Brevet FR2792582A1 — publié le 20001027

DISPOSITIF DE PROPULSION/TRACTION POUR VEHICULE ELECTRIQUE HYBRIDE La présente invention est relative à un dispositif de propulsion pour véhicule électrique hybride et plus particulièrement pour un véhicule hybride mixte. Un véhicule hybride mixte peut simultanément ou alternativement fonctionner en mode hybride série ou en mode hybride parallèle, ce qui permet de bénéficier des avantages de ces deux modes de fonctionnement. La publication EP-648.635 décrit un dispositif de propulsion pour véhicule hybride pouvant fonctionner sélectivement selon le mode hybride série ou hybride parallèle. Ce dispositif comprend un moteur thermique et un moteur électrique connectés à la transmission du véhicule par l'intermédiaire d'un premier et deuxième arbres d'entrée, respectivement, d'un train épicycloidal, l'arbre de sortie dudit train étant connecté à la transmission. Des moyens de commande permettent d'assurer un fonctionnement de type hybride série aux faibles vitesses et aux faibles puissances et un fonctionnement de type hybride parallèle aux vitesses moyennes et élevées. Ce dispositif présente néanmoins plusieurs inconvénients. D'une part, sa structure est complexe en ce sens qu'il comprend, outre le train épicycloïdal, un volant d'inertie pour imposer un sens de rotation à l'arbre de sortie de ce train épicycloidal, et deux freins pour pouvoir bloquer l'un et l'autre des deux arbres d'entrée. D'autre part, la commande de ce dispositif est aussi, complexe. Pour passer du fonctionnement hybride série au fonctionnement hybride parallèle, il faut, à la fois, actionner un frein et accoupler le moteur thermique en agissant sur un embrayage associé à ce moteur. La commande du couple de freinage doit être très précise pour éviter un calage du moteur thermique ou d'autres réactions affectant négativement le confort de conduite ou le niveau de bruit émis par le moteur thermique. En outre, la réalisation d'un véhicule 4x4 sur la base de ce dispositif nécessiterait l'utilisation d'un pont de transmission. Enfin, ce dispositif ne permet pas d'additionner les puissances électriques de l'alternateur et du moteur électrique pour profiter de l'ensemble de la puissance, par exemple en phase d'accélération ou de franchissement de pente. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de traction pour véhicule hybride qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci- dessus et qui en particulier autorise un changement de mode de fonctionnement à iso-régime pour le moteur thermique ainsi qu'un transfert progressif de la puissance transitant par la chaîne hybride série vers la chaîne hybride parallèle. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif de propulsion/traction pour véhicule électrique hybride comprenant: - une chaîne de traction mécanique comportant un moteur thermique dont l'arbre de sortie est accouplé à l'arbre primaire d'une boite de vitesses par un embrayage, - une chaîne de traction électrique comportant un générateur d'énergie électrique entraîné par le moteur thermique, un moteur électrique alimenté par ledit générateur et des moyens de stockage d'énergie électrique alimentés par le générateur, caractérisé en ce que le moteur thermique entraîne un premier train de roues du véhicule et en ce que le moteur électrique entraîne un second train de roues du véhicule. Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'arbre secondaire de la boîte de vitesses entraîne au moins l'une des roues du premier train de roues du véhicule. Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'arbre de sortie du moteur électrique entraîne au moins l'une des roues du second train de roues du véhicule. Selon une autre caractéristique de la présente invention, la boîte de vitesses est une boîte de vitesses robotisée. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le superviseur commande soit l'entraînement simultané des deux trains de roues soit l'entraînement isolé d'un seul des deux trains de roues. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: - la figure unique est un schéma d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. On se réfère au dessin annexé o il apparaît que le mode de réalisation représenté du dispositif selon l'invention comprend une chaîne de traction mécanique comportant un moteur thermique 2 tel qu'un moteur à combustion interne et une boîte de vitesses robotisée 7 d'au moins une partie de la puissance de sortie du moteur 2 à au moins une roue 8 d'un véhicule propulsé par ce dispositif. Un moyen d'accouplement 5 assure la liaison entre l'arbre du moteur thermique 2 et l'arbre d'entrée ou arbre primaire de la boîte de vitesses robotisée 7. Dans le mode de réalisation représenté, le moyen d'accouplement est constitué par un embrayage commandé. Le dispositif comprend en outre une chaîne de traction électrique comportant un générateur d'énergie électrique tel qu'un alternateur 11 et un moteur électrique 9 alimenté par ledit alternateur 11 à travers un onduleur ou hacheur 10. Des moyens de stockage d'énergie 14, tels que des batteries d'accumulateur, sont installés de manière à constituer un réservoir d'énergie " tampon " entre l'alternateur 11 et l'onduleur 10. Dans le mode de réalisation représenté, le moteur électrique 9 entraîne directement au moins l'une des roues de l'essieu arrière d'un véhicule. L'alternateur 11 et le moteur électrique 9 disposent chacun d'une électronique de contrôle réversible 12 et 10 qui leur permet de fonctionner en moteur ou en génératrice. Le dispositif comprend des moyens de commande 1 du fonctionnement de l'alternateur 11 ainsi que des moteurs 2 et 9. Ces moyens sont pratiquement constitués par un calculateur électronique numérique dûment programmé à cet effet, appelé dans la suite " superviseur ". La stratégie de commande exécutée par le superviseur s'appuie sur la connaissance de la valeur de divers paramètres, notamment la demande de couple moteur formulée par le conducteur du véhicule, telle que cette demande est traduite par l'enfoncement d'une pédale d'accélérateur 15, l'état de charge des batteries 14. La référence 3 représente un élément de commande du moteur, par exemple un papillon mortorisé. La référence 6 représente un élément de commande de l'embrayage 5. La référence 13 représente un gestionnaire de batterie qui informe le superviseur sur l'état de charge de la batterie, l'intensité qu'elle débite, la tension à ses bornes, sa température, etc. Le superviseur agit sur les moteurs 2 et 9, sur l'alternateur 11 et sur l'état de l'embrayage 6 par l'élaboration de signaux appropriés de commande respectivement, de l'angle d'ouverture d'un papillon motorisé 3, de l'intensité ou de la fréquence d'alimentation du courant de sortie de l'alternateur 11 et de l'état de l'embrayage 5. Ces signaux de commande sont transmis aux éléments de commande respectivement du moteur thermique 3, de l'embrayage 5 par l'élément de commande 6, au moteur électrique 10 par l'élément de commande 11, à l'alternateur 11 par l'élément de commande 12. La boite de vitesses robotisée 7 est commandée par le superviseur 1. L'utilisation d'une boîte robotisée permet au superviseur 1 de synchroniser au mieux les rotations des axes dans la boîte lors des changements de rapports, ce qui est très favorable au confort de conduite et à la réduction de la consommation et de la pollution. L'alternateur 11 est monté sur l'arbre primaire 18 de la boite robotisée et l'arbre secondaire 19 de la boîte entraîne directement au moins l'une des roues de l'essieu avant du véhicule. Fonctionnement en " tout électrique 4x2 " Aux basses vitesses du véhicule, quand l'état de charge des batteries est jugé satisfaisant par le superviseur, celui-ci maintient le moteur thermique 2 à l'arrêt et l'embrayage 5 débrayé. C'est alors le moteur électrique 9, alimenté par les seules batteries 14, qui fournit toute la puissance nécessaire à la propulsion du véhicule, puissance appliquée directement à l'essieu arrière du véhicule. Toutefois, si un fort couple s'avère nécessaire, par exemple pour un démarrage en pente ou une forte accélération, le moteur électrique situé sur l'arbre primaire peut fournir le complément de couple via la boite de vitesses robotisée 7. Le véhicule fonctionne alors en " tout électrique ", soit en propulsion, soit temporairement en 4x4. Il est à noter que le sélecteur de mode 16 permet au conducteur de " forcer " ce mode de fonctionnement dans certaines circonstances pour minimiser les émissions et le bruit. Incidemment, on notera que le sélecteur 16 peut servir