledit sous-ensemble hybride - Google Patents

Module motorisé, sous-ensemble hybride d'entrainement d'un véhicule, et méthode d'engagement d'un crabot dans ledit sous-ensemble hybride Download PDF

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WO2021170523A1
WO2021170523A1 PCT/EP2021/054277 EP2021054277W WO2021170523A1 WO 2021170523 A1 WO2021170523 A1 WO 2021170523A1 EP 2021054277 W EP2021054277 W EP 2021054277W WO 2021170523 A1 WO2021170523 A1 WO 2021170523A1
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WO
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electric machine
shaft
reversible electric
intermediate shaft
toothed wheels
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PCT/EP2021/054277
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Loic Vassieux
Dominique Lheureux
Xavier COLLIN
Benoît COFFIN
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Valeo Embrayages
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    • F16H3/0915—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears including a single countershaft with coaxial input and output shafts
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/065—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with a plurality of driving or driven shafts
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • TITLE MOTORIZED MODULE, HYBRID VEHICLE DRIVE SUB-ASSEMBLY, AND METHOD OF ENGAGING A CRABOT IN THESE HYBRID SUB-ASSEMBLY
  • the invention relates to a hybrid drive sub-assembly intended to be positioned between an engine, for example a heat engine, and a set of one or more driving wheels of a vehicle. It relates in particular, although not exclusively, to such a sub-assembly intended to equip a heavy vehicle, that is to say a road vehicle weighing more than 3.5 tonnes, in particular a road tractor, or a carrier.
  • the invention also relates to a motorized module capable of being integrated within the hybrid drive sub-assembly.
  • Document AT520019B1 describes a powertrain assembly for a vehicle, comprising a primary shaft intended to be driven by an engine of the vehicle, a secondary shaft intended to drive a set of one or more driving wheels of the vehicle, and a transmission box comprising one or more primary toothed wheels integral in rotation with the primary shaft or adapted to be coupled to the primary shaft, a plurality of secondary toothed wheels integral in rotation with the secondary shaft or able to be coupled to the primary shaft 'secondary shaft, and an intermediate shaft to which are fixed in rotation the intermediate toothed wheels, the primary toothed wheel or wheels and the secondary toothed wheels each meshing with a corresponding toothed wheel among the intermediate toothed wheels.
  • the drive unit further comprises a reversible electric machine kinematically linked to the intermediate shaft and able to operate as a current generator to brake the intermediate shaft or as a drive motor for the intermediate shaft.
  • a reversible electric machine kinematically linked to the intermediate shaft and able to operate as a current generator to brake the intermediate shaft or as a drive motor for the intermediate shaft.
  • Such an electric machine makes it possible to envisage different operating modes, and in particular a transient operation of the electric machine to brake or accelerate the intermediate shaft and promote the synchronization of the gearbox in the transmission ratio change phases, a engine operation to assist the drive of the main engine of the vehicle out of gear change phases and generator operation electric, for the power supply of vehicle accessories or a battery, in particular in vehicle braking phases.
  • Document GB1435517A describes a transmission box comprising an output shaft and a countershaft, as well as a gear train between the countershaft and the output shaft, comprising a first toothed wheel integral with one of the two shafts and a second toothed wheel adapted to be secured to the other shaft by means of a dog clutch.
  • a reversible electric machine is permanently coupled to the countershaft and the coupling means are driven to synchronize the speed of the second toothed wheel and the dog clutch before they are engaged.
  • the intermediate shaft or the countershaft is always linked to the shaft of the electric machine.
  • the moment of inertia of this rotating subassembly is important.
  • the possibilities for controlling the intermediate shaft are limited, since it always depends on the speed of rotation.
  • the invention aims to remedy the drawbacks of the prior art and to provide better integration of an electrical machine with a transmission gearbox intermediate shaft.
  • a motorized module for driving and slowing down an intermediate shaft of a hybrid sub-assembly comprising several primary toothed wheels intended to be driven by a main engine of the vehicle , a secondary shaft intended to drive a set of one or more driving wheels of the vehicle, several secondary toothed wheels capable of being coupled to the secondary shaft, and intermediate toothed wheels secured in rotation to the intermediate shaft, the primary toothed wheels and the secondary toothed wheels each permanently meshing with a corresponding toothed wheel among the intermediate toothed wheels, the motorized module comprising at least one reversible electric machine, a kinematic connection interface in rotation to the intermediate shaft and a speed reducer arranged kinematically between the reversible electric machine and the connection interface, characterized in that the motorized module further comprises a coupling mechanism comprising a first coupling member kinematically linked to the reversible electric machine and a second coupling member kinematically linked to the link
  • the reversible electric machine may in particular be a synchronous machine with permanent magnets, an asynchronous machine, an electric machine with variable reluctance or a synchronous electric machine with variable reluctance, called synchronous-reluctant.
  • the coupling mechanism is arranged kinematically between the speed reducer and the connection interface, which avoids driving the speed reducer constantly.
  • the speed reducer it is conceivable to have the speed reducer kinematically between the coupling mechanism and the connection interface.
  • the motorized module further comprises a power take-off member, kinematically linked to the reversible electric machine, preferably by means of the speed reducer, and where appropriate by the intermediate coupling mechanism.
  • the module thus integrates a power take-off function. We can then consider a training of the power take-off by the reversible electric machine without recourse to the main engine of the vehicle, which makes it possible to achieve rotation speeds very clearly above 1000 rpm, for example above 1500 rpm, and if necessary up to 5000 rpm.
  • the speed reducer can advantageously comprise a reduction gear train or a belt reduction gear. In this way, the speed reducer makes it possible to adapt the rotational speed of the electric machine to the needs of the hybrid sub-assembly.
  • the reversible electric machine has an axis of revolution parallel to an axis of revolution of the link interface, preferably distant from the axis of revolution of the link interface.
  • the motorized module further comprises a housing housing the speed reducer and the coupling mechanism, the reversible electric machine being either housed in the housing or fixed to the housing.
  • the interface for connecting to the intermediate shaft can either be housed in the housing or protrude outside the housing.
  • the connecting interface may for example be a splined shaft section or a splined sleeve. It can also be a circular plate with fixing screw holes (the intermediate shaft comprising a bearing face provided with drilling-tapping), or a shaft provided with a key.
  • the coupling mechanism is selected from the following mechanisms: a dog clutch mechanism, a synchronizer mechanism, and a clutch mechanism, preferably a friction clutch mechanism.
  • the motorized module comprises at least one additional reversible electric machine for driving the intermediate shaft. and an additional speed reducer arranged kinematically between the additional reversible electric machine and the connection interface.
  • the additional speed reducer will preferably be housed in the housing described above.
  • the speed reducer and the additional speed reducer are arranged kinematically in parallel on the first coupling member of the coupling mechanism.
  • a hybrid sub-assembly for driving a vehicle comprising: several primary toothed wheels intended to be driven by a main engine of the vehicle, a shaft secondary intended to drive a set of one or more driving wheels of the vehicle, several secondary toothed wheels capable of being coupled to the secondary shaft, an intermediate shaft to which are fixed in rotation the intermediate toothed wheels, the primary toothed wheels and the toothed wheels secondary each permanently meshing with a corresponding toothed wheel among the intermediate toothed wheels, at least one reversible electric machine for driving and slowing down the intermediate shaft, and at least one motorized module incorporating all or part of the characteristics mentioned above, the connection interface of the motorized module being integral in rotation with the intermediate shaft.
  • a control unit of the reversible electric machine and of the coupling mechanism and sensors capable of measuring a signal representative of a speed of revolution of the intermediate shaft or of the member coupling kinematically linked to the intermediate shaft and a signal representative of a speed of revolution of the reversible electric machine or of the coupling member kinematically linked to the reversible electric machine.
  • the control unit can in particular be implemented to synchronize the coupling mechanism.
  • control unit is able, in a state of uncoupling from the coupling mechanism, to control the reversible electric machine so that a relative speed of rotation between the coupling member kinematically linked to the electric machine reversible and the coupling member kinematically linked to the intermediate shaft performs at a predetermined condition, and, when the predetermined condition is fulfilled, to control a coupling of the coupling mechanism.
  • the predetermined condition could for example be a zero relative speed of rotation or a non-zero but low relative sliding speed (therefore between two low limit values).
  • the hybrid sub-assembly may further include a power take-off member, capable of being driven at least by the reversible electric machine. It is then possible to envisage a drive of the power take-off by the reversible electric machine without recourse to the main engine of the vehicle, which makes it possible to achieve rotation speeds very clearly greater than 1000 rpm, for example greater than 1500 rpm. min, and if necessary up to 5000 rpm. Various types of connection can be envisaged.
  • the power take-off member is kinematically linked permanently to the intermediate shaft and is kinematically linked to the reversible electric machine via the coupling mechanism.
  • This first type of connection will be preferred when it is expected that the main engine of the vehicle will always be used for driving the power take-off, the reversible electric machine being used only for additional power. If it is nevertheless desired to disconnect the main motor, a clutch or coupling mechanisms located between the main motor and the primary cogwheels will be opened.
  • the power take-off member is kinematically linked to the intermediate shaft via the coupling mechanism.
  • the power take-off member can be kinematically linked to the reversible electric machine either permanently or via the coupling mechanism.
  • the coupling mechanism is such that the power take-off member is coupled to the reversible electric machine when the reversible electric machine is uncoupled from the intermediate shaft, and such that the member power take-off is not coupled to the reversible electric machine when the reversible electric machine is coupled to the intermediate shaft.
  • the coupling mechanism thus has several distinct positions allowing the drive or not of the power take-off member. This type of connection will be preferred when it is desired to prevent a drive of the power take-off member by the main engine of the vehicle, which may prove to be desirable in order to limit pollution, in particular if the main engine is a heat engine. and the power take-off is likely to be used in a confined space.
  • the coupling mechanism is such that the power take-off member is coupled to the reversible electric machine when the reversible electric machine is uncoupled from the intermediate shaft, and such that the PTO member is also coupled to the reversible electric machine when the reversible electric machine is coupled to the intermediate shaft.
  • This type of connection makes it possible to envisage a drive of the power take-off member by the main engine of the vehicle alone, by the reversible electric machine alone or by both together.
  • the additional electric machine can be integrated into the motorized module, or be a constituent part of an additional motorized module, if necessary of identical construction to the motorized module.
  • the additional reversible electric machine is able to be coupled to the intermediate shaft by the coupling mechanism.
  • the additional reversible electric machine is able to be coupled to the intermediate shaft by an additional coupling mechanism.
  • the reversible electric machine and the additional reversible electric machine are coaxial.
  • two coupling and uncoupling mechanisms can be provided, arranged at the opposite ends of the intermediate shaft, and each dedicated to one of the two reversible electric machines.
