Brevet FR2946291A1 — publié le 20101210

GR> UPE MOTOPROPUSEUR POUR VEHICULE ELECTRIQUE A DEUX ARBRES PERMETTANT D'OBTENIR DEUX RAPPORTS DE TRANSMISSION EE _ La présente invention concerne un groupe motopropulseur pour véhicule à propulsion électrique comprenant une machine électrique agissant sur une transmission assurant la liaison avec les roues. Plus précisément, elle a pour objet un groupe motopropulseur pour véhicule électrique, comprenant une machine électrique qui entraîne les roues du véhicule par l'intermédiaire d'un mécanisme de changement de vitE à arbres parallèles et à engrenages sur deux rapport de marche avant. Les groupes motopropulseurs actuels pour véhicules électriques sont constitués d'un unique moteur électrique, et d'une transmission simple du type réducteur de vitesses. La liaison entre le moteur et la transmission est directe et permanente, sans embrayage, car la particularité des moteurs électriques est de pouvoir délivrer leur couple maximal sur une certaine plage de régime dont la borne inférieure est la vitesse nulle. Le rapport unique du réducteur est en prise en permanence et, à l'arrêt du véhicule, le moteur est à l'arrêt. Le choix du rapport unique de la transmission tient alors compte de la capacité en démarrage du véhicule qui requiert une forte démultiplication, et de la vitesse maximale du véhicule qui requiert une faible démultiplication. Si le premier critère est privilégié, la machine électrique et l'arbre d'entrée de la transmission peuvent atteindre un régime de rotation trop élevé, qui conduit à des difficultés de conception en particulier des dentures (bruit et écaillage) et des roulements. Si le deuxième critère est privilégié, le régime de rotation maximal pose moins de difficultés, mais celles-ci peuvent apparaître pour décoller le véhicule dans des cas particuliers de pente importante, de fortes charges, ou de faiblesse des batteries. Dans la pratique, le choix du rapport de transmission résulte donc d'un compromis entre ces deux critères. Par ailleurs, tout comme les moteurs thermiques, les moteurs électriques ont des zones de fonctionnement optimales à partir d'un certain couple et d'une certaine vitesse, dont il faut également tenir compte. Pour améliorer l'efficacité du groupe moto propulseur électrique, en plus d'optimiser la taille du moteur, il a déjà été proposé d'utiliser sur les véhicules électriques, des transmissions à deux rapports. Toutefois, le plus souvent, la liaison entre le moteur et la transmission est directe et permanente, sans embrayage, avec des problèmes de commande et de confort de passage des vitesses. La présente invention a pour but d'assurer le c des rapports dans les meilleures conditions. Dans ce but, elle prévoit que les deux rapports soient obtenus par l'engrènement d'un pignon fixe porté par l'arbre primaire du mécanisme de changement de vitesses avec un pignon tournant fou sur l'arbre secondaire de ce mécanisme. Selon un premier mode de réalisation, chaque pignon fou possède un crabot, et un groupe de crabotage comprenant un moyeu et un baladeur, est intercalé entre les deux pignons fous. Selon un second mode de réalisation, chaque pignon fou possède un crabot et un groupe de synchronisation et de crabotage c .prenant un moyeu, un baladeur et deux anneaux de synchronisation est intercalé entre les deux pignons fous, Selon un troisième mode de réalisation, une roue libre est associée au pignon fou du rapport le plus court, et un dispositif de couplage est associé au pignon fou du rapport le plus long. Selon un quatrième mode de réalisation, un dispositif de crabotage est associé à la roue libre. Selon un cinquième mode de réalisation, un dispositif 10 de couplage est associé à chaque pignon fou. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de cinq modes de lisation non limitatifs de celle-ci, en se reportant aux ins annexés, sur lesquels 15 la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un groupe motopropulseur conforme au premier mode de réalisation de l'invention, comportant un dispositif de crabotage double intercalé entre deux pignons fous, 20 la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale du même motopropulseur passant dans le plan par le rapport de démultiplication long et dans le plan de la couronne de pont, la figure 3 est une vue schématique en coupe 25 longitudinale d'un groupe motopropulseur conforme au second mode de réalisation, comportant un dispositif double de synchronisation et de crabotage intercalé entre deux pignons fous, la figure 4 est une vue schématique en coupe 30 longitudinale d'un groupe motopropulseur conforme au troisième mode de réalisation, comportant un dispositif de couplage de type roue libre associée au pignon fou du rapport le plus court et un dispositif de couplage de type embrayage sans crabotage associé au pignon du rappo plus long, figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un groupe motopropulseur conforme quatrième mode de réalisation, comportant un dispositif de couplage de type roue libre avec