Brevet FR2928583A1 — publié le 20090918

TRANSMISSION POUR MACHINE ELECTRIQUE DE VEHICULE HYBRIDE La présente invention concerne une transmission d'une machine électrique, pour l'entraînement d'un véhicule hybride. Les véhicules hybrides comportent généralement une machine électrique reliée à un accumulateur électrique, associée à un moteur thermique pour optimiser le fonctionnement de ce moteur thermique. Suivant les demandes du conducteur et les conditions de circulation, on peut commander les deux motorisations pour notamment apporter avec la machine électrique un complément de couple moteur, recharger les batteries au freinage du véhicule en délivrant un couple de freinage, ou rouler uniquement avec le moteur électrique sans émettre de gaz polluants. On peut ainsi optimiser le fonctionnement du moteur thermique et réduire la consommation de carburant ainsi que les émissions de gaz polluants. Un type connu de véhicule hybride présenté notamment dans le document FR-A1-2723553, comporte un moteur thermique placé à l'avant du véhicule et entraînant les roues avant, ainsi qu'une machine électrique placée longitudinalement entre le train avant et arrière, entraînant directement par un différentiel suivant un rapport de démultiplication constant, le pont arrière du véhicule. Cette disposition permet de réaliser une transmission simple, reprenant un pont du type de ceux utilisés pour des véhicules aux roues arrière motrices. Seulement le fonctionnement de la machine électrique n'est pas optimisé. En effet, les véhicules automobiles pouvant rouler avec une vitesse élevée, il est nécessaire de prévoir une démultiplication de la transmission de la machine électrique, de manière à ce que cette machine puisse supporter la vitesse de rotation importante correspondante. II faut donc une démultiplication pas trop élevée, ce qui par ailleurs réduit le couple moteur que peut délivrer la machine électrique sur les roues, au démarrage du véhicule et aux très basses vitesses. Or il peut être intéressant de disposer d'un couple aux roues assez élevé pour le démarrage du véhicule, avec un appoint de couple fourni par la machine électrique, en particulier dans des conditions difficiles comme un démarrage dans une montée. II faut dans ce cas une démultiplication suffisamment élevée. Une même machine électrique peut difficilement être optimisée pour ces conditions de fonctionnement très différentes. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer une transmission pour une machine électrique d'un véhicule hybride, permettant d'adapter les conditions de fonctionnement de cette machine suivant les exigences de la conduite. Elle propose à cet effet une transmission pour machine électrique de véhicule hybride, ce véhicule comportant un moteur thermique entraînant des roues motrices par une première transmission, et une machine électrique entraînant des roues par une deuxième transmission indépendante de la première, caractérisée en ce que cette transmission comporte au moins deux rapports de démultiplication, qui peuvent être engagés par un actionneur. Un avantage essentiel de cette transmission comportant au moins deux rapports, et que l'on peut à partir d'une même machine électrique fournir à la fois un fort couple aux basses vitesses avec une démultiplication importante de la transmission, et permettre des vitesses élevées du véhicule sans dépasser une vitesse de rotation maximale de la machine, avec une démultiplication plus faible. La transmission pour machine électrique selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, la transmission comporte en plus des différents rapports de démultiplication, un point mort qui désolidarise la machine électrique des roues du véhicule. Avantageusement, les rapports sont engagés par le coulissement axial d'un manchon qui solidarise un pignon libre avec son arbre, ce pignon libre formant un engrenage avec un autre pignon fixé sur un arbre parallèle. La machine électrique peut être directement liée à un premier arbre comportant les pignons fixes, qui engrènent avec les pignons libres portés par un deuxième arbre. Suivant une variante, la transmission comporte deux rapports de démultiplication commandés par un même manchon. Avantageusement, le quotient entre les deux rapports de démultiplication est compris entre 3 et 5. Selon un premier mode de réalisation, la transmission comporte un différentiel disposé sur le même axe que la machine électrique, qui comprend un arbre creux traversé par un arbre de roue lié à ce différentiel. Selon un deuxième mode de réalisation, la transmission comporte un arbre de la machine électrique qui est latéralement décalé par rapport à l'axe du différentiel. Avantageusement, la synchronisation de la vitesse de la machine électrique préalable à l'engagement d'un rapport de démultiplication, est accomplie par une commande électrique de la vitesse de rotation de cette machine, sans utiliser de dispositif de synchronisation par frottement. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un diagramme présentant la demande de couple délivré aux roues par une machine électrique, en fonction de leur vitesse de rotation, avec une transmission selon l'art antérieur comportant un rapport unique ; - la figure 2 est un diagramme présentant le couple correspondant, qui doit être délivré par la machine électrique en fonction de sa vitesse de rotation ; - la figure 3 présente de manière schématique une machine électrique entraînant un essieu, avec une transmission selon l'invention ; - la figure 4 présente en coupe axiale, une vue détaillée d'une transmission selon l'invention, suivant une variante ; et - la figure 5 est un diagramme présentant un couple délivré aux roues par une machine électrique, en fonction de leur vitesse de rotation, avec une transmission selon l'invention. La figure 1 représente sur un diagramme un couple Cr en mN appliqué sur les roues, en fonction de la vitesse de rotation Vr en tr/mn, des roues d'un véhicule hybride. Le couple Cr est le couple demandé en provenance d'une machine électrique, qui vient en complément d'un couple délivré par le moteur thermique pour un fonctionnement optimisé de ce moteur. On souhaite aux basses vitesses du véhicule, pour une vitesse de rotation de la roue inférieure à 200 tr/mn, soit une vitesse du véhicule inférieure à environ 25 km/h, obtenir un couple de l'ordre de 1500 mN qui permet de décoller un véhicule à l'arrêt et de rouler à ces faibles vitesses, même sur une pente. Ensuite à partir de cette vitesse de 25 km/h, on souhaite obtenir un couple qui descende d'abord rapidement, puis moins vite pour tendre vers un couple nul. Pour les vitesses de rotation élevées de la roue, soit environ 1670 tr/mn correspondant à une vitesse du véhicule de 200 km/h, le couple délivré demandé est d'environ 150 mN. Cette courbe Cr décroissante est sensiblement inversement proportionnelle à la vitesse de rotation Vr, ce qui donne une puissance délivrée par la machine électrique sensiblement constante, correspondant à sa puissance maximale. La figure 2 représente sur un diagramme un couple Cmel en mN, délivré par une machine électrique correspondant à la demande ci-dessus, en fonction de sa vitesse de rotation Vmel en tr/mn. On considère une machine électrique dont la vitesse maximum est limitée par construction à 12000 tr/mn, ce qui impose un rapport de démultiplication de la transmission entre cette machine et les roues, de 7,2. La courbe Cmel de la machine électrique reste proportionnelle à celle Cr du couple délivré sur la roue, suivant un rapport constant. Pour obtenir le couple demandé aux basses vitesses, il faut alors que cette machine électrique délivre un couple de 208 mN. Les deux impératifs sur une même machine, de couple élevé aux basses vitesses de rotation, et de vitesse de rotation maximale élevée, sont difficilement réalisables dans un même moteur d'un véhicule hybride. La figure 3 présente une machine électrique 10 disposée parallèlement à l'essieu d'un véhicule, entraînant par une transmission à deux rapports 11, une couronne dentée 12 liée à un différentiel 14. Ce différentiel 14 répartit le mouvement et entraîne deux roues motrices 18, par des arbres de roues 16. La machine électrique 10 se trouve en bout d'un arbre d'entrée 2 comportant deux pignons fixes 4, 6, entraînant chacun par engrènement suivant deux rapports de démultiplication différents, un pignon 5, 7 monté libre sur un arbre parallèle intermédiaire 8. Un manchon de crabotage 9 se trouve axialement entre ces deux pignons libres 5, 7, pour les solidariser alternativement avec l'arbre intermédiaire 8, qui entraîne par un pignon la couronne dentée 12. La machine électrique 10 se trouve latéralement déportée par rapport à l'axe du différentiel 14. La figure 4 détaille une transmission 31 intégrée dans un carter 34, comportant un arbre d'entrée 20 creux supporté par deux roulements, qui est lié à la machine électrique 10 se trouvant axialement placé en bout. La machine électrique 10 comporte aussi un arbre creux dont le creux axial prolonge celui de l'arbre d'entrée 20. L'arbre d'entrée 20 entraîne suivant deux rapports un arbre parallèle intermédiaire 22, lui-même entraînant à son tour un différentiel 40 disposé sur le même axe que l'arbre d'entrée 20. L'arbre d'entrée 20 peut être relié à l'arbre intermédiaire 22 par deux couples de pignons 24, 26 et 28, 30, formant chacun un engrenage transmettant le mouvement d'un arbre à l'autre suivant deux rapports de démultiplication correspondant à deux rapports de vitesse. Chaque pignon moteur 24, 28 des engrenages est solidaire de l'arbre d'entrée 20, alors que chaque pignon récepteur 26, 30 monté libre en rotation sur l'arbre intermédiaire 22, peut être rendu solidaire de cet arbre par un manchon de crabot 32 coulissant axialement. Le manchon de crabot 32 est commandé par une fourchette non représentée, liée à un actionneur piloté par un calculateur de contrôle de la transmission. Entre les deux positions axiales d'extrémité du manchon de crabot 32, engageant alternativement un rapport ou l'autre, le manchon peut rester dans une position centrale de point mort représentée sur la figure, ou aucun rapport n'est engagé. La machine électrique est alors découplée des roues 18 du véhicule. L'arbre intermédiaire 22 comporte un pignon 42 qui est en prise avec une couronne 12, portée par un boîtier du différentiel 40 guidé dans le carter 34 par deux roulements, cet engrenage réalisant une forte démultiplication. Le différentiel 40 comporte dans son boîtier des pignons non représentés, transmettant le mouvement suivant une certaine répartition variable de la vitesse, vers deux arbres de roues non représentés, disposés suivant l'axe de l'arbre d'entrée 20. Un