Brevet FR2956071A1 — publié le 20110812

DESCRIPTION L'invention concerne un système d'entraînement pour un véhicule électrique, comprenant un dispositif d'entraînement d'essieu à structure en portique qui présente deux machines électriques qui entraînent les roues d'un essieu du véhicule électrique, ainsi qu'au moins un accumulateur d'énergie électrique qui, lorsque une machine électrique est utilisée comme moteur peut être déchargé et/ou peut être rechargé lorsqu'une machine électrique est utilisée en génératrice. Le document DE 296 11 867 U1, d'où découle le préambule de la revendication principale, divulgue un train de roulement pour véhicules utilitaires configuré comme essieu en portique, une roue étant montée à rotation à chacune des deux extrémités de l'essieu en portique et chaque roue étant entraînée par un moteur électrique de roulage monté dans l'essieu en portique. Comme cet essieu en portique est un essieu rigide, il est relativement lourd et offre peu de confort. Le problème à la base de l'invention consiste à améliorer l'essieu en portique du type générique et en particulier d'en augmenter le confort. Ce problème est résolu avec un système d'entraînement caractérisé en ce que : avec une transmission qui leur est associée, les deux machines électriques du dispositif d'entraînement d'essieu sont rassemblées en un essieu électrique qui entraîne les roues, suspendues séparément, de l'essieu au moyen d'une bride d'arbre articulé par l'intermédiaire d'un arbre articulé respectif, les convertisseurs de fréquence associés à chacune des deux machines électriques étant rassemblés en une unité de convertisseur. Des modes de réalisation et des développements avantageux de l'invention sont caractérisés en ce que : - l'essieu électrique est prévu comme essieu arrière du véhicule électrique ; - l'accumulateur d'énergie électrique est disposé dans la partie arrière du véhicule électrique, en avant de l'essieu électrique ; - l'accumulateur d'énergie électrique présente une largeur qui n'est essentiellement pas supérieure à la distance entre les montants longitudinaux du véhicule électrique ; -2- - l'accumulateur d'énergie électrique présente une possibilité d'accès au niveau du bas de la caisse du véhicule électrique, et - l'unité de convertisseur est disposée dans la partie arrière du véhicule, en arrière de l'essieu électrique. L'invention propose que les deux machines électriques du dispositif d'entraînement de l'essieu soient rassemblées en un essieu électrique à l'aide de transmissions qui leurs sont associées, pour entraîner les roues du premier essieu, suspendues séparément, au moyen de brides d'arbre articulé respectives, chaque fois par l'intermédiaire d'un arbre articulé, deux convertisseurs de fréquence associés aux machines électriques respectives étant rassemblés en une unité de convertisseur. Par l'intégration des deux machines électriques ainsi que des transmissions qui leurs sont associées en une unité commune, à savoir l'essieu électrique, on forme de manière simple une unité d'entraînement pour un véhicule électrique. Par la séparation de l'unité d'entraînement et d'une unité de guidage des roues, le guidage des roues n'est pas influencé par le poids de l'unité d'entraînement. Ainsi, le train de roulement et en particulier la suspension séparée des roues peuvent être repris par un véhicule classique. L'invention prévoit en outre de rassembler en une unité de convertisseur les convertisseurs de fréquence nécessaires pour alimenter chacune des machines électriques. Cela diminue encore le nombre de composants nécessaires et permet en particulier de réduire la longueur des conducteurs à haute tension utilisés. L'invention va maintenant être expliquée plus en détail à l'aide d'un dessin. Dans celui-ci : la figure 1 représente schématiquement une vue oblique depuis le haut d'un dispositif d'entraînement selon l'invention, la figure 2 représente schématiquement une vue en plan d'un mode de réalisation préféré du système d'entraînement selon l'invention et la figure 3 représente schématiquement une vue latérale d'un mode de réalisation préféré