  • the reversible electric machine has an axis of revolution parallel to an axis of revolution of the intermediate shaft, one or more of the following characteristics being achieved: the axis of revolution of the reversible electric machine is distant from the axis of revolution of the intermediate shaft; the axis of revolution of the reversible electric machine is distant from an axis of revolution of the primary toothed wheels; the axis of revolution of the reversible electric machine is distant from an axis of revolution of the secondary shaft.
  • the hybrid sub-assembly comprises a transmission casing defining a housing cavity for the primary toothed wheels, the secondary toothed wheels and the intermediate toothed wheels, the reversible electric machine being disposed outside of the housing cavity.
  • the coupling mechanism is located outside the housing cavity.
  • the motorized module preferably comprises a casing as described above, which is preferably fixed to the transmission casing.
  • the hybrid sub-assembly comprises a set of one or more primary shafts capable of being driven by the main engine of the vehicle, each of the primary toothed wheels being integral with an associated primary shaft of the 'set of one or more primary shafts or adapted to be coupled to a primary shaft associated with the set of one or more primary shafts.
  • the primary toothed wheels and the secondary toothed wheels are coaxial; one or more dogs provide a coupling between the secondary toothed wheels to the secondary shaft; one or more synchronizers provide a coupling between each of the primary toothed wheels and an associated primary shaft capable of being driven by the main engine of the vehicle.
  • the hybrid sub-assembly may include a clutch controlled by a clutch actuator and capable of uncoupling the primary toothed wheels relative to the main engine of the vehicle, said clutch actuator being controlled by a control unit .
  • At least one dog clutch can be positioned kinematically between one of the secondary toothed wheels and the secondary shaft and capable of coupling the secondary shaft to the associated secondary toothed wheel, said clutch being engaged when the speeds of rotation of the secondary toothed wheel and secondary shaft are synchronized by driving or slowing down the intermediate shaft thanks to the activation of the reversible electric machine.
  • This adaptation of the speed of the intermediate shaft makes it possible to reduce clutch engagement times, without having to resort to a gearbox brake or double clutch.
  • a method of engaging a dog clutch capable of coupling a secondary shaft to a secondary toothed wheel associated within a hybrid sub-assembly taking all or part of the characteristics mentioned above, comprising the following steps:
  • this dog clutch engagement method it is possible to shorten the transient phases of gear change within the hybrid subassembly.
  • This adaptation of the speed of the intermediate shaft makes it possible to reduce clutch engagement times, without having to resort to a gearbox brake or double clutch.
  • FIG. 1 illustrates a hybrid subassembly for driving a vehicle according to a first embodiment.
  • FIG. 2 illustrates a hybrid subassembly for driving a vehicle according to a second embodiment.
  • FIG. 3 illustrates a hybrid sub-assembly for driving a vehicle according to a third embodiment.
  • FIG. 4 illustrates a hybrid sub-assembly for driving a vehicle according to a fourth embodiment.
  • FIG. 5 illustrates a hybrid subassembly for driving a vehicle according to a fifth embodiment.
  • FIG. 6 illustrates a hybrid subassembly for driving a vehicle according to a sixth embodiment.
  • FIG. 7 illustrates a motorized module capable of being integrated into the hybrid drive sub-assembly of a vehicle according to the first embodiment.
  • Figure 8 illustrates the behavior of the various components of the hybrid sub-assembly and of the vehicle during a transitional phase of change to a higher gear ratio.
  • Figure 9 illustrates the behavior of the various components of the hybrid sub-assembly and of the vehicle during a transient shift phase at a lower gear ratio.
  • FIG. 1 is illustrated a hybrid subassembly 10 for driving a vehicle, comprising a primary shaft 12 intended to be driven by a main motor 14 of the vehicle, for example a heat engine, a secondary shaft 16 intended to drive a set of one or more driving wheels of the vehicle (not shown), and a gearbox 18.
  • a primary shaft 12 intended to be driven by a main motor 14 of the vehicle, for example a heat engine
  • a secondary shaft 16 intended to drive a set of one or more driving wheels of the vehicle (not shown)
  • gearbox 18 for example a gearbox
  • connection of the main motor 14 to the primary shaft 12 may include a clutch 20 of any suitable type, for example a slip clutch.
  • the connection of the secondary shaft 16 to the wheels of the vehicle may include one or more drive axles.
  • the clutch 20 is controlled by a clutch actuator (not shown in Figures 1 to 6) integrated into the gearbox 18.
  • the transmission box 18, housed inside a cavity 22 of a transmission housing 24, comprises an intermediate shaft 26 which are secured in rotation to the intermediate toothed wheels 28, 30, 32, 34, 36
  • the meshes of the gear trains 38, 28 and 40, 30 between primary toothed wheels 38, 40 and the corresponding intermediate toothed wheels 28, 30 are permanent.
  • a three-position double synchronizer 41 makes it possible to couple one or the other of the primary toothed wheels 38, 40 to the primary shaft 12, and offers a neutral position in which none of the primary toothed wheels 38, 40 is coupled to the primary shaft 12.
  • Secondary toothed wheels 42, 44, 46, coaxial with the secondary shaft 16 also each form a gear train with a corresponding toothed wheel 32, 34, 36, respectively, among the intermediate toothed wheels, the one of the gear trains being reversing and comprising an intermediate wheel 48 for producing a reverse gear ratio.
  • the meshes of the gear trains formed by the secondary toothed wheels 42, 44, 46 and the corresponding intermediate toothed wheels 32, 34, 36 are permanent.
  • a three-position dog clutch without synchronizers 50, positioned between two of the secondary wheels 44, 46, makes it possible either to couple to the secondary shaft 16 one or the other of the two associated secondary wheels 44, 46, or, in an intermediate neutral position, to keep the associated secondary toothed wheels 44, 46 decoupled from the secondary shaft 16.
  • the axis of revolution 100 of the primary shaft 12 is aligned with the axis of revolution 200 with the secondary shaft 16, which allows the use of the primary end toothed wheel 40 alternatively as a primary wheel, associated with the primary shaft 12 by the synchronizer 41, or as a secondary wheel associated with the secondary shaft 16.
  • a dog clutch 52 with three positions without synchronizers, positioned between the primary wheel end 40 and the secondary wheel 42, makes it possible to couple to the secondary shaft 16 either the primary end wheel 40 or the secondary wheel 42, and also allows, in a intermediate neutral position, to keep the primary end wheel 40 and the secondary wheel 42 uncoupled from the secondary shaft 16.
  • a gearbox 18 is thus established with six forward gears and potentially two reverse gears, which can optionally be coupled at the output of the secondary shaft 16 to an epicyclic gear (not shown) in order to obtain a twelve-speed gearbox.
  • the hybrid drive sub-assembly 10 is equipped with a motorized module 5 comprising a first reversible electric machine 56 for driving and slowing down the intermediate shaft 26, the rotor of which rotates around it. 'an axis of revolution 300, and a coupling and uncoupling mechanism 58 of the first reversible electric machine 56 to the intermediate shaft 26, comprising a coupling member 60 kinematically linked to the first reversible electric machine 56 by a train reduction gears 62, and a coupling member 64 kinematically linked to the intermediate shaft 26, in this case integral in rotation with the intermediate shaft, by means of a connecting interface 164, which can by for example consist of a splined shaft section or a splined sleeve.
  • a connecting interface 164 which can by for example consist of a splined shaft section or a splined sleeve.
  • the reduction gear train 62 also makes it possible to kinematically link the first reversible electric machine to a power take-off 65, intended to allow coupling of one or more vehicle accessories, for example a winch, a pump or a tool.
  • the power take-off 65 may for example be a transmission shaft comprising an external connection interface, for example a spline.
  • the axis of revolution of the power take-off 65 and that of the link interface 164 are preferably aligned.
  • At least some of the elements of the motorized module 5 can be housed in a module housing 155, in particular the coupling and uncoupling mechanism 58, the reduction gear train 62, where appropriate the connection interface, the connection socket. force65 and the first reversible electric machine 56.
  • the latter can alternatively be, as illustrated in FIG. 1, arranged outside the module housing 155, if necessary fixed to the module housing 155.
  • FIG. 7 illustrates an exemplary embodiment of the motorized module 5 produced in the form of a unit module capable of being integrated within the hybrid drive sub-assembly 10.
  • the motorized module 5 further comprises a housing 155 for housing of the speed reducer 62 and of the coupling and uncoupling mechanism 58.
  • the reversible electric machine 56 is fixed to the housing 155.
  • the reversible electric machine 56 has an axis of revolution parallel to the axis of revolution of the machine.
  • 'Link interface 164 and remote from the axis of revolution of the link interface 164.
  • the link interface 164 is a cylindrical shaft provided with a key.
  • the hybrid drive sub-assembly 10 can further be equipped, optionally, with a second motorized module 6 comprising a second reversible electric machine 66 for driving and slowing down the motor.
  • a second motorized module 6 comprising a second reversible electric machine 66 for driving and slowing down the motor.
  • intermediate shaft 26 the rotor of which rotates about an axis of revolution 400, and a coupling and uncoupling mechanism 68 of the second reversible electric machine 66 to the intermediate shaft 26, comprising a coupling member 70 linked kinematically to the second reversible electric machine 66 by a reduction gear train 72, and a coupling member 74 kinematically linked to the intermediate shaft 26, in this case at least rotatably secured to the intermediate shaft 26, by through a second link interface 174.
  • the second reversible electric machine 66 is used here to increase the electric power available for driving or slowing down the inter shaft. medial 26, which makes it possible to use, if necessary, two electric machines 56 66 of small dimensions having a smaller radial size than a single electric machine of equivalent power.
  • medial 26 which makes it possible to use, if necessary, two electric machines 56 66 of small dimensions having a smaller radial size than a single electric machine of equivalent power.
  • at least some of the elements of the motorized module 5 can be housed in a module housing 165, in particular the coupling and uncoupling mechanism 68, the reduction gear train 72, where appropriate the link interface. 174, and the first reversible electric machine 56, the latter being able to alternatively be positioned outside the module housing 165, preferably attached to the latter.
  • the motorized modules 5, 6 are preferably arranged outside the main cavity 22 of the gearbox housing 24, which makes it possible to offer this sub-assembly as optional equipment on a conventional gearbox.
  • the axes of revolution 300, 400 of the two electric machines 56, 66 can optionally be aligned, and are preferably parallel to the axes of revolution 100,200 of the primary shaft 12 and of the secondary shaft 16, parallel.
  • the axis of revolution 300 of the electric machine 56 is spaced from the axis of revolution 500 of the intermediate shaft. The same applies to the axis of revolution 400 of the electric machine 56 if this machine is present.
  • a control unit 76 controls the first reversible electric machine 56 and its coupling and uncoupling mechanism 58, as well as, where appropriate, the second reversible electric machine 66 and its coupling and uncoupling mechanism 68.
  • sensors 78,80, 82 for measuring the speed of revolution of the intermediate shaft 26 and for measuring a speed of revolution characteristic of each of the reversible electric machines 56, 66, which may be a speed of the output shaft of each reversible machine 56, 66 or a speed of revolution of an element of the associated reduction train 62, 72.
