Brevet FR2934818A1 — publié le 20100212

MOTORISATION HYBRIDE DESTINEE A UN VEHICULE La présente invention est relative à une motorisation hybride destinée à un véhicule, et plus particulièrement à un véhicule à vitesse modérée. Par véhicule à vitesse modérée, c'est à dire roulant par exemple entre 50 km/h et 80km/h à vitesse maximale, on entend un véhicule léger, notamment utilitaire, un véhicule urbain, un véhicule de livraison ou de proximité... Dans une utilisation urbaine ou industrielle, l'utilisation d'un véhicule électrique apporte plusieurs avantages. Ainsi, en zone urbaine et périurbaine, le véhicule électrique contribue efficacement à réduire la pollution de l'air engendrée par les rejets des véhicules 10 à moteur à combustion de plus en plus nombreux. Ensuite, les nuisances sonores issues des bruits des véhicules de voirie, comme la collecte de déchets, le nettoyage des rues et l'entretien des espaces verts par exemple, sont considérées comme très gênantes au quotidien, notamment en raison des heures de passage desdits véhicules de voierie. 15 Le véhicule électrique ne présente pas de nuisance sonore, ce qui est très appréciable pour les habitants des moyennes et grandes villes. Comparativement à un véhicule à moteur thermique, le véhicule électrique est plus performant dans le cas des petits trajets répétitifs, tels que les applications urbaines citées ci-dessus, les collectes diverses, l'arrosage, et la 20 livraison de marchandises, ainsi que certaines applications industrielles de type maintenance ou logistique. En effet, avec un véhicule thermique utilisé en � stop and go �, c'est-à-dire sur des trajets courts entrecoupés d'arrêts prolongés, le moteur n'atteint jamais la température idéale pour fonctionner normalement. Plus en détails, on observe une surconsommation de 50 à 80 % pour le 1e" kilomètre, de 25 à 50 % pour le 2ème kilomètre, et enfin, à partir du hème kilomètre, la consommation devient quasi-normale. Le véhicule électrique se présente comme une solution beaucoup mieux adaptée à une utilisation en � stop and go � car il ne consomme pas d'énergie à l'arrêt, possède un rendement supérieur à 90 % quel que soit le régime moteur. Donc, sur de petits trajets urbains, souvent encombrés, et parcourus en effectuant des arrêts fréquents et des manoeuvres répétitives, l'utilisation d'un véhicule à motorisation électrique est avantageuse. Cependant, les véhicules à motorisation thermique demeurent utilisés pour les trajets plus longs, étant donné l'autonomie plus élevée des moteurs thermiques. Dans le cas d'une utilisation mixte, c'est-à-dire dans laquelle le véhicule doit être utilisé sur des trajets courts entrecoupés d'arrêts prolongés mais aussi sur des trajets plus longs de plusieurs kilomètres, il devient difficile de faire un choix entre une motorisation thermique et une motorisation électrique. Afin de permettre une utilisation mixte, la plupart des motorisations hybrides de l'art antérieur intègrent un dispositif d'accouplement, comparable à une boîte de vitesses, permettant d'entraîner les roues du véhicule avec le moteur électrique et/ou le moteur thermique. Généralement, un dispositif d'accouplement d'une motorisation hybride de l'art antérieur comprend un premier arbre d'entraînement couplé à un moteur électrique, un deuxième arbre d'entraînement couplé à un moteur thermique, et au moins un arbre principal susceptible d'être accouplé par des premiers, respectivement des deuxièmes, moyens de transmission au premier, respectivement au deuxième, arbre d'entraînement sous l'action de moyens de sélection pouvant prendre plusieurs positions. Qu'ils soient à fonctionnement automatique ou manuel, les moyens de sélection et les premiers et deuxièmes moyens de transmission utilisés pour la réalisation des motorisations hybrides de l'art antérieur multiplient le nombre de pièces, notamment d'engrenages, les pertes d'énergie, les risques de défaillance de la motorisation, ainsi que le coût de réalisation de ces motorisations hybrides. Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant une conception simplifiée d'une motorisation hybride, et plus particulièrement d'une motorisation hybride destinée à un véhicule à vitesse modérée, permettant de profiter des avantages d'une motorisation électrique tout en s'affranchissant de ses limites en autonomie grâce à l'apport d'une motorisation thermique, et limitant le nombre de pièces, notamment d'engrenages. A cet effet, l'invention a pour objet une motorisation hybride d'un véhicule, notamment un véhicule à vitesse modérée, comprenant au moins un moteur électrique et au moins un moteur thermique, un premier arbre relié par un variateur à un deuxième arbre entraîné par le moteur thermique, et au moins un arbre principal entraîné par ledit premier arbre par l'intermédiaire de moyens de transmission, ledit arbre principal étant susceptible d'entraîner au moins une roue d'un véhicule, et le moteur électrique étant couplé directement au premier arbre. Plus particulièrement, la présente invention a été développée afin de permettre la réalisation d'un véhicule à vitesse modérée avec une motorisation hybride simplifiée. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard de la figure unique sur laquelle est représentée la motorisation hybride dans un mode de réalisation préféré selon l'invention. Sur la figure unique, on a représenté schématiquement la conception d'une motorisation hybride selon l'invention équipant un véhicule, plus particulièrement un véhicule léger. Ainsi, ladite motorisation hybride comprend au moins un moteur électrique 10 et au moins un moteur thermique 12, un premier arbre 14 couplé au moteur électrique 10, un deuxième arbre 16 couplé au moteur thermique 12 et relié au premier arbre 14 par un variateur 18, et au moins un arbre principal 20 entraîné par ledit premier arbre 14 par l'intermédiaire de moyens de transmission 22. Ledit arbre principal 20 est destiné à entraîner au moins une roue, non représentée sur la figure, d'un véhicule et plus particulièrement un véhicule léger. Le variateur 18 permet de faire varier en fonction de la vitesse du véhicule le 15 rapport de démultiplication entre le deuxième arbre 16 couplé au moteur thermique 12 et le premier arbre 14 entraînant l'arbre principal 20. Ainsi, le variateur 18 permet au moteur thermique 12 de fournir plus de couple à basse vitesse avec une démultiplication plus grande qu'à grande vitesse. Afin de simplifier la conception de ladite motorisation hybride et grâce au 20 variateur 18 permettant de désaccoupler le premier arbre 14 du deuxième arbre 16, le moteur électrique 10 est couplé directement au premier arbre 14. On constate donc que la motorisation hybride selon l'invention favorise l'utilisation du moteur électrique 10, le moteur thermique 12 venant assister le moteur électrique 10 grâce au variateur 18. 25 Plus précisément, grâce au désaccouplement mécanique réalisé par le variateur 18 entre le premier arbre 14 et le deuxième arbre 16, on peut obtenir un fonctionnement en mode purement électrique de ladite motorisation hybride. Avantageusement, le moteur électrique 10 est un moteur de type sans balai, tel qu'un moteur asynchrone ou synchrone à aimant permanent au rotor, piloté par des moyens 24 d'électronique de puissance, tel qu'un variateur de vitesse électronique. Ces moyens 24 d'électronique de puissance, reliés à des moyens d'alimentation 26 en énergie électrique, permettent de piloter le fonctionnement dudit moteur électrique 10 pour régler la vitesse d'entraînement de l'arbre principal 20. L'utilisation d'un moteur électrique 10 sans balais est particulièrement intéressante car il s'agit d'une machine électrique ne présentant pas de pièces de connexion, et donc de frottements, entre le rotor et le stator. Ainsi, lorsqu'il n'est plus alimenté, le moteur électrique 10 autorise un fonctionnement purement thermique de ladite motorisation hybride, c'est-à-dire un entraînement de l'arbre principal 20 uniquement par le moteur thermique 12. Pour les besoins de la motorisation hybride selon l'invention, il est prévu des moyens électroniques 28 de pilotage du fonctionnement du moteur thermique 12. Ces moyens électroniques 