Brevet FR2951995A1 — publié le 20110506

GROUPE MOTOPROPULSEUR HYBRIDE MULTIRAPPORTS A DEUX MACHINES ELECTRIQUES La présente invention se rapporte à un groupe 5 motopropulseur hybride multi-rapports, comportant deux machines électriques et un moteur thermique. Plus précisément, elle a pour objet un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile comportant un moteur thermique entraînant un premier arbre d'entrée par 10 l'intermédiaire d'un embrayage d'entrée, une première machine électrique entraînant de façon permanente un deuxième arbre d'entrée coaxial au premier et indépendant de celui-ci, et un arbre de sortie relié au différentiel du véhicule. Les architectures de transmission des groupes 15 motopropulseurs hybrides associent généralement à un moteur thermique une machine électrique d'appoint assurant au véhicule un apport complémentaire de couple et de puissance, qui permet de réduire la consommation de carburant et l'émission de gaz carbonique. Ces transmissions sont 20 différentes des transmissions utilisées pour les véhicules électriques (sans moteur thermique), qui ont généralement un seul rapport, et profitent de la possibilité du moteur électrique de tourner très vite. Par la publication WO 03/078188, on connait un groupe 25 motopropulseur hybride de type particulier comportant un moteur thermique qui entraîne par l'intermédiaire d'un dispositif de couplage un premier arbre d'entrée, une première machine électrique accouplée en permanence à un deuxième arbre d'entrée coaxiale au premier, et une deuxième 30 machine électrique montée sur le volant d'inertie du moteur thermique. La transmission reliant aux roues du véhicule ces trois sources de puissance est remarquable en ce que les deux arbres primaires coaxiaux, mais indépendants, présentent 35 chacun une denture fixe qui engrène avec deux dentures fixes d'un arbre secondaire commun, relié aux roues du véhicule par l'intermédiaire d'un différentiel. La deuxième machine électrique liée au volant d'inertie a pour fonction de générer du courant électrique, lorsqu'elle est entraînée par le moteur thermique. La liaison permanente entre la première machine électrique et les roues, et le découplage du moteur thermique, permettent d'obtenir un premier mode électrique en marche avant et en marche arrière, et d'adopter une stratégie de récupération d'énergie lors des ralentissements du véhicule. Ce découplage permet aussi de recharger les accumulateurs du véhicule pendant les roulages en mode électrique, ou à l'arrêt du véhicule. Toutefois, la première machine électrique, qui est la machine principale de traction, doit être fortement dimensionnée et ne peut pas être découplée de la transmission en mode thermique. Par ailleurs, le moteur thermique souffre de n'avoir qu'un seul rapport de démultiplication. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités, de manière à disposer des performances d'un véhicule électrique tout en associant une fonction d'autonomie étendue, par une meilleure exploitation de la puissance du moteur thermique. Dans ce but, elle propose que l'arbre de sortie reçoive le mouvement de la première machine électrique et/ou du moteur thermique par l'intermédiaire de moyens de couplage respectifs. Selon un mode de réalisation particulier, chaque arbre d'entrée porte au moins une denture fixe engrenant avec un pignon fou de l'arbre de sortie, ce dernier portant deux systèmes de couplage indépendants pour les pignons fous, qui sont entraînés respectivement par la première machine électrique et par le moteur thermique. De préférence, l'arbre d'entrée associé au moteur thermique porte deux dentures fixes engrenant avec deux pignons secondaires associés à l'un des systèmes de couplage, de manière à disposer de deux rapports distincts. - 3 - D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur les quels : - les figures 1 à 4 illustrent la chaîne cinématique du même groupe motopropulseur proposé, dans quatre modes de fonctionnement distincts. Le groupe motopropulseur schématisé sur les figures 1 à 4 comporte essentiellement un moteur thermique 1 entraînant un premier arbre d'entrée 2 par un l'intermédiaire d'un embrayage d'entrée 3, une première