Brevet FR2752778A1 — publié le 19980306

GROUPE DE TRACTION TANDEM A REDUCTEURS ET VEHICULE A TRACTION ELECTRIQUE OU HYBRIDE COMPORTANT UN TEL GROUPE La présente invention concerne un groupe de traction tandem à réducteurs pour véhicule à traction électrique ou hybride. L'invention concerne également un véhicule à traction électrique ou hybride comportant au moins un tel groupe de traction. Dans la plupart des cas, les roues motrices entraînées par un tel groupe de traction sont couplées aux arbres de sortie des réducteurs au moyen d'arbres de transmission articulés offrant un jeu angulaire suffisant pour les débattements de la suspension, ainsi que pour le braquage des roues si elles sont directrices. I1 importe que ces arbres de transmission aient une longueur aussi grande que possible, afin de réduire l'angle maximum des15 joints d'articulation, c'est-à-dire qu'il est souhaitable que les sorties des deux réducteurs soient aussi proches l'une de l'autre que possible. Dans un groupe connu de ce genre, décrit dans le document EP-A-0 249 807, les deux motoréducteurs sont disposés symétriquement l'un de l'autre par rapport au plan médian, leurs réducteurs étant juxtaposés le long de ce plan à l'intérieur d'un carter commun. Les deux moteurs électriques, qui sont du type à rotor extérieur, sont disposés suivant un même axe que les arbres d'entrée des réducteurs, chaque moteur se trouvant du même côté du plan médian que la roue qu'il entraîne. La longueur axiale du groupe de traction, dans la direction transversale du véhicule, est égale à la somme des longueurs axiales des deux réducteurs et des deux moteurs électriques. Il en30 résulte un encombrement relativement grand du groupe de traction, des deux côtés du plan médian qui se trouve habituellement au milieu de la largeur du véhicule, ce qui peut empêcher d'implanter d'autres organes relativement volumineux à côté du groupe de traction. En particulier, dans un véhicule à traction hybride, c'est-à-dire 2 2752778 comportant un moteur thermique utilisable aussi pour propulser le véhicule et éventuellement associé à une génératrice électrique, il devient difficile d'installer un tel moteur dans le même compartiment de la caisse du véhicule. La présente invention vise à éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus, en agençant le groupe de traction tandem sous une forme particulièrement compacte, peu encombrante dans la direction axiale des moteurs électriques et ménageant de la place pour d'autres composants au voisinage de ceux-ci, notamment sur les côtés, tout en maintenant les sorties des réducteurs aussi près que possible l'une de l'autre, sur un même axe transversal et au voisinage du milieu de la largeur du véhicule. Selon un but particulier de l'invention, la disposition mutuelle des deux motoréducteurs devrait permettre de les juxtaposer à un groupe générateur composé d'un moteur thermique et d'une génératrice électrique pour former un groupe de traction peu encombrant, notamment dans un véhicule automobile à système de traction du type hybride série ou mixte série-parallèle. Comme un tel système de traction comprend généralement un convertisseur de fréquence et une batterie d'accumulateurs, l'invention25 vise également à obtenir une disposition avantageuse de l'ensemble de ce système à l'intérieur du véhicule. Selon un aspect de base de la présente invention, il est prévu un groupe de traction du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que dans au moins l'un des30 motoréducteurs, le moteur électrique s'étend de l'autre côté dudit plan médian par rapport au réducteur, les deux moteurs électriques n'étant pas alignés mutuellement. Il en résulte une disposition spatiale approximativement en Z d'au moins une chaîne cinématique entraînant la roue motrice correspondante, c'est-à- dire la chaîne comprenant un moteur électrique, le réducteur associé et l'arbre de transmission couplé à la sortie du réducteur, et les deux chaînes cinématiques s'étendent 3 2752778 dans des plans différents bien que leurs branches inférieures, représentant les arbres de sortie et les arbres de transmission, soient généralement coaxiales. Comme les deux moteurs électriques ne sont pas placés dans le prolongement l'un de