Brevet FR2857631A1 — publié le 20050121

La présente invention concerne un dispositif de génération d'un moment de lacet sur un véhicule automobile. Lorsqu'un véhicule décrit une trajectoire courbe, les roues extérieures doivent parcourir une distance plus importante que les roues intérieures dans le 5 même intervalle de temps, la vitesse angulaire des roues extérieures est donc plus importante que celle des roues intérieures. Les roues de l'essieu non moteur sont montées folles et peuvent donc tourner à des vitesses différentes. Toutefois, dans certaines situations d'accélération ou de décélération 10 brusque en courbe et notamment dans des courbes à faible rayon de courbure, le véhicule peut se trouver dans une situation limite d'adhérence au sol. Ceci est encore renforcé par le fait que sous l'effet de la force centrifuge, il se produit un transfert de la masse du véhicule vers l'extérieur. Les roues extérieures sont donc plus chargées que les roues intérieures. Afin de contrôler au mieux la trajectoire du véhicule, il est donc nécessaire de le munir d'un dispositif capable de générer sur celui-ci un moment de lacet. Les dispositifs actuels existant sur les véhicules à deux roues motrices du type traction ou propulsion - utilisent soit uniquement les freins, soit 20 l'action combinée et coordonnée des freins et du moteur pour générer ce moment de lacet. Dans le premier cas, on applique un freinage plus prononcé sur les roues intérieures que sur les roues extérieures. L'inconvénient de cette solution est que simultanément à la génération du moment de lacet, il se produit également une 25 action de freinage du véhicule qui n'est pas nécessairement souhaitée par le conducteur, ni même souhaitable pour sa sécurité. Dans le second cas, on active le moteur pour accroître la vitesse de rotation des deux roues motrices du véhicule et simultanément on applique un freinage plus prononcé sur la roue motrice intérieure. Cette action de freinage est nécessaire car la plupart des véhicules sont équipés d'un différentiel classique - ou "libre" - qui transmet le mouvement de rotation d'un arbre moteur, tel que l'arbre de sortie de la boîte de vitesses, à deux demi-arbres généralement coaxiaux qui portent chacun une roue motrice. Un tel différentiel a pour fonction de permettre aux deux roues motrices opposées d'un véhicule de tourner à des vitesses différentes dans les courbes ou les virages. Or, ce différentiel permet uniquement de transmettre 50 % du couple moteur fourni par l'arbre moteur à chaque roue motrice d'un même essieu. En conséquence, pour pouvoir créer exclusivement un couple de lacet sans accélération ou freinage résiduel, il est nécessaire de superposer à l'action du moteur une action de freinage. Toutefois, ceci amène à une consommation excessive du véhicule. En outre, cette seconde solution ne peut s'appliquer qu'aux roues 10 motrices du véhicule. Enfin, les performances du moteur ne permettent pas forcément d'exercer une action combinée d'activation du moteur et de freinage. En conséquence, l'objectif de l'invention est de permettre, par des moyens simples et de mise en oeuvre facile, de générer un moment de lacet sur un 15 véhicule automobile au moment où celui-ci se déplace selon une trajectoire courbe, et ce sans freinage ni accélération résiduelle et sans consommation excessive. L'invention concerne un dispositif de génération d'un moment de lacet sur un véhicule automobile entraîné par un groupe moto-propulseur et comprenant au moins un essieu non moteur composé de deux demi-arbres coaxiaux, 20 portant chacun une roue non motrice du véhicule. L'invention est remarquable en ce qu'elle comporte un dispositif dit "d'activation" commandé par une machine électrique apte, lorsque le véhicule suit une trajectoire courbe, à appliquer aux deux demi-arbres des couples de sens contraire, de façon à accélérer la vitesse de rotation du demi-arbre le plus rapide, 25 qui correspond à la roue extérieure, et, au contraire, à freiner le demi-arbre le plus lent, qui correspond à la roue intérieure, et à générer ainsi un moment de lacet sur ledit véhicule. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, mais non limitatives, de l'invention, prises seules ou en combinaison: 30 - ladite machine électrique est intercalée entre les deux demi-arbres, l'un de ces demi-arbres étant solidaire du rotor et l'autre du stator de cette machine électrique; - le dispositif comporte deux trains épicycloïdaux dont ladite machine électrique entraîne la couronne de l'un des trains, et qui sont interposés sur 35 une liaison cinématique assurant la connexion desdits demi-arbres entre eux; - le dispositif comporte une paire de trains épicycloidaux adjacents et coaxiaux, dont les pignons planétaires sont jumelés et coaxiaux et forment un ensemble unitaire guidé en rotation dans un palier fixe, ladite machine électrique entraînant la couronne de l'un des trains, la couronne de l'autre train étant fixe, 5 chacun de ces demi-arbres portant une manivelle qui supporte un pignon satellite et assure son guidage en rotation, l'un de ces pignons satellites étant en prise avec la couronne fixe, tandis que l'autre est en prise avec la couronne qui est entraînée par la machine électrique; - les rayons des pignons planétaires et des pignons satellites des deux 10 trains sont identiques; - ladite machine électrique est une machine électrique réversible, apte à fonctionner sélectivement soit en mode "moteur" pour accélérer la vitesse de rotation du demi-arbre le plus rapide et diminuer la vitesse de rotation du demiarbre le plus lent, soit en mode "générateur", en freinant le demi-arbre le plus rapide 15 et en accélérant le demi-arbre le plus lent; - la vitesse de rotation et/ou, le cas échéant, le mode de fonctionnement - en "moteur" ou en "générateur" de ladite machine électrique sont commandés par un actionneur susceptible d'être piloté de manière volontaire par le conducteur du véhicule au moyen d'un dispositif de commande manuelle; - la vitesse de rotation et/ou, le cas échéant, le mode de fonctionnement de ladite machine électrique sont commandés par un actionneur susceptible d'être piloté de manière automatique à partir d'un calculateur équipant le véhicule et qui reçoit de différents capteurs équipant le véhicule au moins l'une des informations suivantes: - la position angulaire du volant de direction, la vitesse de rotation de chacune desdites roues motrices, - la vitesse du véhicule en direction longitudinale, - la vitesse de lacet du véhicule, l'angle d'attitude du véhicule, - l'accélération du véhicule suivant la direction latérale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés qui en représentent, à simple titre d'exemple non limitatif, des modes de réalisation possibles. Sur ces dessins: - la figure 1 est une vue schématique montrant un premier mode de réalisation possible de l'invention qui fait usage d'une machine électrique à rotor et stator directement associé à l'essieu non moteur d'un véhicule automobile; - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques respectivement de côté et de face d'un train épicycloidal simple; - la figure 4 est une vue schématique d'une paire de trains épicycloidaux adjacents dont les pignons planétaires sont jumelés en formant un ensemble unitaire; - la figure 5 illustre un second mode de réalisation possible de 10 l'invention qui fait usage d'une paire de trains épicycloidaux telle que celle représentée sur la figure 4; - la figure 6 est un schéma illustrant le fonctionnement - pour ce qui est du transfert de couple des premier et second modes de réalisation de l'invention (figures 1 et 5). Le principe à la base de l'invention est d'utiliser un mécanisme actif, commandé par une machine électrique, laquelle est de préférence réversible. Deux modes de fonctionnement de la machine électrique sont à distinguer, à savoir le mode actif (moteur) avec une action d'entraînement et le mode passif (générateur) avec une action de freinage. Dans le premier cas (mode moteur), l'activation du dispositif va permettre d'accélérer la roue la plus rapide, c'est-à-dire la roue extérieure, par rapport à la roue intérieure et freiner la roue la plus lente, c'est-à-dire la roue intérieure, par rapport à la roue extérieure. Dans le second au contraire, l'activation du dispositif permet de 25 freiner la roue la plus rapide, c'est-à-dire la roue extérieure, par rapport à la roue intérieure et d'accélérer la roue la plus lente, c'està-dire la roue intérieure, par rapport à la roue extérieure. Ce dispositif d'activation commandé par la machine électrique est positionné entre les deux demi-arbres de l'essieu non moteur, c'est-àdire l'essieu qui 30 ne reçoit pas de couple de l'arbre moteur. Un essieu non moteur, comme