  • This control unit 76 can be integrated into a robotic control of the gearbox 18 which controls the opening and closing of the synchronizers 41, of the dog clutch mechanisms 50, 52, and where appropriate of the main clutch 20, to respond to a torque or speed setpoint.
  • the first electric machine 56 and the second optional electric machine 66 allow several modes of operation to be considered.
  • a first use is aimed at the transient phases of change of gear ratio of the gearbox 18.
  • one or the other of the two electric machines 56, 66, or both allow to adapt the speed of revolution of the intermediate shaft to the synchronization needs when switching the dog clutch mechanisms 50, 52 or synchronizers 41, the one or more electric machines which can be used alternately as an electric motor to increase the speed of revolution of the intermediate shaft 26 or as an electrodynamic brake to reduce this speed.
  • This adaptation of the speed of the intermediate shaft 26 makes it possible to reduce the clutch or synchronization times, without having to resort to a gearbox brake.
  • the dog clutch mechanisms 50, 52 are arranged between the secondary toothed wheels 42, 44 and the secondary shaft 16.
  • the clutch 20 of the gearbox 18 is controlled by a robotic clutch actuator in order to speed up gear changes.
  • the clutch actuator is controlled by the control unit 76.
  • FIG. 8 illustrates the behavior of the various components of the hybrid subassembly and of the vehicle during this transient phase of change at a higher speed ratio.
  • curve 83 illustrates the speed of rotation of heat engine 14
  • curve 84 illustrates the open or closed state of clutch 20
  • curve 85 illustrates the neutral or engaged position of gearbox 18
  • curve 86 illustrates the state of activation of the reversible electric machine 56.
  • a first phase 87 illustrates a running phase of the vehicle between the instant t0 and tl in which the opening of the clutch 20 is initiated, the full opening being completed at time t3.
  • the gearbox 18 goes from the engaged position to the neutral position by disengaging the dog clutch 50.
  • the relative speed of rotation between the secondary shaft 16 and the gear is measured. associated secondary toothed wheel 42 by using the various speed sensors present in the transmission box.
  • a second phase 88 illustrates a running phase of the vehicle between t3 and t4 in which the reversible electric machine 56 is activated to slow down the intermediate shaft 26 of the hybrid subassembly.
  • phase 88 the speed of rotation of the intermediate shaft 26 is slowed down so as to synchronize the speeds of rotation of the secondary toothed wheel 42 and of the secondary shaft 16.
  • the dog clutch 52 is engaged for couple the secondary shaft 16 to the wheel associated secondary toothed 42 when their rotational speeds are synchronized.
  • the closing of the clutch 20 is initiated.
  • a third phase 89 illustrates a phase of running of the vehicle between t5 and t6 in which the clutch 20 closes until the completion of the change at one point. higher gear ratio.
  • FIG. 9 illustrates the behavior of the various components of the hybrid subassembly and of the vehicle during this transitional phase.
  • the curve 93 illustrates the speed of rotation of the heat engine 14
  • the curve 94 illustrates the open or closed state of the clutch 20
  • the curve 95 illustrates the neutral or engaged position of the gearbox 18
  • the curve 96 illustrates the state of activation of the reversible electric machine 56.
  • a first phase 97 illustrates a running phase of the vehicle between the instant t0 and tl in which the opening of the clutch 20 is initiated, the complete opening being completed at the 'instant t2.
  • the gearbox 18 goes from the engaged position to the neutral position by disengaging the dog clutch 52.
  • the relative speed of rotation between the secondary shaft 16 and the wheel is measured. associated secondary toothed 44 by using the various speed sensors present in the gearbox.
  • a second phase 98 illustrates a running phase of the vehicle between t3 and t4 in which the reversible electric machine 56 is activated to drive and accelerate the intermediate shaft 26 of the hybrid sub-assembly so as to synchronize the rotational speeds of the wheel. secondary toothed 44 and of the secondary shaft 16.
  • the dog clutch 50 is engaged to couple the secondary shaft 16 to the associated secondary toothed wheel 44 when the rotational speeds of the secondary toothed wheel and the secondary shaft are synchronized.
  • the closing of the clutch 20 is initiated.
  • a third phase 99 illustrates a running phase of the vehicle comprised between t5 and t6 in which the clutch 20 closes until the completion of the change to. a lower gear ratio.
  • the intermediate shaft 26 is driven and accelerated until the rotational speed of the secondary gear 44 synchronizes with the rotational speed of the secondary shaft 16.
  • the electric machine (s) 56, 66 can be used as a current generator, to recharge a vehicle battery, or to modulate the slowing down of the kinematic chain transmission when the main heat engine 14 of the vehicle enters an engine braking speed. Still when a gear is engaged, the electric machine (s) 56, 66, powered by a vehicle battery, can be used as a motor to provide additional power for the traction of the vehicle.
  • a use of electric machines 56, 66 for purely electric traction of the vehicle can also be considered by opening the clutch 20 or synchronizers 41 to decouple the main motor 14 or the primary shaft 12, while retaining the one of the clutch mechanisms 50, 52 engaged.
  • the coupling and uncoupling mechanisms 58, 68 are used to interrupt the connection between the intermediate shaft 26 and the electric machines 56, 66 when the latter are not useful, so as to limit the drag torque of the electric machines 56, 66 and reduce fuel consumption. They also make it possible to envisage several modes of operation of the power take-off 65, in particular when the vehicle is stationary.
  • the intermediate shaft 26 is isolated from the sub-assembly formed by the first electrical machine reversible 56, its reduction gear train 62 and the power take-off 65, which makes it possible to drive the power take-off 65 using the reversible electric machine 56 used as a motor, independently of the gearbox 18 and of the main motor 14 of the vehicle
  • the reversible electric machine 56 can be powered from an energy source supplied by the vehicle's batteries or, in the event that the vehicle is stationary, an external electrical energy source to which the vehicle is connected.
  • This operating mode will find an application in particular when the main engine 14 is stationary, for example because it is desired to drive the power take-off 65 in an environment where it is desired to avoid polluting emissions from the main engine of the vehicle. . 11 may also find application while the main engine 14 is running, but it is desired to drive the power take-off at a speed independent of the speed of the intermediate shaft 26, whether the vehicle is stationary or in motion. It is also conceivable that the sensor 80 allows not only a speed measurement, but also a measurement of an angle of rotation, relative or absolute, so that it is possible to envisage driving the following power take-off 65. an angular displacement or angular position instruction.
  • the main motor 14 of the vehicle can be used, if necessary in conjunction with the first electric machine 56, to drive the power take-off
  • the second electric machine 66 can also be used if additional power is required.
  • Figure 2 is illustrated a second embodiment of the invention, which differs from the previous one by the location of the reversible electric machines 56,
  • the two reversible electric machines 56, 66 can have the same characteristics and be controlled in parallel or in master-slave mode, or they can have complementary characteristics, to cover a larger range of speed and torque operation. Compared to the embodiment of FIG. 1, this variant offers the advantage of implementing only a coupling and uncoupling mechanism 58. It also makes it possible to envisage positioning the reversible electric machines at the same.
  • the transmission box so as to form a single motorized module 5 with two reversible electric machines 56, 66 and a common coupling and uncoupling mechanism 58.
  • the elements of the module Motorized 5 can be housed in a module housing 165, in particular the coupling and uncoupling mechanism 58, the reduction gear trains 62, 72, and where appropriate the connection interface 164 and the power take-off 65.
  • the coupling and uncoupling mechanism 58 is in a position such that the power take-off member 65 is coupled to the reversible electric machine 56 when the reversible electric machine is uncoupled from the intermediate shaft 26, and such that the power take-off member 65 is also coupled to the reversible electric machine 56 when the reversible electric machine is coupled to the intermediate shaft 26.
  • the power take-off 65 is positioned at one end of the intermediate shaft 26 opposite the subassembly consisting of the reversible electric machines 56, 66, their reduction gears 62, 72 and the coupling and uncoupling mechanism 58.
  • a purely electric drive of the power take-off 65 remains possible, via the intermediate shaft 26 and without driving either the primary shaft 12 or the shaft.
  • secondary 16 on condition that the dog clutch mechanisms 50, 52 and synchronizers 41 are opened.
  • This embodiment allows another relative positioning of the components, and can facilitate access to the power take-off 65.
  • the coupling mechanism 58 and the reduction trains 62 have also been illustrated, 72 inside the casing 24 of the gearbox 18, an option which can be envisaged in all the embodiments.
  • control unit 76 to be able, in a state of uncoupling from the coupling or uncoupling mechanism (s) 58, 68, to control each reversible electric machine 56, 66 so that the relative rotational speed between the coupling member 60, 70 kinematically linked to the reversible electric machine 56, 66 and the coupling member 64, 74 kinematically linked to the intermediate shaft 26 achieves at a predetermined condition, and, when the predetermined condition is fulfilled, in ordering a coupling of the coupling and uncoupling mechanism 58, 68.
  • the condition may for example be a condition for passing the differential speed below a given threshold (which in practice will be very low).
  • FIG 5 there is thus illustrated an embodiment with a single reversible electric machine 56, of which the coupling and uncoupling mechanism 58 to the intermediate shaft 26 is produced by a three-position dog clutch. without synchronizers, which makes it possible to couple the reversible electric machine 58 either to the intermediate shaft 26 with the interposition of a speed reducer 62, or to the power take-off 65, if necessary with the interposition of a speed reducer 162 , and which has a neutral intermediate position in which no connection exists neither between the intermediate shaft 26 and the reversible electric machine 56, nor between the reversible electric machine 56 and the power take-off 65, nor between the shaft intermediate 26 and the power take-off 65.
  • the power take-off member 65 can only be driven by the reversible electric machine 56, and only when the latter is not linked to the intermediate shaft 26.
  • Such an arrangement will be preferred if it is desired to prevent the power take-off 65 from being driven by. the main engine 14 of the vehicle.
  • the reversible electric machine 56 is located outside the main cavity 22 of the transmission casing 24.
  • the coupling and uncoupling mechanism 58 is in a position such that the power take-off member 65 is coupled to the reversible electric machine 56 when the reversible electric machine is uncoupled of the intermediate shaft 26, and alternately in a position such that the power take-off member 65 is not coupled to the reversible electric machine 56 when the reversible electric machine 56 is coupled to the intermediate shaft 26.
  • Figure 6 is illustrated an embodiment derived from that of Figure 1, applied to a transmission box with two primary shafts 12, 112, which can be alternately coupled to the main engine 14 of the vehicle by a double clutch 120.
  • the primary toothed wheels 38, 40 are each permanently coupled to one of the two primary shafts 12, 112.
  • the second reversible electric machine is optional in all the embodiments.
  • the reduction gear train can be replaced by any other reduction mechanism, in particular an epicyclic train, or a belt or chain reduction mechanism.
  • the input and output members of the reduction mechanism can be coaxial, parallel or in another orientation.