machine électrique 4, ou machine principale de traction, entraînant de façon permanente un deuxième arbre d'entrée 6 coaxial au premier et indépendant de celui-ci, et un arbre de sortie 7 relié au différentiel 8 du véhicule, par un pignon d'attaque de différentiel 9. Le moteur thermique 1 et la machine électrique principale 4 sont donc alignés, mais ils ne sont pas liés en rotation. Le premier arbre d'entrée 2 porte deux dentures fixes 11, 12. Le deuxième arbre d'entrée 6 porte une seule denture fixe 13. L'arbre de sortie 7 porte trois pignons fous 14, 16, 17, liés respectivement aux trois dentures fixes 11, 12, 13, des arbres d'entrée. L'arbre de sortie 7 porte deux systèmes de couplage, tels que des systèmes de synchronisation et de crabotage. Le premier de ces systèmes 18 permet de lier en rotation à l'arbre de sortie 7, l'un ou l'autre des deux pignons fous 16, 17 entraînés par le premier arbre d'entrée 2, tandis que le deuxième 19 permet de lier en rotation à l'arbre de sortie 7 le pignon fou entraîné par le deuxième arbre d'entrée 6. Enfin, le groupe motopropulseur comporte une deuxième machine électrique, ou génératrice d'appoint 21, reliée de façon permanente au premier arbre d'entrée au moteur thermique 1 par un pignon 22. La deuxième machine électrique 21 entraîne un arbre auxiliaire 23 engrenant par son pignon de descente 22 sur une denture fixe 12 du premier arbre d'entrée. La première machine électrique 4, ou machine principale de traction peut être couplée à l'arbre de sortie 7 par le dispositif de couplage simple 19, tandis que la génératrice d'appoint 21 est reliée de façon permanente au moteur thermique 1 par l'engrenage 22, 12. Sans sortir du cadre d'invention, il est toutefois possible de réaliser d'autres dispositions, notamment de prévoir un deuxième rapport sur le deuxième arbre d'entrée, comme expliqué plus bas. Le groupe motopropulseur illustré par les figures, dispose d'au moins quatre modes de fonctionnement distincts. Son premier mode de fonctionnement, purement électrique, est illustré par la figure 1. C'est en principe le mode de fonctionnement principal : l'embrayage d'entrée est ouvert, et la puissance de la première machine électrique est transmise à l'arbre de sortie 7, et au différentiel 8 en fermant le système de couplage 19. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure, il n'y a qu'un seul rapport de transmission dans ce premier mode. Toutefois, sans sortir du cadre de l'invention, on peut prévoir un deuxième rapport en plaçant une deuxième descente d'engrenage sur le deuxième arbre d'entrée et un système de couplage double correspondant sur l'arbre de sortie 7. Cet ajout permet de dédier au décollage un rapport court, et de disposer d'un rapport long qui augmente, dans la capacité de la machine électrique, la vitesse maximale. Le deuxième mode de fonctionnement, illustré par la figure 2, est un deuxième mode électrique, dédié aux fortes charges, dans lequel la puissance de la deuxième machine électrique 21 est fournie en plus à l'arbre de sortie 7, en fermant les deux systèmes de couplage 18, 19. Dans des circonstances identifiées comme difficiles (décollage forte pente et/ou forte accélération) on dispose ainsi d'un appoint de couple en cumulant la puissance des deux machines électriques. Le troisième mode de fonctionnement illustré par la figure 3 est réservé en principe aux très fortes charges : il s'agit d'un mode de fonctionnement hybride, dans lequel l'embrayage d'entrée 3 est fermé et les deux systèmes de couplage 18, 19 sont également fermés. Dans des conditions particulières (démarrage forte pente avec masse tractée ...), il est possible de disposer grâce au moteur thermique, d'un apport de couple par la même descente d'engrenage 12, 16 que la machine électrique d'appoint 21. Le cumul de trois sources d'énergie permet notamment d'avoir une prestation de haut niveau au « décollage », dans les limites d'adhérence du véhicule. Le quatrième mode de fonctionnement décrit, illustré par la figure 4, est un mode thermique, approprié notamment au roulage sur autoroute, qui offre au véhicule une autonomie étendue : l'embrayage d'entrée 3 et le système de couplage 18 associé aux