celui illustré sur la figure 1, comprend deux demi-arbres de transmission coaxiaux 10a, 1Ob, d'axe commun X-X'. L'extrémité de chaque demi-arbre 10a, lO0b porte une roue non motrice Ra, respectivement Rb. Les deux demi-arbres Ra, Rb sont guidés dans des paliers fixes (non représentés). Par ailleurs, on a désigné par la référence 2 une machine électrique, dont le stator est référencé 21 et le rotor 22. L'un des demi-arbres (10a) est solidaire du stator 21, tandis que l'autre (lOb) est solidaire du rotor 22. De manière schématique, on a figuré par la référence K un système de pilotage de la machine électrique 2. Ce système peut être manuel, pouvant être actionné de manière volontaire par le conducteur du véhicule. Cependant, de préférence, il s'agit d'un système de pilotage automatique qui reçoit de différents capteurs des informations en temps réel sur le comportement du véhicule. Ces paramètres peuvent consister notamment dans la position angulaire du volant de direction, la vitesse de rotation de chacune des roues motrices, la vitesse du véhicule en direction longitudinale, la vitesse de lacet du véhicule, l'angle d'attitude du véhicule et/ou l'accélération du véhicule selon la direction latérale. Cet énoncé n'est pas limitatif. Bien entendu, toutes ces données sont traitées par un logiciel approprié qui fournit ensuite un ordre de commande, par exemple sous la forme d'une intensité de courant électrique symbolisée par la flèche I sur la figure 1. En fonction de cette intensité, on peut obtenir: - soit une liberté totale du mouvement de rotation du rotor par 20 rapport au stator - cette possibilité étant utilisée lorsque le véhicule est en ligne droite ou suit une très faible courbe; - soit - lorsque le véhicule suit une trajectoire courbe - une accélération contrôlable du rotor 22 par rapport au stator 21 lorsque la roue Rb est la roue extérieure ou inversement une accélération du stator 21 par rapport au rotor 25 22 lorsque la roue Ra est la roue extérieure. Dans ce cas, on augmente la vitesse différentielle entre les deux roues de l'essieu. Dans le cas où on a affaire à une machine électrique réversible, pouvant agir en tant que générateur, la machine électrique 2 peut également assurer un freinage du rotor par rapport au stator. Ceci a pour effet de limiter la vitesse 30 différentielle entre les deux roues de l'essieu. Dans cette hypothèse, l'énergie est récupérée sous forme d'un courant électrique susceptible d'être utilisé à d'autres fins, ou d'être stocké dans une batterie. La figure 6 permet de comprendre l'effet qui résulte de l'utilisation du dispositif d'activation sur le plan de l'application du couple à chacune des deux 35 roues Ra, Rb dans un virage ou dans une courbe. Si on fait abstraction des pertes de couple dues au frottement, le dispositif d'activation constitué par la machine électrique 2 va appliquer deux couples de sens opposés sur les roues gauche et droite du véhicule en générant ainsi un moment de lacet sur celui-ci. On transfèere ainsi une partie AC du couple de la roue intérieure (la plus lente) à la roue extérieure (la plus rapide). La configuration illustrée sur la figure 1 offre l'avantage de la simplicité du positionnement de la machine électrique. L'intégration de cette machine se trouve donc simplifiée. Le dispositif conforme à l'invention n'induit ni freinage, ni accélération résiduelle sur l'essieu. En outre, une telle machine électrique consomme très peu d'énergie de par son positionnement entre les deux roues de l'essieu et grâce à ses possibilités de réversibilité de fonctionnement. Enfin, le dispositif est fiable puisque même en cas de défaillance de la machine électrique, par exemple par suite du dysfonctionnement de son système de pilotage, l'essieu non moteur continue de fonctionner. Le mode de réalisation de l'invention qui vient d'être décrit, s'il offre l'avantage d'une extrême simplicité, présente un inconvénient lié au fait que le stator 20 et le rotor de la machine électrique sont tous deux rotatifs. Il en découle une difficulté pour l'alimentation de la machine électrique, laquelle nécessite la mise en oeuvre de contacts électriques tournants, du genre bague et balai. Le mode de réalisation de la figure 5, s'il présente l'inconvénient d'une plus grande complexité mécanique, permet d'utiliser une machine électrique 25 fixe, dont l'alimentation électrique