à forcer d'autres modes de fonctionnement, par exemple pour des variantes sportives ou économiques du type hybride, ou un fonctionnement en tout thermique. Fonctionnement en " tout électrique 4x4 " Si le conducteur choisit un mode de fonctionnement 4x4 en tout électrique, un rapport de boîte est engagé et les deux moteurs 9 et 11 entraînent leur essieu respectif. Fonctionnement hybride via la transmission électrique (hybride série) Si les batteries 14 ne disposent pas de l'énergie nécessaire pour assurer la propulsion du véhicule dans des conditions données, du fait d'une décharge antérieure ou d'un mauvais fonctionnement, le superviseur 1 commande la mise en route du moteur thermique et du couple qu'il délivre de manière que l'entraînement de l'alternateur 11 qui en résulte assure la fourniture au moteur électrique 2 d'une énergie suffisante pour que celui-ci délivre à la roue 20 de l'essieu arrière le couple demandé par le conducteur. Aucun rapport de la boîte 7 n'étant alors engagé, l'arbre du moteur thermique 2 est solidaire de l'arbre du moteur électrique 11 situé sur l'arbre primaire. Le moteur thermique 2 peut cependant fournir une puissance supplémentaire pour assurer la recharge des batteries 14 à travers l'alternateur 11. Le superviseur commande en couple le moteur thermique 2 et l'alternateur 11 de manière à respecter une consigne de régime et à limiter la consommation de carburant et donc les émissions nocives, tout en limitant les charges et décharges de la batterie. Le régime du moteur thermique, dans ce cas de fonctionnement, peut être assez bas. Ce mode de fonctionnement hybride est préférable à faible vitesse ou faible puissance. Fonctionnement hybride via la transmission mécanique A partir d'une certaine vitesse du véhicule, le superviseur fait croître le régime du moteur thermique 2 afin de synchroniser celui-ci avec la vitesse de rotation de l'arbre primaire 18 de la boîte de vitesses 7, de manière à assurer, sans à- coups, la transmission d'une puissance mécanique importante venue du moteur 2 à la roue 8 du véhicule. La synchronisation s'effectue de manière à satisfaire en permanence le couple demandé à la roue. Quand l'embrayage est accouplé, le couple du moteur électrique 9 et du moteur électrique situé sur l'arbre primaire sont réduits simultanément tout en conservant à la roue un couple correspondant à la demande conducteur grâce au moteur thermique. Le moteur électrique 11 peut alors être éteint et c'est le seul moteur thermique 2 qui fournit toute la puissance mécanique nécessaire à la propulsion du véhicule. Si le superviseur perçoit une forte demande de puissance de la part du conducteur ou si ce dernier souhaite un fonctionnement 4x4 en hybride, le superviseur 1 commande le moteur électrique 9 pour que ce dernier fournisse la puissance complémentaire sur l'essieu arrière. Evidemment, si les batteries 14 sont déchargées, le moteur thermique 2 peut fournir une puissance supplémentaire pour recharger ces batteries, à travers l'alternateur 11 via l'arbre primaire 18. Egalement, on comprend que lors d'une phase de freinage, l'énergie de freinage peut être récupérée et transformée en énergie électrique par l'alternateur 11 et le moteur électrique 9 afin de recharger les batteries 14. Lorsque le superviseur décide de procéder à un changement de rapport de la boîte en mode de fonctionnement hybride, afin de minimiser les émissions et la consommation et de satisfaire la demande conducteur, le couple du moteur thermique est diminué et, simultanément, le moteur électrique 9 situé sur l'essieu arrière compense cette perte de couple dans la limite de ses performances. Le changement de rapport s'effectue pendant que le moteur électrique situé sur l'essieu arrière propulse le véhicule en réalisant le couple demandé par le conducteur. Le rapport étant enclenché, le couple du moteur électrique diminue et simultanément le couple du moteur thermique augmente d'une valeur égale de manière à satisfaire la demande en couple du conducteur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation de la figure. C'est ainsi que, tout en gardant un moteur électrique sur l'arbre primaire, le moteur électrique sur l'essieu arrière peut être monté sur l'arbre secondaire; mais dans ce cas on ne disposera plus de la