associée au pignon fou du rapport le plus court et crabotable, un dispositif de couplage de type embrayage sans crabotage associé au pignon du rapport le plus long, et la figure 6 est une vue schématique coupe longitudinale d'un groupe motopropulseur conforme cinquième mode de réalisation, comportant deux dispositifs de couplage de type embrayage sans crabotage intercalé entre deux pignons fous. 15 Le groupe motopropulseur de véhicule électrique des figures comprend une machine électrique d'entraînement 1 avec stator 2 un rotor 3, dont l'arbre de sortie 4 est lié permanence à l'arbre primaire 6 d'un mécanisme de changement de vitesses 7 à arbres parallèles et à 20 engrenage. L'arbre primaire 6 est porté par des roulements dans le carter (non représenté) et porte deux pignons fixes 8, 9, engrenant avec deux pignons 11, 12, tournant fou autour de l'arbre secondaire 13. L'engrenage 8, 11 donne le premier rapport, ou rapport le plus court RI, 2 tandis que le deuxième engrenage 9, 12, donne le deuxième rapport, rapport le plus long R2. L'arbre secondaire 13 est également supporté dans des roulements 13a, et porte pignon d'attaque 14 de la couronne 16 du différentiel 17, également supporté dans des roulements 7a 30 En reportant à la figure 2, on retrouve le stator 2 et le rotor 3 de la machine électrique 1, ainsi que le pignon fixe 9 rapport R2, en prise avec le pignon fou 12. Le pignon d'attaque 14 est coaxial à ce dernier engrène avec couronne 16 de différentiel. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, mise en évidence notamment sur la figure 1, les deux rapports R1 et R2 sont obtenus par deux pignons fixes 8, 9 portés par l'arbre d'entrée, ou arbre primaire 6, et deux pignons fous 11, 12, portés par l'arbre intermédiaire, ou secondaire 13. Dans le premier mode de réalisation, illustré par la figure 1, chaque pignon fou 11, 12 possède un crabot 11a, 12a. Le mécanisme de chang{ .t de vitesses 7, comporte un groupe de crabotage 18 comprenant un moyeu 19 et un baladeur 21 intercalé entre les deux pignons fous Il, 12. Dans le deuxième mode de réalisation de l'invention, illustré par la figure 3, où chaque pignon fou 11, 12 possède également un cône-crabot lia, 12a. Le mécanisme de changement de vitesses comprend un synchroniseur, ou groupe de synchronisation et de crabotage 22 comprenant un moyeu 19, un baladeur 21 et deux anneaux de synchronisation 23, intercalé entre les deux pignons fous il, 12. Dans ces deux premiers modes de réalisation, le 20 changement de rapport, pour passer du rapport RI au rapport R2 (et inversement) est décomposé en quatre étapes : interruption de la traction (la machine électrique passe à couple nul) ant du rapport RI 25 e: lient du rapport R2 après synchronisation du pignon R2 avec l'arbre secondaire reprise de la traction. Toutes ces actions sont réalisées à l'aide d'un actionneur et d'un système de pilotage (non reg sentés) 30 sur lequel le conducteur n'intervient pas. Le chan ent de rapport est du type à rupture de couple. Dans le premier mode, le plus simple et le plus la synchronisation est le résultat d'un pilotage de la machine électrique 1 qui accroit ou décroît la vitesse de l'arbre d'entrée et du pignon fou à la vitesse adéquate pour le crabotage du baladeur sans heurt et sans bruit. Dans le second mode de réalisation, c'est l'action du synchroniseur 23 seul ou l'action combinée du synchroniseur 23 et de la machine électrique 1 qui prépare la synchronisation. Cette action combinée autorise le crabotage dans un temps plus réduit et réduit donc le d'interruption de couple. Dans le troisième mode de réalisation proposé, illustré par la figure 4, une roue libre RL1 est associée au rapport le plus court RI et un dispositif de couplage E2, par exemple un coupleur conique, est associé au second rapport R2. Le dispositif de couplage E2 est du type embrayage et permet d'adopter une stratégie de passage de rapport de type sous couple. Pour cela, E2 est commandé par un actionneur et un système de pilotage (non représentés) sur lequel le conducteur n'intervient pas. Pour le retour sur le rapport RI, l'embrayage E2 laisse le moteur monter en régime jusqu'à la vitesse correspondant au rapport RI et à un blocage de la roue libre en douceur. Dans ce mode de réalisation, et contrairement aux modes précédents, il n'est pas possible de freiner le véhicule et donc de récupérer de l'énergie en utilisant la machine électrique en mode alternateur sur le rapport inféri, RI en raison de la présence de la roue libre. Par cons-g t dans ce mode de réalisation il faut, pour profit, de la récupération d'énergie, passer auparavant sur le rapport R2. Par ailleurs, toujours en raison de la roue libre, Le rapport RI est 'lisable pour la marche arrière (obtenu sur véhicule électrique par la rotation en sens inverse du moteur). Le rapport de marche arrière utilisable est le rapport long R2, ce qui réduit fortement les performances de décollage du véhicule. Dans le quatrième mode de réalisation proposé, illustré par la figure 5, la roue libre est