l'autre, chacun d'eux peut être adjacent au réducteur correspondant dans le plan médian du groupe de traction, si bien que l'encombrement axial de l'ensemble des deux motoréducteurs ne dépasse pas la longueur d'un moteur électrique de chaque côté du plan médian. En outre, l'encombrement axial du groupe au niveau de chaque moteur électrique est encore plus faible puisqu'il se réduit à la somme de la longueur axiale d'un moteur et d'un réducteur. Comme la longueur axiale des réducteurs est relativement faible et que chaque réducteur est adjacent au plan médian, il subsiste beaucoup de place libre à côté de lui au niveau de son arbre d'entrée, du côté opposé au moteur électrique. De préférence, les deux motoréducteurs présentent chacun la disposition en Z décrite ci-dessus, de sorte qu'ils peuvent être sensiblement identiques. Les deux moteurs électriques se trouvent alors respectivement de part et d'autre du plan médian et la longueur globale du groupe est égale à la somme des longueurs des deux moteurs.25 Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, la place disponible à côté de l'arbre d'entrée d'un des réducteurs est occupée par un groupe générateur tel que mentionné plus haut, pour former un groupe de traction hybride. Plus particulièrement, un30 tel groupe de traction comporte un groupe générateur composé d'un moteur thermique et d'une génératrice électrique couplée à l'arbre du moteur thermique, le groupe générateur étant relié aux moteurs électriques par l'entremise d'un convertisseur statique. De préférence, le35 moteur thermique et la génératrice sont disposés sensiblement en regard de l'un des moteurs électriques, de l'autre côté du plan médian par rapport à ce moteur, la 4 2752778 génératrice et ledit moteur électrique étant sensiblement au niveau des arbres de sortie. Un véhicule à traction hybride selon l'invention comporte un groupe de traction hybride tel que défini ci- dessus. De préférence, ce groupe est couplé à des roues arrière du véhicule, tandis que le convertisseur est placé à l'avant du véhicule et raccordé à une batterie d'accumulateurs électriques placée entre le convertisseur et le groupe de traction. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante d'une forme de réalisation préférée, donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma illustrant les principes de base d'un groupe de traction selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'un ensemble de traction hybride pour véhicule automobile, comportant un groupe de traction selon l'invention, - la figure 3 est une vue en élévation de l'arrière de l'ensemble de la figure 2, - la figure 4 est une vue en élévation du côté droit du même ensemble, - la figure 5 est une vue en plan du même ensemble, et - la figure 6 est une vue en élévation du côté gauche du même ensemble. Le groupe de traction 1 représenté schématiquement à la figure 1 est destiné à entraîner conjointement deux roues motrices du même essieu d'un véhicule automobile, à savoir une roue arrière gauche 2 et une roue arrière droite 3, la direction de l'avant étant indiquée par la flèche A. La roue gauche 2 est entraînée par un premier motoréducteur comprenant un moteur électrique gauche 4, pourvu d'un stator 5 et d'un rotor 6, et un réducteur gauche 7 pourvu d'un arbre d'entrée 8 couplé au rotor 6 et d'un arbre de sortie 9 couplé à la roue gauche 2 au moyen 2752778 d'un arbre de transmission gauche 10 muni de deux joints articulés 11 et 12. De même, la roue droite 3 est entraînée par un second motoréducteur comprenant un moteur électrique droit 14, pourvu d'un stator 15 et d'un rotor 16, et un réducteur droit 17 pourvu d'un arbre d'entrée 18 couplé au rotor 16 et d'un arbre de sortie 19 couplé à la roue droite 3 au moyen d'un arbre de transmission droit 20 muni de deux joints articulés 21 et 22. Les sorties des deux réducteurs 7 et 17, constituées par les joints articulés 11 et 21, sont relativement- proches l'une de l'autre, de part et d'autre d'un plan médian 24 du groupe de traction 1, les deux réducteurs étant appliqués l'un contre l'autre le long de ce plan dans la région de leurs arbres de sortie 9 et 19. Les réducteurs 7 et 17 peuvent être identiques et de divers types, par exemple à chaîne ou à engrenages, à un ou plusieurs étages, pour autant que l'arbre de sortie soit distant de l'arbre d'entrée dans chaque réducteur. Jusque là, un tel dispositif correspond à ce qui est décrit par exemple dans le document EP-A-0 249 807. Par contre, la disposition des différents composants est différente dans le cas présent. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'entrée et la sortie de chaque réducteur 7, 17 se trouvent respectivement sur des faces opposées du réducteur, de sorte que chaque ligne d'entraînement d'une roue a un tracé en forme de Z. De plus, ces deux tracés en Z sont en quelque sorte imbriqués l'un dans l'autre, comme le montre la figure 1, ce qui réduit l'encombrement du groupe de traction dans la30 direction axiale, à savoir la direction des arbres parallèles des moteurs électriques et des réducteurs. Ainsi, le moteur électrique gauche 4 entraînant la roue gauche 2 se trouve en fait à droite du plan médian 24, tandis que le réducteur 7 et l'arbre de transmission 10 de gauche se trouvent à gauche de ce plan. De même, le moteur droit 14 se trouve à gauche du plan médian 24, tandis que le réducteur 17 et l'arbre de transmission 20 de droite sont à droite de ce plan. Etant donné que les- 6 2752778 deux motoréducteurs 4, 7 et 14, 17 se croisent, la longueur axiale totale L du groupe qu'ils forment est égale seulement à la somme des longueurs des deux moteurs électriques 4 à 14. En pratique, L peut être de l'ordre de 40 cm. De plus, l'encombrement axial du groupe 1 est encore inférieur à cette valeur L dans chaque région du groupe: dans la région des arbres de sortie 9 et 19, il est égal à la somme des longueurs axiales des deux réducteurs, et dans la région de chaque moteur électrique 4, 14, il est égal à la somme des longueurs d'un moteur et d'un réducteur. C'est ainsi qu'il reste beaucoup de place libre à côté du groupe de traction 1, en particulier à gauche du motoréducteur gauche comprenant le moteur 4 et le réducteur 7 et à droite du motoréducteur droit comprenant le moteur 14 et le réducteur 17. Cette place peut être utilisée avantageusement par des composants additionnels du groupe de traction, comme on le décrira plus loin. On notera que le plan médian 24 du groupe de traction peut coïncider avec le plan longitudinal médian du véhicule, mais pas nécessairement. En effet, comme les sorties des deux réducteurs sont assez proches l'une de l'autre, les arbres de transmission 10 et 20 peuvent avoir des longueurs différentes, sans que le plus court subisse25 des angulations trop prononcées. Un léger décalage du plan médian 24 par rapport au milieu du véhicule offre encore plus de place disponible d'un côté du groupe de traction 1. Un autre avantage de la disposition croisée décrite ci-dessus réside dans la possibilité de placer les deux moteurs électriques 4 et 14 à des niveaux différents, en fonction de l'espace disponible dans le véhicule. S'ils sont au même niveau, la figure 1 étant alors considérée comme une vue en plan, l'encombrement vertical du groupe 135 est faible, mais son encombrement longitudinal est plus important. Comme les arbres de sortie 9, 19 doivent généralement être à un niveau aussi bas que possible, il peut être avantageux de placer les axes des moteurs 4, 14 7 2752778 à un niveau un peu plus élevé afin d'éloigner ces moteurs du sol. On décrira plus loin, en référence aux autres figures, une disposition dans laquelle les tracés en Z des deux lignes d'entraînement s'étendent dans deux plans respectifs perpendiculaires, l'un vertical et l'autre horizontal, d'o résulte une grande compacité du groupe de traction. Dans la figure 1, on a en outre représenté schématiquement une variante o le moteur 14 entraînant la roue droite 3 est placé dans la position 14' dessinée en traits interrompus, du même côté que cette roue 3 par rapport à son réducteur 17 et au plan médian 24. Dans ce cas, la chaine cinématique entraînant la roue droite a donc un tracé approximativement en forme de C, tandis que l'autre chaîne conserve un tracé en Z qui recouvre une partie du tracé en C en direction axiale. L'encombrement axial total du groupe correspond à la somme des longueurs axiales d'un moteur et des deux réducteurs. Comme les deux moteurs se trouvent