  • the axis of revolution of the rotor of the first electrical machine may be coaxial with the axis of revolution of the intermediate shaft, or parallel and at a distance from the axis of revolution of the intermediate shaft or in another orientation.
  • the Reversible electric machines 56, 66 are preferably positioned outside the casing 24 of the gearbox, but the reduction gears 62, 72 can be arranged inside or outside the main cavity 22 of the casing 24.

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Abstract

Un sous-ensemble hybride (10) d'entraînement d'un véhicule, comporte des roues dentées primaires (38, 40) des roues dentées secondaires (42, 44, 46) aptes être accouplées à un arbre secondaire (16), un arbre intermédiaire (26) auquel sont solidarisées en rotation des roues dentées intermédiaires (28, 30, 32, 34, 36), la ou les roues dentées primaires (38, 40) et les roues dentées secondaires (42, 44, 46) engrenant chacune de façon permanente avec une roue dentée correspondante parmi les roues dentées intermédiaires (28, 30, 32, 34, 36). Ce sous-ensemble hybride (10) est équipé d'un module motorisé comportant au moins une machine électrique réversible (56, 66), une interface de liaison à l'arbre intermédiaire (26), un réducteur de vitesse (62, 72) et un mécanisme d'accouplement (58, 68) apte à accoupler la machine électrique réversible (56, 66) avec l'arbre intermédiaire (26) et à désaccoupler la machine électrique réversible (56, 66) de l'arbre intermédiaire (26).

Description

DESCRIPTION
TITRE: MODULE MOTORISÉ, SOUS-ENSEMBLE HYBRIDE D'ENTRAINEMENT D'UN VÉHICULE, ET MÉTHODE D'ENGAGEMENT D'UN CRABOT DANS LEDIT SOUS-ENSEMBLE HYBRIDE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L’invention se rapporte à un sous-ensemble hybride d’entraînement destiné à être positionné entre un moteur, par exemple un moteur thermique, et un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices d’un véhicule. Elle se rapporte en particulier, bien que de façon non exclusive, à un tel sous-ensemble destiné à équiper un poids lourd, c’est-à-dire un véhicule routier de plus de 3,5 tonnes, notamment un tracteur routier, ou un porteur. L’invention se rapporte également à un module motorisé apte à être intégré au sein du sous-ensemble hybride d’entrainement.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0002] Dans le document AT520019B1 est décrit un ensemble motopropulseur d’un véhicule, comportant un arbre primaire destiné à être entraîné par un moteur du véhicule, un arbre secondaire destiné à entraîner un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices du véhicule, et une boîte de transmission comportant une ou plusieurs roues dentées primaires solidaires en rotation de l’arbre primaire ou aptes à être accouplées à l’arbre primaire, une pluralité de roues dentées secondaires solidaires en rotation de l’arbre secondaire ou aptes être accouplées à l’arbre secondaire, et un arbre intermédiaire auquel sont solidarisées en rotation des roues dentées intermédiaires, la ou les roues dentées primaires et les roues dentées secondaires engrenant chacune avec une roue dentée correspondante parmi les roues dentées intermédiaires. L’ensemble motopropulseur comporte en outre une machine électrique réversible liée cinématiquement à l’arbre intermédiaire et apte à fonctionner en générateur de courant pour freiner l’arbre intermédiaire ou en moteur d’entraînement de l’arbre intermédiaire. Une telle machine électrique permet d’envisager différents modes de fonctionnement, et notamment un fonctionnement transitoire de la machine électrique pour freiner ou accélérer l’arbre intermédiaire et favoriser la synchronisation de la boîte de transmission dans les phases de changement de rapport de transmission, un fonctionnement moteur pour assister l’entraînement du moteur principal du véhicule hors des phases de changement de rapport et un fonctionnement de générateur électrique, pour l’alimentation électrique d’accessoires du véhicule ou d’une batterie, notamment dans des phases de freinage du véhicule.
[0003] Dans le document GB1435517A est décrit une boîte de transmission comportant un arbre de sortie et un arbre de renvoi, ainsi qu’un train d’engrenage entre l’arbre de renvoi et l’arbre de sortie, comportant une première roue dentée solidaire de l’un des deux arbres et une deuxième roue dentée apte à être solidarisée à l’autre arbre par l’intermédiaire d’un crabot. Une machine électrique réversible est accouplée à l’arbre de renvoi de façon permanente et les moyens d’accouplement sont pilotés pour synchroniser la vitesse de la deuxième roue dentée et du crabot avant leur engagement.
[0004] Dans ces dispositifs, l’arbre intermédiaire ou l’arbre de renvoi est toujours lié à l’arbre de la machine électrique. Le moment d’inertie de ce sous-ensemble tournant est important. De plus, les possibilités d’asservissement de l’arbre intermédiaire sont limitées, car toujours fonction de la vitesse de rotation.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0005] L’invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique et à proposer une meilleure intégration d’une machine électrique à un arbre intermédiaire de boîte de transmission.
[0006] Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l’invention, un module motorisé pour entraîner et ralentir un arbre intermédiaire d’un sous-ensemble hybride comportant plusieurs roues dentées primaires destinées à être entraînées par un moteur principal du véhicule, un arbre secondaire destiné à entraîner un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices du véhicule, plusieurs roues dentées secondaires aptes être accouplées à l’arbre secondaire, et des roues dentées intermédiaires solidarisées en rotation à l’arbre intermédiaire, les roues dentées primaires et les roues dentées secondaires engrenant chacune de façon permanente avec une roue dentée correspondante parmi les roues dentées intermédiaires, le module motorisé comportant au moins une machine électrique réversible, une interface de liaison cinématique en rotation à l’arbre intermédiaire et un réducteur de vitesse disposé cinématiquement entre la machine électrique réversible et l’interface de liaison, caractérisé en ce que le module motorisé comporte en outre un mécanisme d’accouplement comportant un premier organe d’accouplement lié cinématiquement à la machine électrique réversible et un deuxième organe d’accouplement lié cinématiquement à l’interface de liaison, le mécanisme d’accouplement étant apte à passer d’un état d’accouplement pour accoupler la machine électrique réversible avec l’interface de liaison à un état de désaccouplement pour désaccoupler la machine électrique réversible de l’interface de liaison.
[0007] L’interposition d’un mécanisme d’accouplement et de désaccouplement entre la première machine électrique réversible et l’arbre intermédiaire permet d’envisager des modes de fonctionnement tels que décrits dans l’état de la technique lorsque le mécanisme d’accouplement est engagé, et des modes de fonctionnement supplémentaires dans lesquels la machine électrique peut être désaccouplée, soit parce qu’elle n’est pas nécessaire au fonctionnement de la boîte de transmission, soit parce qu’elle est utilisée à d’autres fins, par exemple pour l’entraînement d’un autre organe tournant. Par ailleurs, le découplage de la machine électrique permet de soulager les paliers de guidage du rotor de la machine électrique, ce qui augmente leur durée de vie.
[0008] La machine électrique réversible pourra notamment être une machine synchrone à aimants permanents, une machine asynchrone, une machine électrique à réluctance variable ou une machine électrique synchrone à réluctance variable, dite synchro-réluctante.
[0009] De préférence, le mécanisme d’accouplement est disposé cinématiquement entre le réducteur de vitesse et l’interface de liaison, ce qui évite d’entraîner le réducteur de vitesse en permanence. Alternativement, il est toutefois envisageable de disposer le réducteur de vitesse cinématiquement entre le mécanisme d’accouplement et l’interface de liaison.
[0010] Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, le module motorisé comporte en outre un organe de prise de force, lié cinématiquement à la machine électrique réversible, de préférence par l’intermédiaire du réducteur de vitesse, et le cas échéant par l’intermédiaire du mécanisme d’accouplement. Le module intègre ainsi une fonction de prise de force. On peut alors envisager un entraînement de la prise de force par la machine électrique réversible sans recours au moteur principal du véhicule, ce qui permet d’atteindre des vitesses de rotation très nettement supérieures à 1000 tr/min, par exemple supérieures à 1500 tr/min, et le cas échéant jusqu’à 5000 tr/min.
[0011] Le réducteur de vitesse peut avantageusement comprendre un train d’engrenages réducteur ou un réducteur à courroie. De cette manière, le réducteur de vitesse permet d’adapter la vitesse de rotation de la machine électrique au besoin du sous-ensemble hybride.
[0012] Suivant un mode de réalisation, la machine électrique réversible a un axe de révolution parallèle à un axe de révolution de l’interface de liaison, de préférence distant de l’axe de révolution de l’interface de liaison.
[0013] De façon préférentielle, le module motorisé comporte en outre un carter de logement du réducteur de vitesses et du mécanisme d’accouplement, la machine électrique réversible étant soit logée dans le carter, soit fixée au carter. L’interface de liaison à l’arbre intermédiaire peut être soit logée dans le carter, soit faire saillie à l’extérieur du carter.
[0014] L’interface de liaison peut être par exemple un tronçon d’arbre cannelé ou un manchon cannelé. Il peut également s’agir d’une platine circulaire avec des trous de passage de vis de fixation (l'arbre intermédiaire comprenant une face d'appui munie de perçage-taraudage), ou d’un arbre muni d'une clavette.
[0015] De préférence, le mécanisme d’accouplement est choisi parmi les mécanismes suivants : un mécanisme à crabot, un mécanisme à synchroniseur, et un mécanisme d’embrayage, de préférence un mécanisme d’embrayage à friction.
[0016] On pourra notamment envisager un mécanisme à crabot sans synchronisation dans les cas où il est prévu que la machine électrique elle-même soit utilisée pour synchroniser le mécanisme d’accouplement.
[0017] Suivant un mode de réalisation, le module motorisé comporte au moins une machine électrique réversible supplémentaire d’entraînement de l’arbre intermédiaire et un réducteur de vitesse supplémentaire disposé cinématiquement entre la machine électrique réversible supplémentaire et l’interface de liaison. Le réducteur de vitesse supplémentaire sera de préférence logé dans le carter décrit plus haut. De préférence, le réducteur de vitesse et le réducteur de vitesse supplémentaire sont disposés cinématiquement en parallèle sur le premier organe d’accouplement du mécanisme d’accouplement.
[0018] Suivant un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule, comportant : plusieurs roues dentées primaires destinées à être entraînées par un moteur principal du véhicule, un arbre secondaire destiné à entraîner un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices du véhicule, plusieurs roues dentées secondaires aptes être accouplées à l’arbre secondaire, un arbre intermédiaire auquel sont solidarisées en rotation des roues dentées intermédiaires, les roues dentées primaires et les roues dentées secondaires engrenant chacune de façon permanente avec une roue dentée correspondante parmi les roues dentées intermédiaires, au moins une machine électrique réversible d’entraînement et de ralentissement de l’arbre intermédiaire, et au moins un module motorisé reprenant tout ou partie des caractéristiques mentionnées précédemment, l’interface de liaison du module motorisé étant solidaire en rotation de l’arbre intermédiaire.