deux pignons secondaires 14, 16 liés au premier arbre d'entrée 2 sont fermés. Dans ce mode, le groupe motopropulseur dispose de deux rapports de marche avant selon le pignon secondaire 14 ou 16 (lié au premier arbre d'entrée) couplé avec l'arbre de sortie 7. Le système de couplage est en effet susceptible de lier en rotation à l'arbre de sortie 7 l'un ou l'autre des deux pignons fous 14 ou 16 (14 sur la figure 4), plaçant le groupe motopropulseur sur deux rapports de transmission distincts. En mode thermique, la génératrice 21, qui est liée en rotation avec le moteur thermique, récupère de l'énergie lors du freinage : ce « freinage récupératif » participe à la recharge des batteries du véhicule. En conclusion, le groupe motopropulseur proposé par l'invention, dont le mode de fonctionnement privilégié est par destination, le mode électrique pur, est capable d'utiliser le moteur thermique de différentes façons. Le moteur électrique peut en effet être associé à la génératrice de courant (deuxième machine électrique) uniquement pour alimenter la machine principale de traction. Il peut aussi être, utilisé un complément de puissance à la machine électrique. REVENDICATIONS1. Groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile comportant un moteur thermique (1) entraînant un premier arbre d'entrée (2) par un l'intermédiaire d'un embrayage d'entrée (3), une première machine électrique (4) entraînant de façon permanente un deuxième arbre d'entrée (6) coaxial au premier et indépendant de celui-ci, et un arbre de sortie (7) relié au différentiel (8) du véhicule, caractérisé en ce l'arbre de sortie (7) peut recevoir le mouvement de la première machine électrique (4) et/ou du moteur thermique (1) par l'intermédiaire de systèmes de couplage (18, 19). 2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque arbre d'entrée (2, 6) porte au moins une denture fixe (11, 12, 13) engrenant avec un pignon fou (14, 16, 17) de l'arbre de sortie (7), ce dernier portant deux systèmes de couplage indépendants (18, 19) pour les pignons fous qui sont entraînés respectivement par la première machine électrique (4) et par le moteur thermique (1). 3. Groupe motopropulseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre d'entrée (2) associé au moteur thermique porte deux dentures fixes (11, 12) engrenant avec deux pignons secondaires (14, 16) associés à l'un des systèmes de couplage (18), de manière à disposer de deux rapports distincts. 4. Groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième machine électrique (21) reliée de façon permanente au moteur thermique (1). 5. Groupe motopropulseur selon la revendication 4, caractérisée en ce que la deuxième machine électrique (21) entraîne un arbre auxiliaire (23) engrenant par un pignon de descente (22) sur une denture fixe (12) du premier arbre d'entrée (2). 7 6. Groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il dispose d'un premier mode de fonctionnement purement électrique, dans lequel l'embrayage d'entrée (3) est ouvert, et la puissance de la première machine électrique (4) est transmise à l'arbre de sortie (7) en fermant un premier système de couplage (17). 7. Groupe motopropulseur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il dispose d'un deuxième mode de fonctionnement purement électrique dans lequel la puissance de la deuxième machine électrique (21) est fournie en plus à l'arbre de sortie (7) , en fermant les deux systèmes de couplage (18, 19). 8. Groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il dispose d'au moins un mode de fonctionnement hybride dans lequel l'embrayage d'entrée (3) est fermé et les deux systèmes de couplage (18, 19) sont fermés. 9. Groupe motopropulseur selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il dispose d'un mode de fonctionnement thermique, dans lequel l'embrayage d'entrée (3) et le système de couplage (18) associé aux deux pignons secondaires (14, 16) liés au premier arbre d'entrée (2) sont fermés. 10. Groupe motopropulseur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il dispose de deux rapports de marche avant selon le pignon secondaire (14, 16) lié au premier arbre d'entrée(2) qui est couplé à l'arbre de sortie (7).