du système d'entraînement selon l'invention. Des éléments identiques ont été désignés par les mêmes références numériques dans les différentes figures. On y a représenté un essieu électrique 10, une unité de convertisseur 20 ainsi qu'un accumulateur 30 d'énergie électrique. Dans ce mode de réalisation, l'essieu électrique 10 est prévu comme essieu arrière d'un véhicule électrique dont le contour a été représenté. L'essieu électrique -3- 10 comprend deux machines électriques 11 disposées coaxialement dans un boîtier commun. Les machines électriques 11 sont de préférence configurées comme machines synchrones à excitation permanente, ce qui garantit la possibilité de bien les commander. Par l'intermédiaire d'une transmission associée 12 qui comprend un étage à roue radiale, chaque machine électrique 11 entraîne des brides respectives 13 d'arbre de transmission. Les brides 13 d'arbre articulé sont prévues pour être reliées à des roues 2 suspendues séparément par l'intermédiaire d'un arbre articulé (non représenté). Une unité de guidage de chaque roue 2 suspendue comprend par exemple les supports transversaux habituels d'essieu avant, les bielles transversales d'essieu avant et les essieux à jambe de suspension McPherson à oscillation amortie. Cela fournit un essieu électrique en portail qui présente un haut confort sur un véhicule électrique. L'essieu électrique 10 comprend en outre un dispositif de refroidissement, un fluide de refroidissement et en particulier de l'eau étant apporté par un conduit d'amenée 15a, le fluide de refroidissement échauffé étant évacué par un conduit d'évacuation 15b. Dans ce mode de réalisation, l'essieu électrique 10 avec les deux machines électriques 11 disposées coaxialement est intégré directement dans l'essieu arrière du véhicule électrique. Le boîtier de l'essieu électrique 10 est par exemple vissé sur des supports transversaux et longitudinaux du véhicule électrique. Le bas centre de gravité, obtenu par la position de montage, c'est-à-dire l'agencement en portique permis par l'étage à roue frontale que contient chaque transmission 12, est très avantageux pour la dynamique de roulage. Chaque machine électrique 11 entraîne une roue 2 associée. Dans ce mode de réalisation, la puissance électrique d'une machine électrique 11 est de soixante kilowatts et délivre un couple d'entraînement maximum de 80 Newton mètre. Chaque machine électrique 11 dispose d'un détecteur de position qui détermine la position précise du rotor en vue d'un fonctionnement optimum. Chacune des machines électriques 11 est alimentée par des bornes de raccordement 14 prévues sur l'essieu électrique 10 en un courant alternatif approprié. La force de chaque machine électrique 11 est transmise sur la roue 2 concernée par un accouplement hydraulique à lamelles (non représentés) respectif qui permet un transfert précis des forces. Les accouplements à lamelles sont fermés en permanence et sont régulés automatiquement. Pour des raisons de sécurité, un accouplement à lamelles -4- doit être ouvert par le conducteur par l'intermédiaire d'un élément de commande pour découpler chaque machine électrique 11 de la roue 2 associée. Un rapport de transmission fixe de chaque transmission 12 réduit la haute vitesse de rotation de sortie chaque machine électrique 11 et transfère le couple à une roue 2 respective par l'intermédiaire d'une bride 13 d'arbre articulé au moyen d'un arbre articulé. L'unité de convertisseur 20 comprend une électronique de puissance qui comporte pour chacune des deux machines électriques 11 de l'essieu en portail 10 un convertisseur de fréquence (convertisseur AC-DC) qui régule les courants pour la machine électrique 11. Les convertisseurs de fréquence convertissent ainsi le courant alternatif d'une machine électrique 11 en courant continu de l'accumulateur 30 d'énergie électrique. L'accumulateur 30 d'énergie électrique est configuré de préférence comme batterie à haute tension, par exemple comme batterie à lithium-ions. L'essieu en portique 10 et l'unité de convertisseur 20 disposent d'un circuit de refroidissement par eau à basse température, les