[0019] Suivant un mode de réalisation, une unité de commande de la machine électrique réversible et du mécanisme d’accouplement, et des capteurs aptes à mesurer un signal représentatif d’une vitesse de révolution de l’arbre intermédiaire ou de l’organe d’accouplement lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire et un signal représentatif d’une vitesse de révolution de la machine électrique réversible ou de l’organe d’accouplement lié cinématiquement à la machine électrique réversible. L’unité de commande peut notamment être mise en œuvre pour synchroniser le mécanisme d’accouplement. De préférence, l’unité de commande est apte, dans un état de désaccouplement du mécanisme d’accouplement, à commander la machine électrique réversible de façon qu’une vitesse de rotation relative entre l’organe d’accouplement lié cinématiquement à la machine électrique réversible et l’organe d’accouplement lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire réalise à une condition prédéterminée, et, lorsque la condition prédéterminée est réalisée, à commander un accouplement du mécanisme d’accouplement. La condition prédéterminée pourra par exemple être une vitesse de rotation relative nulle ou une vitesse relative de glissement non nulle mais faible (donc entre deux valeurs limites faibles).
[0020] Suivant un mode de réalisation, le sous-ensemble hybride peut comporter en outre un organe de prise de force, apte à être entraîné au moins par la machine électrique réversible. On peut alors envisager un entraînement de la prise de force par la machine électrique réversible sans recours au moteur principal du véhicule, ce qui permet d’atteindre des vitesses de rotation très nettement supérieures à 1000 tr/min, par exemple supérieures à 1500 tr/min, et le cas échéant jusqu’à 5000 tr/min. Divers types de liaison peuvent être envisagés.
[0021] Suivant une première variante, l’organe de prise de force est lié cinématiquement de façon permanente à l’arbre intermédiaire et est lié cinématiquement à la machine électrique réversible par l’intermédiaire du mécanisme d’accouplement. Ce premier type de liaison sera préféré lorsque l’on prévoit que le moteur principal de véhicule sera toujours utilisé pour l’entraînement de l’organe de prise de force, la machine électrique réversible n’étant utilisée que pour un appoint de puissance. Si l’on souhaite malgré tout désaccoupler le moteur principal, on ouvrira un embrayage ou des mécanismes d’accouplement situé entre le moteur principal et les roues dentées primaires.
[0022] Suivant une deuxième variante alternative, l’organe de prise de force est lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire par l’intermédiaire du mécanisme d’accouplement. [0023] L’organe de prise de force peut être lié cinématiquement à la machine électrique réversible soit de façon permanente, soit par l’intermédiaire du mécanisme d’accouplement.
[0024] Suivant un mode de réalisation, le mécanisme d’accouplement est tel que l’organe de prise de force est accouplé à la machine électrique réversible lorsque la machine électrique réversible est désaccouplée de l’arbre intermédiaire, et tel que l’organe de prise de force n’est pas accouplé à la machine électrique réversible lorsque la machine électrique réversible est accouplée à l’arbre intermédiaire. Le mécanisme d’accouplement présente ainsi plusieurs positions distinctes permettant l’entrainement ou non de l’organe prise de force. Ce type de liaison sera préféré lorsque l’on souhaite interdire un entraînement de l’organe de prise de force par le moteur principal du véhicule, ce qui peut s’avérer souhaitable pour limiter la pollution, notamment si le moteur principal est un moteur thermique et la prise de force est susceptible d’être utilisée dans un lieu confiné.
[0025] Suivant un mode de réalisation alternatif, le mécanisme d’accouplement est tel que l’organe de prise de force est accouplé à la machine électrique réversible lorsque la machine électrique réversible est désaccouplée de l’arbre intermédiaire, et tel que l’organe de prise de force est également accouplé à la machine électrique réversible lorsque la machine électrique réversible est accouplée à l’arbre intermédiaire. Ce type de liaison permet d’envisager un entraînement de l’organe de prise de force par le moteur principal du véhicule seul, par la machine électrique réversible seule ou par les deux conjointement.
[0026] Le cas échéant, on peut prévoir au moins une machine électrique réversible supplémentaire d’entraînement de l’arbre intermédiaire. La machine électrique supplémentaire pourra être intégrée au module motorisé, ou être une partie constitutive d’un module motorisé supplémentaire, le cas échéant de constitution identique au module motorisé. Suivant un mode réalisation, la machine électrique réversible supplémentaire est apte à être accouplée à l’arbre intermédiaire par le mécanisme d’accouplement. Alternativement, la machine électrique réversible supplémentaire est apte à être accouplée à l’arbre intermédiaire par un mécanisme d’accouplement supplémentaire. [0027] Suivant un mode de réalisation, la machine électrique réversible et la machine électrique réversible supplémentaire sont coaxiales. On pourra notamment prévoir deux mécanismes d’accouplement et de désaccouplement, disposés aux extrémités opposées de l’arbre intermédiaire, et chacun dédié à l’une des deux machines électriques réversibles.
[0028] Suivant un mode de réalisation, la machine électrique réversible a un axe de révolution parallèle à un axe de révolution de l’arbre intermédiaire, une ou plusieurs des caractéristiques suivantes étant réalisées : l’axe de révolution de la machine électrique réversible est distant de l’axe de révolution de l’arbre intermédiaire ; l’axe de révolution de la machine électrique réversible est distant d’un axe de révolution des roues dentées primaires ; l’axe de révolution de la machine électrique réversible est distant d’un axe de révolution de l’arbre secondaire.
[0029] Suivant un mode de réalisation, le sous-ensemble hybride comporte un carter de transmission délimitant une cavité de logement des roues dentées primaires, des roues dentées secondaires et des roues dentées intermédiaires, la machine électrique réversible étant disposée à l’extérieur de la cavité de logement. De préférence, le mécanisme d’accouplement est situé à l’extérieur de la cavité de logement. Dans cette hypothèse, le module motorisé comporte de préférence un carter comme décrit plus haut, qui est de préférence fixe au carter de transmission.
[0030] Suivant un mode de réalisation, le sous-ensemble hybride comporte un ensemble d’un ou plusieurs arbres primaires aptes à être entraînés par le moteur principal du véhicule, chacune des roues dentées primaires étant solidaire d’un arbre primaire associé de l’ensemble d’un ou plusieurs arbres primaires ou apte à être accouplé à un arbre primaire associé de l’ensemble d’un ou plusieurs arbres primaires. De préférence, une ou plusieurs des caractéristiques suivantes sont réalisées : les roues dentées primaires et les roues dentées secondaires sont coaxiales ; un ou plusieurs crabots assurent un accouplement entre les roues dentées secondaires à l’arbre secondaire ; un ou plusieurs synchroniseurs assurent un accouplement entre chacune des roues dentées primaires et un arbre primaire associé apte à être entraîné par le moteur principal du véhicule.
[0031] De préférence, le sous-ensemble hybride peut comporter un embrayage commandé par un actionneur d’embrayage et apte à désaccoupler les roues dentées primaires par rapport au moteur principal du véhicule, ledit actionneur d’embrayage étant piloté par une unité de commande.
[0032] Avantageusement, au moins un crabot peut être positionné cinématiquement entre une des roues dentées secondaires et l’arbre secondaire et apte à accoupler l’arbre secondaire à la roue dentée secondaire associée, ledit crabot étant engagé lorsque les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire et de l’arbre secondaire sont synchronisées par entrainement ou ralentissement de l’arbre intermédiaire grâce à l’activation de la machine électrique réversible. De cette manière, il est possible raccourcir les phases transitoires de changement de rapport de vitesse au sein du sous-ensemble hybride. Cette adaptation de la vitesse de l’arbre intermédiaire permet de réduire les temps de crabotage, sans avoir recours à un frein de boîte ou au double débrayage.
[0033] Suivant un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à une méthode d’engagement d’un crabot apte à accoupler un arbre secondaire à une roue dentée secondaire associée au sein d’un sous-ensemble hybride reprenant tout ou partie des caractéristiques mentionnées précédemment, comprenant les étapes suivantes :
- désaccouplement des roues dentées primaires par rapport au moteur principal du véhicule ; - mise en position neutre du sous-ensemble hybride par désengagement du rapport de vitesse ;
- mesure de la vitesse de rotation relative entre l’arbre secondaire et la roue dentée secondaire associée ;
- entrainement ou ralentissement de l’arbre intermédiaire par activation de la machine électrique réversible pour synchroniser les vitesses de rotation de l’arbre secondaire avec la roue dentée secondaire associée ;
- engagement du crabot pour accoupler l’arbre secondaire à la roue dentée secondaire associée lorsque les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire et de l’arbre secondaire sont synchronisées.
[0034] Selon cette méthode d’engagement de crabot, il est possible de raccourcir les phases transitoires de changement de rapport de vitesse au sein du sous-ensemble hybride. Cette adaptation de la vitesse de l’arbre intermédiaire permet de réduire les temps de crabotage, sans avoir recours à un frein de boîte ou au double débrayage. Ainsi lors d’un changement à un rapport de vitesse supérieur, il est possible de ralentir l’arbre intermédiaire du sous-ensemble hybride par activation de la machine électrique réversible. Egalement lors d’un changement à un rapport de vitesse inférieur, il est possible d’entrainer et accélérer l’arbre intermédiaire du sous- ensemble hybride par activation de la machine électrique réversible.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0035] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées.
[Fig. 1] La figure 1 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un premier mode de réalisation.
[Fig. 2] La figure 2 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un deuxième mode de réalisation.
[Fig. 3] La figure 3 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un troisième mode de réalisation. [Fig. 4] La figure 4 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un quatrième mode de réalisation.
[Fig. 5] La figure 5 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un cinquième mode de réalisation.
[Fig. 6] La figure 6 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un sixième mode de réalisation.
[Fig. 7] La figure 7 illustre un module motorisé apte à être intégré dans le sous- ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant le premier mode de réalisation.
[Fig. 8] La figure 8 illustre le comportement des différents organes du sous-ensemble hybride et du véhicule lors d’une phase transitoire de changement à un rapport de vitesse supérieur.
[Fig. 9] La figure 9 illustre le comportement des différents organes du sous-ensemble hybride et du véhicule lors d’une phase transitoire de changement à un rapport de vitesse inférieur.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE REALISATION
[0036] Sur la figure 1 est illustré un sous-ensemble hybride 10 d’entraînement d’un véhicule, comportant un arbre primaire 12 destiné à être entraîné par un moteur principal 14 du véhicule, par exemple un moteur thermique, un arbre secondaire 16 destiné à entraîner un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices du véhicule (non illustré), et une boîte de transmission 18.
[0037] La liaison du moteur principal 14 à l’arbre primaire 12 peut inclure un embrayage 20 de tout type approprié, par exemple un embrayage à glissement. La liaison de l’arbre secondaire 16 aux roues du véhicule peut inclure un ou plusieurs ponts moteurs.
