Brevet FR2946293A1 — publié le 20101210

+7 r A TROIS ° BTENIR DE SMISSION 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 vitesses à arbres parallèles et à engrenages sur deux rapports 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. Lie 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 i 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 donc 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 de vitesses. La présente invention a pour but d'assurer le ch n crt de ces rapports dans les meilleures conditions. Dans ce but, elle propose que le mécanisme de changement de vitesses comprenne un arbre primaire portant deux pignons fous, un arbre secondaire portant deux pignons fixes, et un arbre intermédiaire de réduction entre l'arbre secondaire et le pont du véhicule. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, chaque pignon fou possède un crabot et le mécanisme de changement de vitesses comporte un groupe de crabotage comprenant un moyeu et un baladeur, intercalé entre les deux pignons fous. Selon un second mode de réalisation de l'invention, chaque pignon fou possède un crabot et le mécanisme de changement de vitesses comporte un groupe de synchronisation et de crabotage comprenant un moyeu, un baladeur, et deux anneaux de synchronisation, intercalé entre deux pignons fous. lc_a un troisième mode de réalisation de l'invention, le pignon fou du premier rapport est associé à une roue libre, et le pignon fou du deuxième rapport est associé â un dispositif de couplage. Selon un quatrième mode de réalisation la roue libre est crabotable, et le dispositif de couplage est commandé 10 par une même fourchette que celui-ci. Selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, un dispositif 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 15 réalisation non limitatifs de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale du premier mode de réalisation du groupe motopropulseur, comportant un dispositif de crabotage 20 double intercalé entre deux pignons fous, la figure 2 est une vue aiique en coupe transversale du même groupe motopropulset passant dans le plan par le rapport de démultiplication court, dans le plan de la réduction intermédiaire et dans le plan de la 25 couronne de pont, la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale du deuxième mode de réalisation du groupe motopropulseur, comportant un dispositif double de synchronisation et de crabotage intercalé entre deux 30 pignons fous, la figure 4 est une vue schématique en coupe longitudinale du troisième mode de réalisation du groupe motopropulseur, comportant un dispositif de couplage de type roue libre associée au pignon fou du rapport le plus - 4 - court et un dispositif de couplage de type embrayage sans crabotage associé au pignon du rapport le plus long, la figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale du quatrième mode de réalisation du groupe motopropulseur, 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 en coupe longitu-i le du cinquième mode de réalisation du groupe motopropuleur, comportant deux dispositifs de couplage de type embrayage sans crabotage intercalé entre deux pignons fous. Le groupe motopropulseur pour véhicule électrique illustré par la figure 1 comprend une machine électrique 1, munie d'un stator 2 et d'un rotor 3, dont l'arbre de sortie 4 entraîne directement l'arbre d'entrée ou arbre primaire 6 du mécanisme de changement de vitesses 7 à arbres parallèles et à engrenages. L'arbre primaire supporté dans le carter du mécanisme (non représenté) par ses roulements 6a, porte deux pignons fous 8, 9, utilisés respectivement sur le rapport inférieur, ou premier rapport RI de la transmission et sur le second rapport ou rapport supérieur R2 de celle-ci. L deux pignons fous 8, 9, du primaire 6, engrènent respe( émeut avec un premier pignon fixe 11 de rapport RI et un ,nIxième pignon fixe 12 de rapport R2, portés par l'arbre secondaire 13 du mécanisme 7, également supporté dans des roulements 13a. L'arbre secondaire 13 porte également un pignon de descente 14 sur un pignon fixe 15 du troisième arbre 16, ou arbre intermédiaire (porté par des roulements 16a dans le carter), qui porte par ailleurs un pignon d'attaque 17 sur la couronne 18 d'un différentiel 19, porté dans des roulements 19a. En se reportant à la figure 2, on retrouve le pignon fou 8 du premier rapport Ri, aligné sur le stator 2 et sur le rotor 3 de la machine électrique 1. Sont indiqués sur ce -c les axes respectifs 6b, 13b, 16b et 19b du primaire 6, du secondaire 13, du troisième arbre 16 et du différentiel 19. Le pignon fou 8 du rapport RI engrène avec le pignon fixe 11 du rapport RI. Le pignon de descente, ou de sortie 14 du secondaire sur l'arbre intermédiaire 16 est coaxial au pignon Il. Le pignon de sortie 14 du secondaire 13 descend sur le pignon d'entrée 15 de l'arbre intermédiaire 16, coaxial à son pignon de sortie 17, qui attaque la couronne de différentiel 18. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les deux rapports sont obtenus à partir des deux pignons fous 8, 9 portés par l'arbre d'entrée 6 et deux pignons fixes 11, 12 portés par l'arbre secondaire 13. Cependant, Les pignons fous 8, 9 placés sur l'arbre d'entrée, ou primaire 6, ont une taille minimale (matière sous les dents, aiguilles, diamètre de l'arbre) qui ne permet pas d'obtenir en combinaison avec le ratio du pont, les rapports des réductions adéquats. Aussi, il est nécessaire d'ajouter une réduction supplémentaire à l'aide de l'arbre intermédiaire 16 entre l'arbre secondaire 13 et le pont du véhicule (couronne de différentiel 18). Dans le premier mode de réalisation illustré par la figure 1, chaque pignon fou 8, 9 possède un crabot 8a, 9a. Le mécanisme de changement de vitesses 7 comporte un groupe de crabotage 21 comprenant un moyeu 22 et un baladeur 23, qui est intercalé entre les deux pignons fous 8, 9. Dans le deuxième mode de réalisation illustré par la figure 3, chaque pignon fou 8, 9 possède également un cône-crabot 8a, 9a. Le mécanisme de changement de vitesses 7 comporte un groupe de synchronisation