Brevet FR2837138A1 — publié le 20030919

i OROUPE MOTOPROPULSEUR HYBRIDE ET PROCEDES DE COMMANDE CORRESPONbANT L' invention concerne un groupe motopropulseur pour s vehicule automobile d motorisation hybride electrique et thermique comportant deux moteurs d'entranement, l'un electrique et l'autre thermique, ce groupe motopropulseur etant destine a fonctionner principalement en mode electrique. Plus precisement, cette invention a pour objet un groupe o motopropulseur hybride pour vehicule automobile comportant un moteur thermique entranant par l'intermediaire d'un dispositif de couplage un premier arbre d'entree, une premiere machine electrique accouplee de maniere permanente d un second arbre d'entree et une seconde machine electrique montee sur un volant s du moteur thermique. L'invention a egalement pour objet la commande d'un tel groupe motopropulseur. Wile trouve une application privilegiee, mais non limitative sur un vehicule hybride dont le moteur electrique est une o machine electrique, et destinee a fonctionner principalement en mode electrique Les vehicules strictement electriques vent limites par une faible autonomie et des performances modestes. De plus, ils requierent des temps de charge importants. En particulier, ils ne s vent pas adaptes aux liaisons autoroutieres sur grande distance car la quantite d'energie stockee d bord est limitee par l'encombrement et la masse des accumulateurs embarques. - 2 Pour rendre plus performants et autonomes des vehicules electriques, il a deja ete propose d'embarquer d leur bord des rhoyens de production d'energie electrique comportant un moteur thermique charge d'une part de produire l'energie electrique en s association avec un generGteur, et d'autre part de propulser le vehicule a une vitesse convenable pour des parcours routiers ou cutoroutiers. On connat de nombreux dispositifs de transmission pour de tels vehicules, dits vehicules hybrides, destines d fonctionner io principalement en mode electrique. La publication US 6.059.059 decrit en particulier une architecture de transmission longitudinale pour vehicule hybride repondant d cet objectif. Cette architecture comporte d'une part une unite constituee d'un moteur thermique et d'une i5 premiere machine electrique reliee sans demultiplication par l'intermediaire d'un embrayage a un differential de transmission, et d'autre part une seconde machine electrique reliee en permanence, avec un etage de demultiplication, au meme differential. o Le principal inconvenient de cette architecture est ['absence de demultiplication en mode thermique, qui la rend peu adaptee d differents types de moteurs thermiques, et d des utilisations autres qu'autoroutiere. Pour remedier d cet inconvenient, I'invention propose s d'introduire une demultiplication dans la chane de traction issue du moteur thermique. bans ce but, elle prevoit que les arbres d'entree de la transmission relies respectivement au moteur thermique et d la - 3 machine electrique principale, presentent chacun une denture fixe qui engrene avec deux dentures fixes distinctes diun arbre intermediaire commun relic aux roues du vehicule par l'intermediaire d'un differential. s Sel on un autre aspect de ['invent ion, ces deux arbres d' entree vent coaxioux. Le premier arbre d' entree traverse un rotor diune machine electrique en constituant entre celui-ci et sa propre denture fixe, une liaison souple filtrant les acyclismes. io D'autres caracteristiques et avantages de ['invention apparatront clairement a la lecture de la description suivante d'un mode de realisation particu,ier de celle-ci, en liaison avec le dessin annexe dont la f igure unique correspond a une coupe longitudinGle du groupe motopropulseur propose. i5 La f igure represente I'ensemble du groupe motopropu lseur 10 faisant l tobj et de ['invent ion. Une premiere machine electrique, cite machine electrique principale 100, est constituee d'un stator 101 installe a I'interieur d'un premier carter 200 et d'un rotor 102. Le rotor 102 est soutenu par un o premier roulement 201 porte par le carter 200 et par un second roulement 104 porte par un second carter, ou carter intermediaire 210. Le rotor est creux dans sa partie centrale, et loge un arbre d'entree 120 avec laquel il est lie en rotation par l'intermediaire de cannelures 102a. s Le second carter 210 ferme le compartiment du moteur electrique, et forme avec un troisieme carter 220 un second compartiment isole et capable