[0038] L’embrayage 20 est commandé par un actionneur d’embrayage (non représenté sur les figures 1 à 6) intégré à la boite de transmission 18. [0039] La boîte de transmission 18, logée à l’intérieur d’une cavité 22 d’un carter de transmission 24, comporte un arbre intermédiaire 26 auquel sont solidarisées en rotation des roues dentées intermédiaires 28, 30, 32, 34, 36. Deux roues dentées primaires 38, 40 coaxiales avec l’arbre primaire 12, forment chacune un train d’engrenage avec une roue dentée correspondante 28, respectivement 30, parmi les roues dentées intermédiaires. Les engrènements des trains d’engrenages 38, 28 et 40, 30 entre roues dentées primaires 38, 40 et les roues dentées intermédiaires correspondantes 28, 30 sont permanents. Un double synchroniseur 41 à trois positions permet d’accoupler l’une ou l’autre des roues dentées primaires 38, 40 à l’arbre primaire 12, et offre une position neutre dans laquelle aucune des roues dentées primaires 38, 40 n’est accouplée à l’arbre primaire 12.
[0040] Des roues dentées secondaires 42, 44, 46, coaxiales avec l’arbre secondaire 16, forment également chacune un train d’engrenage avec une roue dentée correspondante 32, 34, 36, respectivement, parmi les roues dentées intermédiaires, l’un des trains d’engrenage étant inverseur et comportant une roue intermédiaire 48 pour réaliser un rapport de marche arrière. Les engrènements des trains d’engrenages formés par les roues dentées secondaires 42, 44, 46 et les roues dentées intermédiaires correspondantes 32, 34, 36 sont permanents. Un accouplement à crabot à trois positions sans synchroniseurs 50, positionné entre deux des roues secondaires 44, 46, permet soit d’accoupler à l’arbre secondaire 16 l’une ou l’autre des deux roues secondaires associées 44, 46, soit, dans une position neutre intermédiaire, de maintenir les roues dentées secondaires associées 44, 46 découplé de l’arbre secondaire 16.
[0041] Dans ce mode de réalisation, l’axe de révolution 100 de l’arbre primaire 12 est aligné avec l’axe de révolution 200 avec l’arbre secondaire 16, ce qui permet d’utiliser la roue dentée primaire d’extrémité 40 alternativement comme roue primaire, associée à l’arbre primaire 12 par le synchroniseur 41, ou comme roue secondaire associée à l’arbre secondaire 16. À cet effet, un accouplement à crabot 52 à trois positions sans synchroniseurs, positionné entre la roue primaire d’extrémité 40 et la roue secondaire 42, permet d’accoupler à l’arbre secondaire 16 soit la roue primaire d’extrémité 40 soit la roue secondaire 42, et permet également, dans une position neutre intermédiaire, de maintenir la roue primaire d’extrémité 40 et la roue secondaire 42 découplées de l’arbre secondaire 16.
[0042] On établit ainsi une boîte de transmission 18 à six rapports de marche avant et potentiellement deux rapports de marche arrière, que l’on peut le cas échéant coupler en sortie d’arbre secondaire 16 à un train épicycloïdal (non illustré) afin d’obtenir une boîte de vitesse à douze rapports.
[0043] De façon remarquable, le sous-ensemble hybride d’entraînement 10 est équipé d’un module motorisé 5 comportant une première machine électrique réversible 56 d’entraînement et de ralentissement de l’arbre intermédiaire 26, dont le rotor tourne autour d’un axe de révolution 300, et un mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 de la première machine électrique réversible 56 à l’arbre intermédiaire 26, comportant un organe d’accouplement 60 lié cinématiquement à la première machine électrique réversible 56 par un train d’engrenages réducteur 62, et un organe d’accouplement 64 lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire 26, en l’occurrence solidaire en rotation de l’arbre intermédiaire, par l’intermédiaire d’une interface de liaison 164, qui peut par exemple être constituée par un tronçon d’arbre cannelé ou un manchon cannelé. Le train d’engrenages réducteur 62 permet également de lier cinématiquement la première machine électrique réversible à une prise de force 65, destinée à permettre un accouplement d’un ou plusieurs accessoires du véhicule, par exemple un treuil, une pompe ou un outil. La prise de force 65 peut être par exemple un arbre de transmission comprenant une interface externe de raccordement, par exemple une cannelure. L’axe de révolution de la prise de force 65 et celui de l’interface de liaison 164 sont de préférence alignés. Certains au moins des éléments du module motorisé 5 peuvent être logés dans un carter de module 155, notamment le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58, le train d’engrenages réducteur 62, le cas échéant l’interface de liaison, la prise de force65 et la première machine électrique réversible 56. Cette dernière peut être alternativement, comme illustré sur la figure 1, disposée à l’extérieur du carter de module 155, le cas échéant fixée au carter de module 155.
[0044] À titre d’illustration, on peut prévoir une machine électrique réversible 56 alimentée en 48 volts, avec un rapport de réduction entre la sortie du rotor de la machine électrique et le mécanisme d’accouplement compris entre 4 et 6, suivant que l’on souhaite privilégier un couple élevé ou une vitesse de rotation élevée.
[0045] La figure 7 illustre un exemple de réalisation du module motorisé 5 réalisé sous une forme de module unitaire apte à être intégré au sein du sous-ensemble hybride d’entraînement 10. Le module motorisé 5 comporte en outre un carter 155 de logement du réducteur de vitesses 62 et du mécanisme d'accouplement et de désaccouplement 58. Dans cet exemple, la machine électrique réversible 56 est fixée au carter 155. La machine électrique réversible 56 a un axe de révolution parallèle à l’axe de révolution de l'interface de liaison 164 et distant de l'axe de révolution de l'interface de liaison 164. L’interface de liaison 164 est un arbre cylindrique muni d'une clavette.
[0046] Dans ce mode de réalisation, le sous-ensemble hybride d’entraînement 10 peut en outre être équipé, de façon optionnelle, d’un deuxième module motorisé 6 comportant une deuxième machine électrique réversible 66 d’entraînement et de ralentissement de l’arbre intermédiaire 26, dont le rotor tourne autour d’un axe de révolution 400, et un mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 68 de la deuxième machine électrique réversible 66 à l’arbre intermédiaire 26, comportant un organe d’accouplement 70 lié cinématiquement à la deuxième machine électrique réversible 66 par un train d’engrenage réducteur 72, et un organe d’accouplement 74 lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire 26, en l’occurrence solidaire au moins en rotation de l’arbre intermédiaire 26, par l’intermédiaire d’une deuxième interface de liaison 174. La deuxième machine électrique réversible 66 est utilisée ici pour augmenter la puissance électrique disponible pour l’entraînement ou le ralentissement de l’arbre intermédiaire 26, ce qui permet d’utiliser le cas échéant deux machines électriques 56 66 de petites dimensions ayant un encombrement radial moins important qu’une machine électrique unique de puissance équivalente. Le cas échéant, certains au moins des éléments du module motorisé 5 peuvent être logés dans un carter de module 165, notamment le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 68, le train d’engrenages réducteur 72, le cas échéant l’interface de liaison 174, et la première machine électrique réversible 56, cette dernière pouvant alternativement être positionnée à l’extérieur du carter de module 165, de préférence fixée à ce dernier.
[0047] Les modules motorisés 5, 6 sont disposés de préférence à l’extérieur de la cavité principale 22 du carter de boîte de transmission 24, ce qui permet de proposer ce sous-ensemble comme équipement optionnel sur une boîte de transmission conventionnelle. Les axes de révolution 300, 400 des deux machines électriques 56, 66 peuvent le cas échéant être alignés, et sont de préférence parallèles aux axes de révolution 100,200 de l’arbre primaire 12 et de l’arbre secondaire 16, parallèles. L’axe de révolution 300 de la machine électrique 56 est à distance de l’axe de révolution 500 de l’arbre intermédiaire. Il en va de même de l’axe de révolution 400 de la machine électrique 56 si cette machine est présente.
[0048] Une unité de commande 76 permet de commander la première machine électrique réversible 56 et son mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58, ainsi que, le cas échéant, la deuxième machine électrique réversible 66 et son mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 68. À cette unité de commande sont connectés des capteurs 78,80, 82 pour mesurer la vitesse de révolution de l’arbre intermédiaire 26 et pour mesurer une vitesse de révolution caractéristique de chacune des machines électriques réversibles 56, 66, qui peut être une vitesse de l’arbre de sortie de chaque machine réversible 56, 66 ou une vitesse de révolution d’un élément du train réducteur associé 62, 72. Cette unité de commande 76 peut être intégrée à une commande robotisée de la boîte de transmission 18 qui commande l’ouverture et la fermeture des synchroniseurs 41, des mécanismes à crabot 50, 52, et le cas échéant de l’embrayage principal 20, pour répondre à une consigne de couple ou de vitesse.
[0049] La première machine électrique 56 et la deuxième machine électrique optionnelle 66 permettent d’envisager plusieurs modes de fonctionnement.
[0050] Une première utilisation vise les phases transitoires de changement de rapport de vitesse de la boîte de transmission 18. Durant ces phases transitoires, l’une ou l’autre des deux machines électriques 56, 66, ou les deux, permettent d’adapter la vitesse de révolution de l’arbre intermédiaire aux besoins de synchronisation lors des commutations des mécanismes à crabot 50, 52 ou des synchroniseurs 41, la ou les machines électriques pouvant être utilisées alternativement comme moteur électrique pour augmenter la vitesse de révolution de l’arbre intermédiaire 26 ou comme frein électrodynamique pour diminuer cette vitesse. Cette adaptation de la vitesse de l’arbre intermédiaire 26 permet de réduire les temps de crabotage ou de synchronisation, sans avoir recours à un frein de boîte.
[0051] On va maintenant décrire, dans le cadre d’un sous-ensemble hybride 10 comprenant des mécanismes à crabot 50, 52 la phase transitoire de changement à un rapport de vitesse supérieur. Les mécanismes à crabot ou autrement appelés crabots 50, 52 sont disposés entre les roues dentées secondaires 42, 44 et l’arbre secondaire 16. L’embrayage 20 de la boite de transmission 18 est commandé par un actionneur d’embrayage robotisé afin d’accélérer les changements de rapport de vitesse. L’actionneur d’embrayage est piloté par l’unité de commande 76.
[0052] La figure 8 illustre le comportement des différents organes du sous- ensemble hybride et du véhicule pendant cette phase transitoire de changement à un rapport de vitesse supérieur. Sur cette figure, la courbe 83 illustre la vitesse de rotation du moteur thermique 14, la courbe 84 illustre l’état ouvert ou fermé de l’embrayage 20, la courbe 85 illustre la position neutre ou en prise de la boite de transmission 18, la courbe 86 illustre l’état d’activation de la machine électrique réversible 56.