transmission 4x4. Les moteurs électriques 9 et 11 peuvent aussi assurer des fonctions d'antipatinage et d'antiblocage de frein sur les essieux. Il apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre les objectifs visés, à savoir fournir un dispositif pour véhicule hybride qui soit de structure simple, à nombre réduit de composants, et de fonctionnement souple par changement sans à-coups de modes de fonctionnement. A cet égard, le fonctionnement hybride " série " permet de bénéficier de la souplesse d'utilisation du moteur thermique, notamment pour limiter les émissions nocives lors de démarrages à froid, de limiter les charges et décharges des batteries, et d'utiliser une transmission à nombre de rapports réduits. Le fonctionnement hybride " parallèle " permet de bénéficier d'un bon rendement de la chaîne de transmission et de bonnes performances et, sauf lorsque le conducteur demande une forte puissance, de se passer du moteur électrique. Quand l'énergie mécanique de propulsion est délivrée par le seul moteur électrique, l'embrayage est débrayé, ou la boite de vitesses est mise au point mort. Si I 'embrayage est débrayé, il est possible d'additionner la puissance de l'alternateur 11 fonctionnant en moteur à celle du moteur électrique 9 sur l'essieu arrière et ainsi de franchir des pentes plus importantes ou de réaliser des accélérations plus vives. L'alternateur joue aussi le rôle de démarreur ce qui permet de se dispenser d'un démarreur. De plus, ce dispositif associe le concept 4x4 sans pont arrière en tout électrique ou en hybride, ce qui améliore la tenue de route. Elle permet aussi de réduire le dimensionnement de la chaîne de traction électrique en prenant deux petits moteurs électriques, tout en satisfaisant le démarrage en pente et la vitesse maximale du véhicule. Le freinage récupératif peut en outre être maximisé puisqu'il s'effectue sur les deux essieux, sans perturber le comportement du véhicule. En outre, les changements de rapport sur ce type de véhicule ne sont pas ressentis par le conducteur puisque le moteur électrique situé sur l'essieu arrière assure la propulsion du véhicule: on a donc un ressenti d'une transmission continue. Le superviseur peut aussi, en fonction des informations qu'il reçoit, commander les divers modes de fonctionnement du dispositif selon l'invention, notamment en tout électrique 4x2 ou 4x4 ou en hybride 4x4. Une autre variante de l'invention consisterait à monter l'alternateur 11 entre le moteur thermique et la boîte de vitesses robotisée, l'embrayage n'étant alors plus nécessaire; en tout électrique, la boîte de vitesses 7 serait au point mort et le véhicule serait propulsé par le moteur électrique 9. En mode de fonctionnement hybride tout thermique, l'alternateur 11 a pour fonction de synchroniser en vitesse le régime du moteur thermique 3 pendant les changements de rapports ou les changements de mode (tout électrique vers hybride). REVENDICATIONS 1) Dispositif de propulsion/traction pour véhicule électrique hybride comprenant: - une chaîne de traction mécanique comportant un moteur thermique (2) dont l'arbre de sortie est accouplé à l'arbre primaire d'une boîte de vitesses (7) par un embrayage (5), - une chaîne de traction électrique comportant un générateur (12) d'énergie électrique (11) entraîné par le moteur thermique (2), un moteur électrique (9) alimenté par ledit générateur (11) et des moyens de stockage (14) d'énergie électrique alimenté par le générateur (11), caractérisé en ce que le moteur thermique (2) entraîne un premier train de roues du véhicule et en ce que le moteur électrique (9) entraîne un second train de roues du véhicule. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre secondaire de la boîte de vitesses (7) entraîne au moins l'une des roues du premier train de roues du véhicule. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de sortie du moteur électrique entraîne au moins l'une des roues du second train de roues du véhicule. 4) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boîte de vitesses (7) est une boîte de vitesses robotisée. ) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le superviseur (1) commande soit l'entraînement simultané des deux trains de roues soit l'entraînement isolé d'un seul des deux trains de roues.