28 de pilotage du moteur thermique 12 ainsi que les moyens 24 d'électronique de puissance du moteur électrique 10 forment les moyens de commande 30 électroniques de la motorisation hybride. Lesdits moyens de commande 30 gèrent simultanément l'utilisation des moteurs électrique 10 et thermique 12 de manière à obtenir un fonctionnement en mode électrique, électrique/thermique ou thermique de ladite motorisation hybride avec des transitions progressives entre chaque mode. Selon des variantes de réalisation de l'invention, ces moyens de commande 30 25 électroniques des moteurs électrique 10 et thermique 12 peuvent prendre différentes formes. Par exemple, ces moyens de commande 30 peuvent consister en : une seule carte électronique indépendante, un logiciel de supervision ( ordre de marche ou d'arrêt, consigne d'accélération de couple ou de vitesse, ... ) du moteur thermique intégré aux moyens 24 d'électronique de puissance du moteur électrique 10, notamment un variateur de vitesse électronique, ou un logiciel de supervision du moteur électrique 10 intégré aux moyens électroniques 28 de pilotage du moteur thermique 12, ... Plus précisément, ces moyens de commande 30 permettent de gérer les couples d'entraînement transmis par le moteur électrique 10, respectivement le moteur thermique 12, au premier arbre 14, respectivement le deuxième arbre 16 selon une loi de commande fonction d'au moins un paramètre d'utilisation du véhicule, tel que la consigne d'accélération ou la vitesse souhaitée par l'utilisateur. Selon une première variante, la motorisation hybride est pilotée en vitesse, les moyens de commande 30 utilisant une mesure de la vitesse du véhicule pour ajuster le couple électrique, respectivement le couple thermique, fourni par le moteur électrique 10, respectivement le moteur thermique 12. Selon une deuxième variante, la motorisation hybride est pilotée en couple sur la base d'une consigne d'accélération, les moyens de commande en couple du moteur électrique 10, respectivement du moteur thermique 12, faisant varier la vitesse du véhicule, ladite variation de vitesse étant fonction des couples appliqués et de l'inertie du véhicule. Afin de permettre la conduite du véhicule, lesdits moyens de commande 30 sont reliés à des moyens 36 actionnables par l'utilisateur, tel une pédale d'accélération analogique et un commutateur de marche avant/arrière. Ladite loi de commande est prédéfinie par le constructeur ou par un dispositif approprié fourni à l'utilisateur pour adapter la gestion desdits moteurs (10,12) à au moins un paramètre d'utilisation du véhicule tel la consigne d'accélération. De plus, grâce aux moyens de commande 30, l'utilisateur n'a pas à se préoccuper du choix entre le mode de fonctionnement électrique, électrique/thermique ou thermique de la motorisation hybride, ce choix étant défini par la loi de commande et automatiquement géré par lesdits moyens de commande 30. La loi de commande définit la stratégie d'utilisation du véhicule en favorisant soit une gestion desdits moteurs visant à diminuer la pollution et utilisant donc le moins possible le moteur thermique 12, soit une gestion desdits moteurs visant à économiser l'énergie électrique et utilisant donc le moins possible le moteur électrique 10. A titre d'exemple, dans le cas d'une loi de commande prédéfinie en fonction de la vitesse du véhicule - entre 0 et 20 km/h, la motorisation hybride fonctionne en mode électrique, - entre 20 et 40 km/h, la motorisation hybride fonctionne en mode mixte électrique/thermique, l'utilisation du moteur électrique étant progressivement stoppée tandis que l'utilisation du moteur thermique augmente, - à plus de 40 km/h, la motorisation hybride fonctionne en mode thermique. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens 24 d'électronique de puissance du moteur électrique 10, notamment un variateur de vitesse électronique, reçoivent la consigne d'accélération de la pédale d'accélérateur et le sens de marche souhaité. Ces moyens 24, connaissant la vitesse instantanée du véhicule et d'autres paramètres liés à la stratégie d'utilisation définie par la loi de commande, transmettent un ordre de marche ou d'arrêt ainsi qu'une consigne d'accélération aux moyens électroniques 28 de pilotage du moteur thermique 12. Toujours dans un mode de réalisation préféré de l'invention et dans un but de simplification de ladite motorisation hybride, il est important de préciser que le moteur thermique 12 est couplé directement au variateur 18 par le deuxième arbre 16, et que les moyens de transmission 22 entre l'arbre principal 20 et le premier arbre 14 sont constitués d'un engrenage non débrayable à rapport de démultiplication unique comprenant une première roue dentée 32 solidaire en translation et en rotation du premier arbre 14 et une deuxième roue dentée 34 solidaire de l'arbre principal 20. Avantageusement, ladite deuxième roue dentée 34 fait partie d'un différentiel 38 et l'arbre principal 20 est un train de roues comprenant au moins une roue à chacune de ses extrémités. A titre d'exemple, un procédé d'utilisation pour un véhicule, plus particulièrement pour un véhicule à vitesse modérée, de la motorisation hybride selon l'invention 10 consiste à : - désaccoupler le moteur thermique 12 du deuxième arbre 16 grâce au variateur 18 lors d'une utilisation du véhicule en marche arrière ou à petite vitesse de marche, les moyens 24 d'électronique de puissance permettant de facilement inverser le sens de rotation du moteur électrique 10, 15 - accoupler le moteur thermique 12 au deuxième arbre 16 grâce au variateur 18, ledit deuxième arbre 16 étant entraîné simultanément par le moteur électrique 10, pour une utilisation du véhicule à moyenne vitesse de marche, - ne plus alimenter le moteur électrique 10 et conserver l'accouplement du 20 moteur thermique 12 avec le deuxième arbre 16 grâce au variateur 18 pour une utilisation du véhicule à grande vitesse de marche. REVENDICATIONS1. Motorisation hybride d'un véhicule, notamment un véhicule à vitesse modérée, comprenant au moins un moteur électrique (10) et au moins un moteur thermique (12), un premier arbre (14) relié par un variateur (18) à un deuxième arbre (16) couplé au moteur thermique (12), et au moins un arbre principal (20) entraîné par ledit premier arbre (14) par l'intermédiaire de moyens de transmission (22), ledit arbre principal (20) étant susceptible d'entraîner au moins une roue d'un véhicule, caractérisé en ce que le moteur électrique (10) est couplé directement au premier arbre (14). 2. Motorisation hybride d'un véhicule, notamment un véhicule à vitesse modérée, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de transmission (22) entre l'arbre principal (20) et le premier arbre (14) sont constitués d'un engrenage non débrayable à rapport de démultiplication unique. 3. Motorisation hybride d'un véhicule, notamment un véhicule à vitesse modérée, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur thermique (12) est couplé directement au variateur (18) par le deuxième arbre (16). 4. Motorisation hybride d'un véhicule, notamment un véhicule à vitesse modérée, selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le moteur électrique (10) est de type sans balai. 5. Motorisation hybride d'un véhicule, notamment un véhicule à vitesse modérée, selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le variateur (18) fait varier en fonction de la vitesse du véhicule le rapport de démultiplication entre le deuxième arbre (16) couplé au moteur thermique (12) et le premier arbre (14) entraînant l'arbre principal (20). 6. Motorisation hybride d'un véhicule, notamment un véhicule à vitesse modérée, selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de transmission (22) entre l'arbre principal (20) et le premier arbre (14) sont constitués d'un engrenage non débrayable à rapport de démultiplication unique comprenant une première roue dentée (32) solidaire en translation et en rotation du premier arbre (14) et une deuxième roue dentée (34) solidaire de l'arbre principal (20) faisant partie d'un différentiel (38) et en ce que l'arbre principal (20) est un train de roues comprenant au moins une roue à chacune de ses extrémités.