[0053] Par ailleurs, sur cette figure 8, une première phase 87 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre l’instant tO et tl dans laquelle on amorce l’ouverture de l’embrayage 20, l’ouverture complète étant achevée à l’instant t3. Entre t2 et t3, la boite de transmission 18 passe de la position en prise vers la position neutre en désengageant le crabot 50. Pour préparer l’engagement du crabot 52, on mesure la vitesse de rotation relative entre l’arbre secondaire 16 et la roue dentée secondaire associée 42 par utilisation des différents capteurs de vitesse présents dans la boite de transmission. Une seconde phase 88 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre t3 et t4 dans laquelle la machine électrique réversible 56 est activée pour ralentir l’arbre intermédiaire 26 du sous-ensemble hybride. Dans cette phase 88, la vitesse de rotation de l’arbre intermédiaire 26 est ralentie de manière à synchroniser les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire 42 et de l’arbre secondaire 16. Entre t4 et t5, le crabot 52 est engagé pour accoupler l’arbre secondaire 16 à la roue dentée secondaire associée 42 lorsque leurs vitesses de rotation sont synchronisées. Egalement, entre t4 et t5, on amorce la fermeture de l’embrayage 20. Une troisième phase 89 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre t5 ett6 dans laquelle l’embrayage 20 se ferme jusqu’à l’achèvement du changement à un rapport de vitesse supérieur.
[0054] Grâce à la machine électrique réversible 56, il est possible de réduire les temps de crabotage, sans avoir recours à un frein de boîte. L’arbre intermédiaire 26 est ralenti jusqu’à ce que la vitesse de rotation de la roue dentée secondaire 42 se synchronise avec la vitesse de rotation de l’arbre secondaire 16.
[0055] On va maintenant décrire, dans le cadre d’un sous-ensemble hybride 10 selon l’invention, la phase transitoire de changement à un rapport de vitesse inférieur.
[0056] La figure 9 illustre le comportement des différents organes du sous- ensemble hybride et du véhicule pendant cette phase transitoire. Sur cette figure, la courbe 93 illustre la vitesse de rotation du moteur thermique 14, la courbe94 illustre l’état ouvert ou fermé de l’embrayage 20, la courbe95 illustre la position neutre ou en prise de la boite de transmission 18, la courbe 96 illustre l’état d’activation de la machine électrique réversible 56.
[0057] Par ailleurs, sur cette figure, une première phase 97 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre l’instant tO et tl dans laquelle on amorce l’ouverture de l’embrayage 20, l’ouverture complète étant achevée à l’instant t2. Entre t2 ett3, la boite de transmission 18 passe de la position en prise vers la position neutre en désengageant le crabot 52. Pour préparer l’engagement du crabot 50, on mesure la vitesse de rotation relative entre l’arbre secondaire 16 et la roue dentée secondaire associée 44 par utilisation des différents capteurs de vitesse présents dans la boite de transmission. Une seconde phase 98 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre t3 et t4 dans laquelle la machine électrique réversible 56 est activée pour entraîner et accélérer l’arbre intermédiaire 26 du sous-ensemble hybride de manière à synchroniser les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire 44 et de l’arbre secondaire 16. Entre t4 et t5, le crabot 50 est engagé pour accoupler l’arbre secondaire 16 à la roue dentée secondaire associée 44 lorsque les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire et de l’arbre secondaire sont synchronisées. Egalement, entre t4 et t5, on amorce la fermeture de l’embrayage 20. Une troisième phase 99 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre t5 et t6 dans laquelle l’embrayage 20 se ferme jusqu’à l’achèvement du changement à un rapport de vitesse inférieur.
[0058] Grâce à la machine électrique réversible 56, il est possible de réduire les temps de crabotage, sans avoir recours au double débrayage. L’arbre intermédiaire 26 est entraîné et accéléré jusqu’à ce que la vitesse de rotation de la roue dentée secondaire 44 se synchronise avec la vitesse de rotation de l’arbre secondaire 16.
[0059] Or des phases transitoires, lorsqu’un rapport de vitesse est engagé, la ou les machines électriques 56, 66, peuvent être utilisées en générateur de courant, pour recharger une batterie du véhicule, ou pour moduler le ralentissement de la chaîne cinématique de transmission lorsque le moteur thermique principal 14 du véhicule entre dans un régime de frein moteur. Toujours lorsqu’un rapport de vitesse est engagé, la ou les machines électriques 56, 66, alimentées par une batterie du véhicule, peuvent être utilisées en moteur pour un apport de puissance supplémentaire pour la traction du véhicule.
[0060] Une utilisation des machines électriques 56, 66 pour une traction purement électrique du véhicule peut également être envisagée en ouvrant l’embrayage 20 ou les synchroniseurs 41 pour découpler le moteur principal 14 ou l’arbre primaire 12, tout en conservant l’un des mécanismes à crabots 50, 52 engagé.
[0061] Les mécanismes d’accouplement et de désaccouplement 58, 68 sont utilisés pour interrompre la liaison entre l’arbre intermédiaire 26 et les machines électriques 56, 66 lorsque ces dernières ne sont pas utiles, de manière à limiter le couple de traînée des machines électriques 56, 66 et à réduire la consommation de carburant. Us permettent également d’envisager plusieurs modes de fonctionnement de la prise de force 65, notamment à l’arrêt du véhicule.
[0062] En ouvrant le premier mécanisme d’accouplement 58, on isole de l’arbre intermédiaire 26 le sous-ensemble constitué par la première machine électrique réversible 56, son train d’engrenage réducteur 62 et la prise de force 65, ce qui permet d’entraîner la prise de force 65 à l’aide de la machine électrique réversible 56 utilisée en moteur, indépendamment de la boîte de transmission 18 et du moteur principal 14 du véhicule Dans ce mode de fonctionnement, la machine électrique réversible 56 peut être alimentée à partir d’une source d’énergie fournie par des batteries du véhicule ou, dans l’hypothèse où le véhicule est à l’arrêt, d’une source d’énergie électrique externe à laquelle le véhicule est branché. Ce mode de fonctionnement trouvera une application notamment lorsque le moteur principal 14 est à l’arrêt, par exemple parce que l’on souhaite entraîner la prise de force 65 dans un environnement où l’on souhaite éviter les émissions polluantes du moteur principal du véhicule. 11 pourra également trouver application alors que le moteur principal 14 tourne, mais que l’on souhaite entraîner la prise de force à une vitesse indépendante de la vitesse de l’arbre intermédiaire 26, que le véhicule soit à l’arrêt ou en mouvement. On peut d’ailleurs envisager que le capteur 80 permette non seulement une mesure de vitesse, mais également une mesure d’un angle de rotation, relatif ou absolu, de sorte que l’on peut envisager d’entraîner la prise de force 65 suivant une consigne de déplacement angulaire ou de position angulaire.
[0063] En fermant le mécanisme d’accouplement 58 de la première machine électrique, on peut utiliser le moteur principal 14 du véhicule, le cas échéant conjointement avec la première machine électrique 56, pour entraîner la prise de force
65. Le cas échéant la deuxième machine électrique 66 peut également être mise à contribution si un surcroît de puissance s’avère nécessaire.
[0064] Sur la figure 2 est illustré un deuxième mode de réalisation de l’invention, qui diffère du précédent par l’emplacement des machines électriques réversibles 56,
66, qui sont disposées en parallèle sur un même mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 à l’arbre intermédiaire 26, et reliées à ce mécanisme d’accouplement et de désaccouplement commun 58 chacune par un train réducteur 62, 72, qui permet également l’entraînement d’une prise de force 65. Les deux machines électriques réversibles 56, 66 peuvent avoir les mêmes caractéristiques et être pilotées en parallèle ou en mode maître-esclave, ou elles peuvent avoir des caractéristiques complémentaires, pour couvrir une plus grande gamme de fonctionnement en vitesse et en couple. Par rapport au mode de réalisation de la figure 1, cette variante offre l’avantage de ne mettre en œuvre qu’un mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58. Elle permet en outre d’envisager un positionnement des machines électriques réversibles à une même extrémité de la boîte de transmission, de manière à ne former qu’un unique module motorisé 5 à deux machines électriques réversibles 56, 66 et un mécanisme d’accouplement et de désaccouplement commun 58. Le cas échéant, certains au moins des éléments du module motorisé 5 peuvent être logés dans un carter de module 165, notamment le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58, les trains d’engrenages réducteurs 62, 72, et le cas échéant l’interface de liaison 164 et la prise de force 65.
[0065] Selon le mode de réalisation de la figure 2, le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 est dans une position telle que l’organe de prise de force 65 est accouplé à la machine électrique réversible 56 lorsque la machine électrique réversible est désaccouplée de l’arbre intermédiaire 26, et telle que l’organe de prise de force 65 est également accouplé à la machine électrique réversible 56 lorsque la machine électrique réversible est accouplée à l’arbre intermédiaire 26.
[0066] Suivant une variante non illustrée du mode de réalisation de la figure 2, on peut envisager de positionner le sous-ensemble constitué par les machines électriques réversibles 56, 66, leurs trains réducteurs éventuels 62, 72, le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 et la prise de force 65 à l’extrémité opposée de l’arbre intermédiaire.
[0067] Suivant un autre mode de réalisation, illustré sur la figure 3, la prise de force 65 est positionnée à une extrémité de l’arbre intermédiaire 26 opposée au sous- ensemble constitué par les machines électriques réversibles 56, 66, leurs trains réducteurs 62, 72 et le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58. Un entraînement purement électrique de la prise de force 65 reste possible, par l’intermédiaire de l’arbre intermédiaire 26 et sans entraîner ni l’arbre primaire 12 ni l’arbre secondaire 16, à condition d’ouvrir les mécanismes à crabot 50, 52 et les synchroniseurs 41. Ce mode de réalisation permet un autre positionnement relatif des composants, et peut faciliter l’accès à la prise de force 65. Dans ce mode de réalisation, on a également illustré le mécanisme d’accouplement 58 et les trains réducteurs 62, 72 à l’intérieur du carter 24 de la boîte de transmission 18, une option envisageable dans tous les modes de réalisation.
[0068] On a illustré sur la figure 4 un mode de réalisation dérivé du mode de réalisation de la figure 2, mais sans prise de force.
[0069] Sur les figures 3 et 4, on a volontairement omis l’unité de commande et les capteurs associés, pour alléger l’illustration.
[0070] Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 4, le ou les mécanismes d’accouplement et de désaccouplement 58, 68 des machines électriques réversibles 56, 66 ont été illustrés par des synchroniseurs. On peut alternativement envisager que ces mécanismes soient sans synchroniseurs, par exemple des mécanismes à crabot. Pour ce faire, on peut avantageusement prévoir que l’unité de commande 76 soit apte, dans un état de désaccouplement du ou des mécanismes d’accouplement et de désaccouplement 58, 68, à commander chaque machine électrique réversible 56, 66 de façon que la vitesse de rotation relative entre l’organe d’accouplement 60, 70 lié cinématiquement la machine électrique réversible 56, 66 et l’organe d’accouplement 64, 74 lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire 26 réalise à une condition prédéterminée, et, lorsque la condition prédéterminée est réalisée, à commander un accouplement du mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58, 68. La condition peut être par exemple une condition de passage de la vitesse différentielle sous un seuil donné (qui en pratique sera très faible).