de contenir un lubrifiant destine a graisser les differents elements de transmission mecanique de - 4 mouvement entre les arbres d' entree et le differential de sortie. Ce compartiment contient le premier arbre d' entree 120 entrane par le moteur electrique 100. L'arbre 120 presente une denture fixe 120a, et est porte par le roulement 211. Il traverse le rotor 102 de la premiere machine electrique 100, et forme une barre souple filtrant les acyclismes entre le rotor et sa propre denture fixe 120a. Le meme compartiment contient egalement un second io arbre d' entree 130, coaxial au premier, et entrane par le moteur thermique. L'arbre 130 presente une denture fixe 130a, et es' sou,enu par le roulement 221 porte par le cGrter 220. Les deux arbres d' entree ont toujours une vitesse differentielle, et l'un est guide dans l'autre par la cage et la butee G aiguilles 131. is Ce compartiment contient egalement un troisieme arbre, ou arbre intermediaire 140, soutenu d'un cote par un roulement 212 dans le carter intermediaire 210, et de l'autre cote par un roulement 222. L'arbre intermediaire 140 presente une premiere denture fixe 140a de sortie de mouvement vers les roues et deux dentures fixes rapportees 141, 142. La denture 141 engrene avec la denture f ixe 120a de l'arbre d' entree 120 pour transmettre ie couple du moteur electrique vers les roues. La denture 142 engrene avec la denture fixe 130a de l'arbre d' entree 130, pour transmettre le couple du moteur thermique vers les roues. L'arbre intermediaire 140 entrane un differential 150 comprenant un botier 151 sur laquel est f ixce une couronne de pont 152. La couronne 152 engrene avec la denture fixe 140a de l'arbre intermediaire 140 pour transmettre le couple des - 5 moteurs electrique et thermique au differential, qui comprend des plonetaires et des satellites non representes. Son botier 151 est soutenu par des roulements 213 dans le carter intermediaire 210, et par des roulements 223 dans le troisieme s carter 220. L'etancheite est assuree par des joints classiques a levres 214 et 224 pour les arbres d'entree, 215 et 225 pour le differential. Dans le troisieme carter 220, ou carter d'embrayage et de differential, est logee une seconde machine electrique 300 o qui a pour fonction de generer du courant electrique lorsqu'elle est entranee par le moteur thermique. La machine 300 comprend un stator 301 et un rotor 302. Le stator 301 est porte par le carter 220, et le rotor 302 est monte sur le volant moteur 310, fixe lui-meme par les vis 402 sur le vilebrequin 401 du moteur is thermique 400. Le volant 301 a une partie cylindrique 310a et une partie en forme de disque 310b. Cette derriere presente une face plane 310c supportant le systeme de friction 320 et le mecanisme d'embrayage 330. Le systeme de friction comporte de fa,con connue un amortisseur de vibrations 321 et un moyeu 322 avec des cannelures internee 322a de liaison avec l'arbre d' entree 130. Le mecanisme 330 est actionne par une butee 340 et commandee par un actionneur pilote par I' unite centrale de gestion de l'energie. En resume, le premier arbre 120 comporte une denture s f ixe 120a et est lie au rotor de la premiere machine electrique par des cannelures 102a, et le second arbre-entree 130 comporte une denture fixe 130a et des cannelures 322a en liaison avec un - 6 moyeu amortisseur de friction d'embrayage de couplage avec le moteur thermique. Par ailleurs, les dentures fixes 120a, 130a des arbres d'entree engrenent avec des dentures fixes 141, 142 de l'arbre s intermediaire 140, qui renvoie et inverse le mouvement par une troisieme denture fixe 14Oa vers une couronne dentee 152 fixce sur le botier 151 du differential 150. Le choix du nombre de dents des dentures f ixes transmettant le couple de premiere machine electrique et du 0 moteur thermique vers les roues permet done d'adapter les rapports de demultiplication en mode electrique et en mode hermique, a differentes mGchines electriques et thermiques et a differents profile de mission du vehicule. Le groupe motopropulseur decrit ci-dessus de fac, on non s limitative, dispose de plusieurs modes de fonctionnement. bans un premier mode de fonctionnement, le moteur thermique est decouple du deuxieme arbre d'entree par l'ouverture de l'embrayage commande par un actionneur. Ce mode de fonctionnement electrique peut par exemple etre impose o jusqu'a un seuil de vitesse, tel que la vitesse limite reglementaire en circulation