à droite du plan médian 24, il reste20 beaucoup de place disponible à gauche de ce plan. Les deux moteurs peuvent être voisins, par exemple si la position 14' du moteur droit est prévue au-dessus de l'arbre de transmission correspondant 20. L'ensemble de traction illustré par les figures 2 à 6 comprend un groupe de traction hybride 30, un convertisseur statique 31 et une batterie d'accumulateurs électriques 32, qui sont reliés par des lignes électriques 33 à 36. Le groupe de traction 30 comporte tous les éléments décrits plus haut du groupe de traction 1 de la figure 1. On reconnaît notamment dans les figures 2 à 6 les deux moteurs électriques 4 et 14, les deux réducteurs 7 et 17 et le plan médian 24. Les références 37 et 38 indiquent les sorties respectives des réducteurs 7 et 17, auxquelles sont raccordés les arbres de transmission 10 et 20, qui ne sont pas représentés pour des raisons de clarté du dessin. En plus des composants susmentionnés, le groupe de traction hybride 30 comprend un groupe générateur 40 8 2752778 composé d'un moteur thermique 41 et d'une génératrice électrique 42 fixée à ce moteur, le rotor de la génératrice 42 étant couplé directement à l'arbre de vilebrequin du moteur 41. L'extrémité opposée de la génératrice 42 peut avantageusement être fixée au carter du réducteur gauche 7, si bien que l'ensemble du groupe de traction 30 constitue un bloc compact qui peut être fixé à la caisse du véhicule en trois ou quatre points seulement. Le moteur thermique 41 peut être de tout type connu, notamment Otto, Diesel ou autre, et dans- le cas présent il est équipé d'un turbocompresseur 43 raccordé à un circuit d'échappement 44. Les liaisons entre le turbocompresseur 43 et le moteur 41 ne sont pas représentées, afin de clarifier le dessin. Dans cet exemple, les moteurs électriques 4 et 14 sont des moteurs asynchrones (moteurs à induction) triphasés, qui bien entendu peuvent aussi fonctionner en génératrices dans un mode de freinage électrique à récupération. La génératrice 42 est de préférence aussi du type asynchrone triphasé. De manière connue, le courant qu'elle produit est transmis par la ligne 34 à un convertisseur AC/DC incorporé au convertisseur 31 pour produire une tension continue susceptible de charger la batterie 32 par l'intermédiaire de la ligne 36. Cette tension continue, ou la tension fournie par la batterie 32, est transformée, par un convertisseur DC/AC incorporé au convertisseur 31, en un courant alternatif triphasé à tension variable et à fréquence variable qui alimente en parallèle les moteurs 4 et 14 par les lignes 33 et 35.30 Dans le groupe de traction 30, le premier motoréducteur composé du moteur 4 et du réducteur 7 s'étend sensiblement horizontalement, tandis que le second motoréducteur composé du moteur 14 et du réducteur 17 s'étend sensiblement verticalement. La génératrice 42 est35 placée à gauche du réducteur 7, approximativement dans l'alignement de l'arbre d'entrée du réducteur 7, mais du côté opposé au moteur 4. Comme sa longueur axiale est à peu près la même que celle du moteur électrique 14 situé 9 2752778 en arrière et légèrement au-dessus d'elle, la génératrice forme un ensemble compact avec les deux motoréducteurs et laisse assez de place sur sa gauche pour le moteur thermique 41. Celui-ci, malgré sa hauteur relativement grande, ne dépasse pas le niveau supérieur du moteur électrique 14, et en outre le turbocompresseur 43 prend place avantageusement au niveau du collecteur d'échappement (non représenté) du moteur thermique 41, à côté du moteur électrique 14 et au-dessus de l'arbre de transmission gauche. Il en résulte non seulement une grande compacité du groupe de traction 30, mais également un accès aisé à tous les composants et une faible longueur des conduits de liaison entre eux dans le cas o ils ont un circuit de refroidissement commun à eau. Dans la disposition représentée aux figures 2 à 6, le convertisseur 31 est placé dans une partie avant du véhicule (l'avant étant indiqué par la flèche A dans la figure 2), soit pour bénéficier d'un système de refroidissement séparé, soit parce que la place disponible à l'arrière est limitée. La lourde batterie 32 se trouve de préférence dans une partie centrale du véhicule, entre le