et de crabotage 24, comprenant un moyeu 22, un baladeur 23 et deux anneaux de synchronisation 26, qui est intercalé entre les deux pignons fous 8, 9. Dans ces deux premiers modes de réalisation, le 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 â couple nul), e désengagement du rapport RI, e engagement du rapport R2 après synchronisation du pignon de 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 représentés} sur lequel le conducteur n'intervient pas. Le changement de rapport est du type à rupture de couple. Dans le premier mode, le plus simple et le plus compact, la synchronisation est le résultat d'un pilotage de la machine électrique 1, qui accroît ou décroît la vitesse de l'arbre d'entrée 6 et du pignon fou 8, 9 à la vitesse adéquate pour le crabotage du baladeur sans heurt et s bruit. Dans le second mode de réalisation, c'est l'action du synchroniseur 24 seul ou l'action combinée du synchroniseur 24 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 temps d'interruption de couple. Dans le troisième mode de réalisation 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 avec un roulement d'actionnement 26, 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 IO 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 inférieur RI, en raison de la présence de la roue libre RL1. Pour profiter de la récupération d'énergie, il faut donc être 15 sur le rapport R2. Par ailleurs, toujours en raison de la roue libre, Le rapport RI est inutilisable 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 ce qui réduit fortement les 20 performances de décollage du véhicule. Dans le quatrième mode de réalisation illustré par la figure 5, la roue libre RL1 est crabotable. Un dispositif de crabotage 25 est associé â la roue libre RL1 pour palier cet inconvénient. Ce dispositif comporte un baladeur 27 25 monté dans le roulement de commande 26 de l'embrayage E2, et c( nandé par la même fourchette que celui-ci. Le pignon RI 3ède un crabot 28 sur la bague extérieure de RL1. Le moyel 22 et le baladeur 27 de E2 sont liés par des cannelures. Selon la position de la fourchette, nous avons 30 les possibilités suivantes en position centrale le rapport RI est établi, avec fonction roue libre. en position vers la gauche (sur le dessin) le baladeur lie le pignon RI et le moyeu ; la fonction roue libre est neutralisée le rapport RI est établi, soit en marche avant soit en marche arrière, avec récupération d'énergie possible, en position vers la droite le rapport R2 est établi. Le crabotage neutralisant la roue libre est commandé en fonction du pilotage des vitesses relatives du moteur électrique. Dans le cinquième mode de réalisation, illustré par la figure 6, deux dispositifs de couplage El et E2, par exemple un coupleur conique, sont associés aux deux rapports Ri et R2. Les dispositifs de couplage El et E2 sont du type embrayage et permettent d'adopter une stratégie de passage de rapport de type sous couple. Pour cela, El et E2 sont commandés par deux actionneurs indépendants et un système de pilotage (non représentés) sur lequel le conducteur n'intervient pas. Pour le passage du rapport RI au rapport R2 (et inversement) l'ouverture de El et la fermeture de E2 sont réalisées simultanément. Comme dans les premier, deuxième et quatrième modes de réalisation décrits ci-dessus, Il possible de freiner le véhicule et donc de récupérer d l'énergie en utilisant la machine électrique en mode alternateur sur les deux rapports. En résumé, les cinq modes de réalisation non limit :ifs de l'invention décrits ci- 3us, proposent cinq ni différents d'encombrement de coûts et de Ares' :ions. Les deux premiers permettent un changement de rapport avec rupture de couple. Avec ou sans synchroniseur la prestation restent 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. REVENDICATIONS1. Groupe motopropulseur pour véhicule électrique comprenant une machine électrique (1) permettant d'entraîner les roues du véhicule par l'intermédiaire d'un mécanisme de changement de vitesses (7) sur deux rapports distincts, caractérisé en ce que le mécanisme de changement de vitesses comprend un arbre primaire (6) portant deux pignons fous (8, 9), un arbre secondaire (13) portant deux pignons fixes (11, 12), et un arbre intermédiaire de (16) Groupe réduction véhicule. 2. entre l'arbre secondaire et le pont (18) du motopropulseur selon la revendication 1, que chaque pignon (8, 9) fou possède un et en ce qu'il comporte un groupe de caractérisé en ce crabot (8a, 9a) 1.5 crabotage (21) comprenant un moyeu (22) et un baladeur (23), intercalé entre les deux pignons fous (8, 9). 3. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pignon fou (8, 9) possède un 20 crabot (8a, 9a) et en ce qu'il comporte un groupe de synchronisation et de crabotage (24) comprenant un moyeu (22), un baladeur (23), et deux anneaux de synchronisation (26), intercalé entre les deux pignons fous (8, 9). 4. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que le pignon fou (8) du premier rapport (RI) est associé à une roue libre (RL1), et en ce que le fou (9) du deuxième rapport (R2) est associé à un di ositif de couplage (E2). 5. Groupe motopropulseur selon la revendication 4, 30 carat en ce que la roue libre (RL1) est crabotable, et en c que le dispositif de couplage (E2) est commandé par une même fourchette que celui-ci. 6. Groupe motopropulseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de crabotage (25) de la- roue libre (RL1) comporte baladeur (27) monté dans le roulement de commande (26) de l'embrayage (E2), crabotable avec le pignon (8), par l'intermédiaire du crabot (28). 7. Dispositif de couplage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyeu (22) et le baladeur (27)de sont liés par des cannelures. 8. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un dispositif de couplage (El,E2) associé à chaque pignon fou (8, 9). 0 9. Groupe motopropulseur selon revendication 9, caractérisé en ce que les dispositifs de couplage (El, sont des coupleurs coniques pilotés indépendamment, de manière à réaliser des changements de vitesse sous couple.