urbaine. Si le vehicule dispose dinne unite centrale de gestion de l'energie, celle-ci pourra imposer le mode electr ique en fonct ion des informations fo u rn i es par un capteur de vitesse du vehicule. Le moteur thermique est alors s normalement a l'arret, mais sa mise en marche peut cependant etre declenchee automatiquement en mode electrique, en cas de niveau de charge insuffisant des accumulateurs. - 7 Le moteur thermique peut etre mis en marche et couple QU deuxieme arbre d' entree par la fermeture de liembrayage. Le groupe motopropulseur est alors dans un second mode de fonctionnement, dit mode thermique. De preference, la mise en s marche du moteur thermique et la fermeture de I'embrayage interviennent independamment de la volonte du conducteur, le moteur electrique cessant alors d'etre alimente. Lors d'un ralentissement, ie mode electrique pourra bien entendu etre restaure en fonction de l'etat de charge des o accumulateurs, et independamment du choix du conducteur. Le groupe motopropulseur et les procedes de commande proposes presentent encore de nombreux Gvantages dont les principaux vent les suivants. La marche crriere peut etre obtenue tres simplement en i5 mode eiectrique, par une inversion de son sens de rotation. Ce groupe motopropulseur est bien adapte d une implantation transversale dans le vehicule, le moteur principal electrique occupant le volume habituellement reserve d la bote de vitesses, avec un meme encombrement global. o La liaison permanente entre la premiere machine electrique et les roues, et le decouplage du moteur thermique, permettent d'obtenir un premier mode electrique en marche avant ou en marche arriere, et d'adopter une strategic de recuperation d'energie lors des ralentissements du vehicule. s La commande du decouplage du moteur thermique par une unite centrale de gestion de I'energie, permet de demarrer le moteur thermique a ['aide du generateur utilise en moteur, en - 8 fonction d'une consigns imposes par ['unite centrals, ou a la demands du conducteur. Ce decouplage permet aussi de recharger les accumulateurs pendant les roulages en mode electrique ou a s l'arret du vehicule. REVENDICATIONS 1. Groupe motopropu lseur hybride (10) pour veh icu le auto mob i le comportant un moteur thermique (400) entranant par s l'intermediaire d'un dispositif de couplage (320) un premier arbre (120) d'entree, une premiere machine electrique (100) accouplee de maniere permanente d un second arbre (130) d'entree et une seconde machine electrique (300) montee sur un volant (310) du moteur thermique, caracterise en ce que le 0 premier et le second arbre d'entree presentent chacun une denture fixe (120a, 130a) qui engrene avec deux dentures fixes distinctes (141, 142) d'un arbre intermediaire commun (140) relic aux roues du vehicule par l'intermediaire d'un d if f erentiel (150). 2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caracterise en ce que les deux arbres d' entree (120, 130) vent coaxioux. 3. Groupe motopropulseur selon la revendication 1 ou 2, o caracterise en ce que le premier arbre d' entree (120) traverse un rotor (102) de la machine electrique (100) en constituant entre celui-ci et sa propre denture fixe (120a) une liaison souple filtrant les acyclismes. s 4. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, 2 ou 3, caracterise en ce qu'il presente un premier carter (200) renfermant la machine electrique (100), un second carter (210) renfermant les pigeons fixes (120a, 130a) et l'arbre r' - 10 intermediaire (140) et un troisieme carter (220) renfermant la seconde machine electrique (300) le dispositif de couplage(320) et le differential (150). s 5. Oroupe motopropulseur selon la revendication 4, caracterise en ce que les pigeons fixes (120a, 130a) des arbres d'entree et l'arbre intermediaire (140) vent contenus dans un compartiment etanche ferme par le second et par le troisieme carter (210, 220). 6. Procede de commande d'un groupe motopropluseur conforme a l'une des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il presente un premier mode de fonctionnement en propulsion electrique impose jusqu'a un seuil de vitesse preetabli, et un s second mode de fonctionnement en propulsion thermique impose en cas de depassement du dit seuil ou en cas de niveau de charge insuffisant des accumulateurs d'energie embarques a bord du vehicule et en ce que le moteur thermique peut assurer le chargement de la seconde machine electrique dans