arbre de roue sort d'un côté de la transmission 31 directement hors du carter 34, alors que l'autre arbre de roue sort de la transmission de l'autre côté en traversant l'arbre d'entrée creux 20 et la machine électrique 10, pour déboucher axialement hors de cette machine. On réalise ainsi une transmission compacte, avec un bon rendement, proposant deux rapports de transmission ainsi qu'un point mort, dont la machine électrique peut être disposée d'une manière connue suivant certains types de véhicules hybrides ou électriques, entre les roues entraînées et suivant le même axe que les arbres de roues. La synchronisation de la vitesse de la machine électrique avant le crabotage d'un rapport, peut se faire sans utiliser de dispositif de synchronisation par friction, dispositif qui peut comprendre des cônes de frottement intégrés dans le manchon de passage, ou des disques de frottement. On peut piloter directement la vitesse de cette machine par le calculateur de contrôle de la transmission, pour ajuster cette vitesse lors d'un passage suivant la vitesse cible à atteindre pour engager le nouveau rapport. Le passage des vitesses peut se faire avec un type d'actionneur connu, à commande électrique, hydraulique ou pneumatique, piloté par le calculateur de contrôle de la transmission. Dans le cas d'un manchon de crabot 32 sans dispositif de synchronisation, un simple actionneur fonctionnant en tout ou rien peut suffire. La figure 5 représente sur un diagramme un couple Cr en mN, appliqué sur les roues par une machine électrique liée à une transmission à deux rapports, en fonction de la vitesse de rotation Vr en tr/mn des roues du véhicule. On a un deuxième rapport à faible démultiplication d'environ 7,2, correspondant au rapport présenté figure 1, et permettant au véhicule de rouler à une vitesse maximale de 200 km/h avec une vitesse du moteur d'environ 1670 tr/mn. Entre environ 70 km/h et la vitesse maximale, on reste sur ce deuxième rapport en utilisant la zone de fonctionnement 50. Pour les vitesses plus faibles, inférieures à 70 km/h, on passe sur le premier rapport en utilisant la zone de fonctionnement 52, comportant une forte démultiplication d'environ 20, permettant de délivrer un couple aux roues maximal de 1500 mN à partir d'une machine électrique fournissant un couple de 75 mN. En particulier, un quotient de division entre les deux rapports de démultiplication compris entre 3 et 5, qui est ici précisément de 3,6, permet de répondre aux différentes conditions de fonctionnement. De cette manière on peut limiter la taille, le poids et la puissance de la machine électrique, en adaptant son point de fonctionnement. Ceci permet de réduire aussi la taille des différents composants qui lui sont liés, notamment la commande électronique et les accumulateurs électriques qui l'alimentent. De plus dans le cas d'une utilisation du moteur thermique seul, on peut en passant la transmission au point mort, rouler en limitant les pertes d'énergie dues aux frottements et à l'inertie de la machine électrique. REVENDICATIONS 1 ù Transmission pour machine électrique de véhicule hybride, ce véhicule comportant un moteur thermique entraînant des roues motrices par une première transmission, et une machine électrique (10) entraînant des roues (18) par une deuxième transmission (11, 31) indépendante de la première, caractérisée en ce que cette transmission comporte au moins deux rapports de démultiplication, qui peuvent être engagés par un actionneur. 2 ù Transmission suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en plus des différents rapports de démultiplication, un point mort qui désolidarise la machine électrique (10) des roues (18) du véhicule. 3 ù Transmission suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les rapports sont engagés par le coulissement axial d'un manchon (9, 32), qui solidarise un pignon libre (7, 8, 26, 30) avec son arbre (8, 22), ce pignon libre formant un engrenage avec un autre pignon (4, 6, 24, 28) fixé sur un arbre parallèle (2, 20). 4 ù Transmission suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la machine électrique (10) est directement liée à un premier arbre (2, 20) comportant les pignons fixes (4, 6, 24, 28), qui engrènent avec les pignons libres (7, 8, 26, 30) portés par le deuxième arbre (8, 22). 5 ù Transmission suivant la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte deux rapports de démultiplication commandés par un même manchon (9, 32). 6 ù Transmission suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le quotient entre les deux rapports de démultiplication, est compris entre 3 et 5. 7 ù Transmission suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un différentiel (40) disposé sur le même axe que la machine électrique (10), qui comprend un arbre creux (20) traversé par un arbre de roue lié à ce différentiel.8 ù Transmission suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que l'arbre de la machine électrique (10), est latéralement décalé par rapport à l'axe du différentiel (14). 9 ù Transmission suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la synchronisation de la vitesse de la machine électrique (10) préalable à l'engagement d'un rapport de démultiplication, est accomplie par une commande électrique de la vitesse de rotation de cette machine, sans utiliser de dispositif de synchronisation par frottement.