[0071] Sur la figure 5, on a ainsi illustré un mode de réalisation à une seule machine électrique réversible 56, dont le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 à l’arbre intermédiaire 26 est réalisé par un accouplement à crabot à trois positions sans synchroniseurs, qui permet d’accoupler la machine électrique réversible 58 soit à l’arbre intermédiaire 26 avec interposition d’un réducteur de vitesse 62, soit à la prise de force 65, le cas échéant avec interposition d’un réducteur de vitesse 162, et qui dispose d’une position intermédiaire neutre dans laquelle aucune liaison n’existe ni entre l’arbre intermédiaire 26 et la machine électrique réversible 56, ni entre la machine électrique réversible 56 et la prise de force 65, ni entre l’arbre intermédiaire 26 et la prise de force 65. Avec cette variante, on s’assure que l’organe de prise de force 65 ne peut être entraîné que par la machine électrique réversible 56, et uniquement lorsque cette dernière n’est pas liée à l’arbre intermédiaire 26. Une telle disposition sera préférée si l’on souhaite empêcher un entraînement de la prise de force 65 par le moteur principal 14 du véhicule. Dans ce cas de figure, la machine électrique réversible 56 est située à l’extérieur de la cavité principale cavité 22 du carter de transmission 24.
[0072] Selon le mode de réalisation de la figure 5, le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 est dans une position telle que l’organe de prise de force 65 est accouplé à machine électrique réversible 56 lorsque la machine électrique réversible est désaccouplée de l’arbre intermédiaire 26, et alternativement dans une position telle que l’organe de prise de force 65 n’est pas accouplé à la machine électrique réversible 56 lorsque la machine électrique réversible 56 est accouplée à l’arbre intermédiaire 26.
[0073] Sur la figure 6 est illustré un mode de réalisation dérivé de celui de la figure 1, appliqué à une boîte de transmission à deux arbres primaires 12, 112, qui peuvent être alternativement accouplés au moteur principal 14 du véhicule par un double embrayage 120. Les roues dentées primaires 38, 40 sont accouplées de façon permanente chacune à un des deux arbres primaires 12, 112.
[0074] Naturellement, les exemples représentés sur les figures et discutés ci- dessus ne sont donnés qu'à titre illustratif et non limitatif. Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux les différents modes de réalisation illustrés pour en proposer d'autres.
[0075] Comme indiqué précédemment, la deuxième machine électrique réversible est optionnelle dans tous les modes de réalisation. Le train d’engrenage réducteur peut être remplacé par tout autre mécanisme réducteur, notamment un train épicycloïdal, ou un mécanisme réducteur à courroie ou à chaîne. Les organes d’entrée et de sortie du mécanisme réducteur peuvent être coaxiaux, parallèle ou suivant une autre orientation. L’axe de révolution du rotor de la première machine électrique peut être coaxial avec l’axe de révolution de l’arbre intermédiaire, ou parallèle et à distance de l’axe de révolution de l’arbre intermédiaire ou suivant une autre orientation. Les machines électriques réversibles 56, 66 sont de préférence positionnées en dehors du carter 24 de la boîte de transmission, mais les trains réducteurs 62, 72 peuvent être disposés à l’intérieur ou à l’extérieur de la cavité principale 22 du carter 24.
[0076] La description qui a été ici faite de la boîte de transmission 18 est illustrative et n’a pas vocation à limiter la portée de l’enseignement de la présente demande, qui peut s’appliquer à d’autres configurations, avec un nombre plus ou moins grand de rapport, avec des accouplements à crabot ou à synchroniseurs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module motorisé (5) pour entraîner et ralentir un arbre intermédiaire d’un sous- ensemble hybride comportant plusieurs roues dentées primaires (38, 40) destinées à être entraînées par un moteur principal (14) du véhicule, un arbre secondaire (16) destiné à entraîner un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices du véhicule, plusieurs roues dentées secondaires (42, 44, 46) aptes être accouplées à l’arbre secondaire (16), et des roues dentées intermédiaires (28, 30, 32, 34, 36) solidarisées en rotation à l’arbre intermédiaire (26), les roues dentées primaires (38, 40) et les roues dentées secondaires (42, 44, 46) engrenant chacune de façon permanente avec une roue dentée correspondante parmi les roues dentées intermédiaires (28, 30, 32, 34, 36), le module motorisé comportant au moins une machine électrique réversible (56), une interface de liaison (164) cinématique en rotation à l’arbre intermédiaire (26) et un réducteur de vitesse (62) disposé cinématiquement entre la machine électrique réversible (56) et l’interface de liaison (164), caractérisé en ce que le module motorisé comporte en outre un mécanisme d’accouplement (58) comportant un premier organe d’accouplement (60) lié cinématiquement à la machine électrique réversible (56) et un deuxième organe d’accouplement (64) lié cinématiquement à l’interface de liaison (164), le mécanisme d’accouplement (58) étant apte à passer d’un état d’accouplement pour accoupler la machine électrique réversible (56) avec à l’interface de liaison (164) à un état de désaccouplement pour désaccoupler la machine électrique réversible (56) de l’interface de liaison (164).
2. Module motorisé (5) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme d’accouplement (58) est disposé cinématiquement entre le réducteur de vitesse (62) et l’interface de liaison (164).
3. Module motorisé (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un organe de prise de force (65), lié cinématiquement à la machine électrique réversible (56), de préférence par l’intermédiaire du réducteur de vitesse, et le cas échéant par l’intermédiaire du mécanisme d’accouplement (58), l’organe de prise de force (65) ayant de préférence un axe de révolution aligné avec un axe de révolution de l’interface de liaison (164).
4. Module motorisé (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique réversible (56) a un axe de révolution parallèle à un axe de révolution de l’interface de liaison (164), de préférence distant de l’axe de révolution de l’interface de liaison (164).
5. Module motorisé (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme d’accouplement (58) est choisi parmi les mécanismes suivants :
- un mécanisme à crabot, un mécanisme à synchroniseur, un mécanisme d’embrayage, de préférence un mécanisme d’embrayage à friction.
6. Module motorisé (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une machine électrique réversible supplémentaire (66) d’entraînement de l’arbre intermédiaire (26) et un réducteur de vitesse supplémentaire (72) disposé cinématiquement entre la machine électrique réversible supplémentaire (66) et l’interface de liaison (164).
7. Sous-ensemble hybride (10) d’entraînement d’un véhicule, comportant : plusieurs roues dentées primaires (38, 40) destinées à être entraînées par un moteur principal (14) du véhicule, un arbre secondaire (16) destiné à entraîner un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices du véhicule, plusieurs roues dentées secondaires (42, 44, 46) aptes être accouplées à l’arbre secondaire (16), un arbre intermédiaire (26) auquel sont solidarisées en rotation des roues dentées intermédiaires (28, 30, 32, 34, 36), les roues dentées primaires (38, 40) et les roues dentées secondaires (42, 44, 46) engrenant chacune de façon permanente avec une roue dentée correspondante parmi les roues dentées intermédiaires (28, 30, 32, 34, 36), et
- au moins une machine électrique réversible (56) d’entraînement et de ralentissement de l’arbre intermédiaire (26), caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un module motorisé (5, 6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’interface de liaison (164, 174) du module motorisé (5, 6) étant solidaire en rotation de l’arbre intermédiaire (26).
8. Sous-ensemble hybride (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un organe de prise de force (65), apte à être entraîné au moins par la machine électrique réversible (56).
9. Sous-ensemble hybride (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’organe de prise de force (65) est lié cinématiquement de façon permanente à l’arbre intermédiaire (26) et est lié cinématiquement à la machine électrique réversible (56) par l’intermédiaire du mécanisme d’accouplement (58).
10. Sous-ensemble hybride (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’organe de prise de force (65) est lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire par l’intermédiaire du mécanisme d’accouplement (58).
11. Sous-ensemble hybride (10) selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une machine électrique réversible supplémentaire (66) d’entraînement de l’arbre intermédiaire (26).
12. Sous-ensemble hybride (10) selon la revendication 11, caractérisé en ce que l’une des caractéristiques suivantes est réalisée :
- la machine électrique réversible (56) est apte à être accouplée à l’arbre intermédiaire (26) par le mécanisme d’accouplement (58) ;
- la machine électrique réversible supplémentaire (66) est apte à être accouplée à l’arbre intermédiaire (26) par un mécanisme d’accouplement supplémentaire (68).
13. Sous-ensemble hybride (10) selon l’une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu’il comporte un carter de transmission (24) délimitant une cavité de logement (22) des roues dentées primaires (38, 40), des roues dentées secondaires (42, 44, 46) et des roues dentées intermédiaires (28, 30, 32, 34, 36), la machine électrique réversible (56) étant disposée à l’extérieur de la cavité de logement (24).
14. Sous-ensemble hybride (10) selon l’une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce qu’il comporte un embrayage (20) commandé par un actionneur d’embrayage et apte à désaccoupler les roues dentées primaires (38, 40) par rapport au moteur principal (14) du véhicule, ledit actionneur d’embrayage étant piloté par une unité de commande (76).
15. Sous-ensemble hybride (10) selon l’une quelconque des revendications 7 à 14 caractérisé en ce qu’il comporte au moins un crabot (50, 52) positionné cinématiquement entre une des roues dentées secondaires (42, 44, 46) et l’arbre secondaire (16) et apte à accoupler l’arbre secondaire (16) à la roue secondaire dentée associée (42, 44, 46), ledit crabot (50, 52) étant engagé lorsque les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire et de l’arbre secondaire sont synchronisées par entrainement ou ralentissement de l’arbre intermédiaire (26) grâce à l’activation de la machine électrique réversible (56).
16. Méthode d’engagement d’un crabot (50, 52) apte à accoupler un arbre secondaire (16) à une roue dentée secondaire (42, 44, 46) associée au sein d’un sous- ensemble hybride (10) selon la revendication 15, comprenant les étapes suivantes :
Désaccouplement des roues dentées primaires (38, 40) par rapport au moteur principal (14) du véhicule ;
Mise en position neutre du sous-ensemble hybride (10) par désengagement du rapport de vitesse ;
Mesure de la vitesse de rotation relative entre l’arbre secondaire (16) et la roue dentée secondaire (42, 44, 46) associée ; Entrainement ou ralentissement de l’arbre intermédiaire par activation de la machine électrique réversible (56) pour synchroniser les vitesses de rotation de l’arbre secondaire (16) avec la roue dentée secondaire (42, 44, 46) associée ; - Engagement du crabot(50, 52) pour accoupler l’arbre secondaire (16) à la roue dentée secondaire associée lorsque les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire et de l’arbre secondaire sont synchronisées.
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