peut se faire de manière plus simple. Pour comprendre la structure et le fonctionnement de ce mode de réalisation, il sera tout d'abord rappelé en référence aux figures 2 et 3 ce qu'est un train épicycloidal, puis, en référence à la figure 4, il sera présenté un mécanisme à double train épicycloidal du genre mis en oeuvre sur le mode de réalisation illustré 30 sur la figure 5. Le train épicycloidal 3 représenté sur les figures 2 et 3 comprend trois éléments d'engrenage principaux, à savoir un pignon central 30 dit "pignon planétaire", une couronne circulaire à denture intemrne 32, appelée "couronne", et un pignon 31 appelé "pignon satellite". Le pignon 30 et la couronne 32 sont portés par des axes centraux 300, 320 coaxiaux. Le pignon 31 est porté par une manivelle 310 guidée en rotation sur l'axe 300. Les axes 300 et 320 sont guidés dans des paliers fixes. Dans un tel mécanisme, le pignon satellite est soumis à deux mouvements principaux, à savoir un mouvement de rotation autour de son propre axe et un mouvement de révolution de son axe autour du planétaire. Pour que le mécanisme puisse transmettre un 5 mouvement, il suffit d'immobiliser l'un des axes, l'un des trois autres axes devenant alors moteur tandis que l'autre est récepteur. En fonction du choix de l'axe qui a été immobilisé, on obtient un certain nombre de combinaisons possibles quant à la valeur de la démultiplication obtenue et au sens d'entraînement. Le mécanisme illustré sur la figure 4 comprend deux trains 10 épicycloidaux T1 et T2, adjacents et coaxiaux. Pour désigner des éléments identiques et similaires à ceux des figures 2 et 3, on a utilisé les mêmes chiffres de référence, en les affectant de l'indice "prime" pour le train T2. I sera noté que pour le train T2, la couronne 32' possède non seulement une denture interne 321', mais également une denture externe 322'. 15 La denture interne de la couronne 32 porte la référence 321. Dans l'agencement illustré, les deux planétaires 30 sont jumelés formant une pièce unique comprenant deux pignons identiques 301 et 301', solidaires l'un de l'autre. L'ensemble 30 est guidé en rotation sur l'arbre 311 portant la manivelle 310 du pignon satellite 31. Cet arbre 311 est coaxial à l'arbre 311' qui 20 porte le pignon satellite 31'. La couronne 32 du train T1 est fixe, tandis que celle 32' du train T2 est libre en rotation, coaxialement à l'arbre 311'; des moyens appropriés, non représentés, assurent le guidage en rotation de la couronne 32' autour de son axe. La machine électrique 400 a un arbre de sortie 40 guidé en rotation 25 dans un palier fixe 41. Cet arbre porte un pignon 4 servant à entraîner en rotation la couronne 32' du train T2. Le train T1 peut être dénommé "train amplificateur / réducteur" tandis que le second train T2 peut être appelé "train inverseur". Sur le premier train, et du fait que la couronne 32 est maintenue fixe, 30 il se créé une amplification de vitesse - et donc une réduction du couple - entre le porte satellite et le planétaire. Le planétaire est monté fou et le porte satellite est relié à l'un des demi-arbres de transmission. Sur le second train, le planétaire correspond au planétaire du premier train, le porte satellite est relié à l'autre demiarbre de transmission, et enfin la couronne est entramnée par l'arbre moteur 40. Si on reprend les différentes équations qui régissent le fonctionnement d'un tel dispositif, sur le plan des vitesses et des couples, on constate que la vitesse de la couronne 32' de ce second train T2 reprend la différence des vitesses entre le planétaire et le porte satellite dans le rapport des rayons qui leur sont associés. En choisissant judicieusement les rayons des satellites et des planétaires, pour ces deux trains, il devient ainsi possible de faire en sorte que 5 la couronne du second train tourne à une vitesse de rotation qui est proportionnelle au différentiel de vitesses entre les deux arbres de transmission 311, 311'. Une configuration particulière, et qui est avantageusement reprise ici, consiste à choisir des rayons identiques pour les pignons satellites et pour les pignons planétaires. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le système à double train de la figure 4 fait office de dispositif d'activation, intercalé entre les deux demiarbres 10a, 0lob. La manivelle porte satellite 310 du premier train est solidaire du demiarbre 10a, tandis que la manivelle porte satellite 310' du second train est 15 solidaire de l'autre demi-arbre 1Ob. L'ensemble 30 est guidé en rotation dans un palier fixe 33. Comme pour le premier mode de réalisation, le second mode de réalisation permet de réaliser un transfert de couple de la roue intérieure vers la roue extérieure la plus chargée et la plus rapide, par pilotage approprié de la machine 20 électrique 400. A cet égard, le schéma de principe de la figure 6 peut s'appliquer à ce second mode de réalisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de génération d'un moment de lacet sur un véhicule automobile entraînm par un groupe moto-propulseur et comprenant au moins un essieu non moteur composé de deux demi-arbres coaxiaux (10a, 0lob), portant chacun une roue non motrice (Ra, Rb) du véhicule, caractérisé par le fait qu'il 5 comporte un dispositif dit "d'activation" commandé par une machine électrique (2; 400) apte, lorsque le véhicule suit une trajectoire courbe, à appliquer aux deux demi-arbres (10a, l0b) des couples de sens contraire, de façon à accélérer la vitesse de rotation du demi-arbre (10a, lO0b) le plus rapide, qui correspond à la roue (Ra, Rb) extérieure et, au contraire, à freiner le demi-arbre (0lob, 10a) le plus lent, qui 10 correspond à la roue (Rb, Ra) intérieure et à générer ainsi un moment de lacet sur ledit véhicule. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite machine électrique (2) est intercalée entre les deux demi-arbres (10a, 0lob), l'un (10b) de ces demi-arbres étant solidaire du rotor (22) et l'autre (10a) du stator 15 (21) de cette machine électrique (2). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte deux trains épicycloidaux (T1, T2) dont ladite machine électrique (400) entraine la couronne (32') de l'un (T2) des trains (T1, T2), et qui sont interposés sur une liaison cinématique assurant la connexion desdits demi-arbres (10a, 10b) entre 20 eux. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comporte une paire de trains épicycloidaux (Tl, T2) adjacents et coaxiaux, dont les pignons planétaires (301, 301') sont jumelés et coaxiaux et forment un ensemble unitaire (30) guidé en rotation dans un palier fixe (33), ladite machine électrique 25 (400) entraînant la couronne (32') de l'un (T2) des trains (T1, T2), la couronne (32) de l'autre train (T1) étant fixe, chacun de ces demi-arbres (10a, 10b) portant une manivelle (310, 310') qui supporte un pignon satellite (31, 31') et assure son guidage en rotation, l'un (31) de ces pignons satellites étant en prise avec la couronne fixe (32), tandis que l'autre (31') est en prise avec la couronne (32') qui est entramînée par 30 la machine électrique (400). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que les rayons des pignons planétaires (301, 301') et des pignons satellites (31, 31') des deux trains (T1, T2) sont identiques. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite machine électrique (2; 400) est une machine électrique réversible, apte à fonctionner sélectivement soit en mode "moteur" pour accélérer la vitesse de rotation du demi-arbre (10a, 10b) le plus rapide et diminuer la vitesse de 5 rotation du demi-arbre (lob, 10Oa) le plus lent, soit en mode "générateur", en freinant le demi-arbre (10a, 10b) le plus rapide et en accélérant le demi-arbre (0lob, 10a) le plus lent. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de rotation et/ou, le cas échéant, le mode de fonctionnement 10 en "moteur" ou en "générateur" - de ladite machine électrique (2; 400) sont commandés par un actionneur susceptible d'être piloté de manière volontaire par le conducteur du véhicule au moyen d'un dispositif de commande manuelle. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vitesse de rotation et/ou, le cas échéant, le mode de fonctionnement de ladite 15 machine électrique (2; 400) sont commandés par un actionneur susceptible d'être piloté de manière automatique à partir d'un calculateur équipant le véhicule et qui reçoit de différents capteurs équipant le véhicule au moins l'une des informations suivantes: -la position angulaire du volant de direction, 20 - la vitesse de rotation de chacune desdites roues motrices, - la vitesse du véhicule en direction longitudinale, - la vitesse de lacet du véhicule, - l'angle d'attitude du véhicule, l'accélération du véhicule suivant la direction latérale.