crabotable pour palier cet inconvénient. Un dispositif de crabotE 24, prévu à cet effet, est associé à la roue libre Un baladeur 26 est monté dans le roulement de commande 27 de l'embrayage E2 et est donc commandé par la même fourchette. Le pignon 11 du rapport inférieur RI a un crabot lla faisant office de bague extérieure de la roue libre RL1. Le crabot lla est crabotable avec le balad r 26 monté dans le IO roulement de commande 27 de l'embrayage E2. Le moyeu 19 et le baladeur 26 de E2 sont liés par des cannelures. Selon la position de la fourchette, le mécanisme de changement de vitesses est dans les états suivants en position centrale de la fourchette, le mécanisme 15 est sur le rapport RI avec fonction roue libre ; en position vers la gauche de la fourchette (sur le dessin), le baladeur lie le pignon RI et le moyeu. ; la fonction roue libre est neutralisée et le rapport RI est établi, soit en marche avant soit 20 en marche arrière et avec récupération d'énergie possible ; en position vers la droite de la fourchette, le rapport R2 est établi. Enfin, il faut noter que le crabotage neutralisant la 25 roue libre est réalisé uniquement par le pilotage des vitesses relatives du moteur électrique. Dans le cinquième mode de réalisation proposé, deux dispositifs de couplage El et E2, par exemple un coupleur conique, sont associés aux deux rapports RI et R2. 30 Les dispositifs de couplage sont du type embrayage et permettent d'adopter une stratégie de passage de rapport de type sous couple. Pour cela, El et E2 son' commandés par deux actionneurs indépendants et un de pilotage (non représentés) sur lequel le conducteur -'intervient pas. Pour passage du rapport RI au rapport R2 (et invers nit) l'ouverture de El et la fermeture de E2 sont réal i simultanément. Comme dans les premier, second, et quatricme modes de réalisation décrits ci-dessus, il est possible de freiner le véhicule et donc de récupérer de l'énergie en utilisant la machine électrique 1 en mode alternateur sur les deux rapports. En résumé, les cinq modes de réalisation décrits ci-dessus, qui ne sont pas limitatifs de la portée de l'invention, correspondent à cinq niveaux différents d'encombrement de coûts et de prestations. Les deux premiers permettent un changement de rapport avec rupture de couple. Avec ou sans synchroniseur la prestation reste dans la même catégorie. En revanche ces deux systèmes sont les moins encombrants et les moins couteux. Les trois derniers permettent d'accéder au niveau supérieur de prestation de changement de rapport contre un encombrement et un coût de plus en plus élevé du troisième au cinquième mode.20 REVENDICATIONS1. Groupe motopropulseur pour véhicule électrique comportant une machine électrique (1) qui entraîne les roues du véhicule sur deux rapports distincts (RI, R2) par l'intermédiaire d'un mécanisme de changement de vitesses (1) à arbres parallèles et engrenages, caractérisé en ce que les deux rapports (RI, R2) sont obtenus par l'engrènement d'un pignon fixe (8, 9) porté par l'arbre primaire (6) du mécanisme de changement de vitesses (7) avec un pignon tournant fou (11, 12) sur l'arbre secondaire (13) du mécanisme(l). 2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce chaque pignon fou (11, 12) possède un crabot (lia, 12a), et en ce qu'un groupe de crabotage (18) comprenant un moyeu {19) et un baladeur {21) est intercalé entre les deux pignons fous (Il, 12). 3. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce chaque pignon fou (11, 12) possède un 20 cône-crabot (lia, 12a) et en ce qu'un groupe de synchronisation et de crabotage (22) comprenant un moyeu (19), un baladeur (21) et deux anneaux de synchronisation (23) est intercalé entre les deux pignons fous (11, 12). 4. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce qu'une roue libre OUI) est associée au pignon fou (11) du rapport le plus court (RI), et en ce qu'un dispositif de couplage (E2) est associé au pignon fou (12) du rapport le plus long (R2). 5, Groupe motopropulseur selon la revendication 4, 30 caractérisé en ce que le dispositif de couplage (E2) est un coupleur conique. 6. Groupe motopropulseur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un dispositif de crabotage (24) est associé à la roue libre (RL1). - 10 7. Groupe motopropulseur selon revendication 6, caractérisé en ce que le pignon fou du rapport inférieur (RI) possède un crabot faisant office de bague extérieure de la roue libre (RL) crabotable avec baladeur monté dans le roulement de commande (27) de l'embrayage (E2). 8. Groupe motopropulseur selon revendication 1, caractérisé en ce qu'un dispositif de couplage (E2) est associé à chaque pignon fou (Il, 12). IO 9. Groupe motopropulseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les dispositifs de couplage (E1,E2) sont des coupleurs coniques commandés par des actionneurs indépendants. 10. Groupe motopropulseur selon la revendication 9, 15 caractérisé en ce que les changements de rapport sont obtenus par fermeture d'un coupleur conique simultanément l'ouverture du second.