convertisseur et le groupe de traction. S'il y a assez de place à l'arrière, on peut néanmoins placer le convertisseur 31 au voisinage du groupe de traction 30,25 par exemple au-dessus de la génératrice 42 et du moteur électrique 4, dans la position 31' représentée en traits interrompus à la figure 3. Cette disposition est particulièrement intéressante dans le cas d'un système de refroidissement commun.30 On notera aussi que l'ensemble de traction illustré par les figures 2 à 6 pourrait être complété par un deuxième groupe de traction, analogue à celui de la figure 1, pour entraîner les roues avant d'un véhicule à quatre roues motrices. La présente invention est applicable non seulement à des véhicules routiers, mais aussi à des véhicules ferroviaires. 2752778 REVENDICATIONS 1. Groupe de traction tandem à réducteurs pour véhicule à traction électrique ou hybride, le groupe de traction comportant deux motoréducteurs (4 et 7, 14 et 17) ayant des arbres de sortie respectifs mutuellement alignés et destinés à être couplés respectivement à une roue gauche (2) et à une roue droite (3) du véhicule, chaque motoréducteur comprenant un moteur électrique (4, 14) et un réducteur (7, 17) pourvu d'un desdits arbres de sortie (9, 19) et d'un arbre d'entrée (8, 18) couplé à un rotor dudit moteur électrique, l'arbre d'entrée de chaque réducteur étant parallèle à l'arbre de sortie et à distance de celui-ci, les deux réducteurs étant disposés respectivement de part et d'autre d'un plan médian (24), caractérisé en ce que dans au moins l'un des motoréducteurs, le moteur électrique (4, 14) s'étend de l'autre côté dudit plan médian (24) par rapport au réducteur (7, 17), les deux moteurs électriques n'étant pas alignés mutuellement. 2. Groupe de traction selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux réducteurs (7, 17) sont adjacents dans la région de leurs arbres de sortie (9, 19), o ils sont fixés l'un à l'autre. 3. Groupe de traction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans chaque motoréducteur le moteur électrique (4, 14) s'étend de l'autre côté dudit plan médian (24) par rapport au réducteur (7, 17). 4. Groupe de traction selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux motoréducteurs sont sensiblement identiques. 5. Groupe de traction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un premier plan, passant par les arbres d'entrée (8) et de sortie (9) d'un (7) des réducteurs, est sensiblement perpendiculaire à un second plan passant par les arbres d'entrée (18) et de sortie35 (19) de l'autre réducteur (17). 11 2752778 6. Groupe de traction selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit premier plan est sensiblement horizontal et ledit second plan est sensiblement vertical. 7. Groupe de traction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moteurs électriques (4, 14) sont des moteurs asynchrones polyphasés. 8. Groupe de traction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un groupe générateur (40) composé d'un moteur thermique (41) et d'une génératrice électrique (42) couplée à l'arbre du moteur thermique, le groupe générateur étant relié aux moteurs électriques (4, 14) par l'entremise d'un convertisseur statique (31). 9. Groupe de traction selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moteur thermique (41) et la génératrice (42) sont disposés sensiblement en regard de l'un (4) des moteurs électriques, de l'autre côté du plan médian (24) par rapport à ce moteur, la génératrice et ledit moteur électrique étant sensiblement au niveau des arbres de sortie (9, 19) des réducteurs. 10. Groupe de traction selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le convertisseur s'étend au-dessus de la génératrice (42). 11. Véhicule à traction électrique ou hybride comportant au moins un groupe de traction (1, 30) selon l'une des revendications 1 à 9. 12. Véhicule à traction hybride selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un groupe de traction (30) selon la revendication 8 qui est30 couplé à des roues arrière (2, 3) du véhicule et en ce que le convertisseur (31) est placé à l'avant du véhicule et raccordé à une batterie d'accumulateurs électriques (32) placée entre le convertisseur et le groupe de traction.