canaux de refroidissement étant placés dans le carter de l'essieu en portique et disposant d'un conduit d'alimentation 15a et d'un conduit d'évacuation 15b. Le courant électrique est conduit entre l'essieu électrique 10, l'unité de convertisseur 20 et l'accumulateur électrique 30 par des câbles spéciaux à haute tension. Les composants essentiels du système d'entraînement, à savoir l'essieu électrique 10, l'unité de convertisseur 20 et l'accumulateur 30 d'énergie électrique sont à présent disposés de manière optimale dans le véhicule électrique. Pour obtenir la quantité d'énergie nécessaire pour le véhicule électrique, il faut un accumulateur 30 d'énergie électrique qui présente un poids relativement élevé, par exemple de 350 kilogrammes, ainsi qu'un volume relativement grand. Du fait de son poids, l'accumulateur 30 d'énergie électrique sera disposé à proximité du centre de gravité du véhicule électrique. Il est donc placé dans la partie centrale du véhicule électrique, entre les deux essieux. Du fait de son volume, l'accumulateur 30 d'énergie électrique est disposé dans la partie arrière de la zone centrale du véhicule électrique, et donc derrière l'habitacle ou la cabine du conducteur. En particulier sur des véhicules de sport, on dispose d'un volume approprié dans cette zone. Comme l'accumulateur 30 d'énergie électrique est disposé en avant de l'essieu arrière dans la direction d'avancement, on obtient une -5- bonne protection du véhicule électrique en cas de collision arrière. Dans ce cas, la plus grande partie de l'énergie de la collision est absorbée par le train de roulement ou les supports transversaux de l'essieu arrière et l'accumulateur 30 d'énergie électrique est protégé efficacement des dommages. Comme l'accumulateur 30 d'énergie électrique n'est pas plus large que la distance entre les montants longitudinaux du véhicule électrique, on obtient de plus une bonne protection de l'accumulateur 30 d'énergie électrique au cas où le véhicule électrique entre en collision latérale. Dans ce cas, les montants longitudinaux reprennent les forces appliquées. Au cas où le véhicule électrique entre en collision frontale, sa partie avant qui présente le support transversal de l'essieu avant protège de manière sûre l'accumulateur 30 d'énergie électrique des dommages. Comme la répartition des poids est ainsi optimisée, on obtient un véhicule électrique performant. Comme l'accumulateur 30 d'énergie électrique, qui constitue de loin le composant le plus lourd du système d'entraînement, est disposé à proximité du centre de gravité du véhicule électrique, on obtient des manipulations aisées et un bon équilibre inertiel du véhicule électrique. En outre, le système permet d'utiliser une seule réserve 30 d'énergie électrique compacte. Cela offre des avantages en termes de refroidissement et de câblage. Comme l'unité de convertisseur 20 est également disposée dans la partie arrière du véhicule électrique, on minimise le câblage nécessaire entre l'unité de convertisseur 20, l'essieu en portique 10 et la réserve 30 d'énergie électrique. Pour encore optimiser la répartition des poids, on prévoit de disposer l'unité de convertisseur 20 aussi bas que possible. Il existe une place appropriée dans ce but, de préférence en arrière de l'essieu électrique 10 dans le sens d'avancement du véhicule. Comme l'unité de convertisseur 20 comprend les deux convertisseurs de fréquence, il ne faut qu'un seul câble à haute tension entre l'accumulateur 30 d'énergie électrique disposé en avant de l'essieu électrique 10 et l'unité de convertisseur 20. Ce câble à haute tension permet au courant continu de s'écouler entre l'unité de convertisseur 20 et la réserve 30 d'énergie électrique. L'unité de convertisseur 20 convertit alors le courant continu en deux courants alternatifs qui conviennent pour chacune des machines électriques 11. Comme l'unité de convertisseur 20 est positionnée de telle sorte que ses raccordements électriques pour le courant alternatif délivré par chaque convertisseur de fréquence sont disposés à proximité des bornes de -6- raccordement 14 de l'essieu électrique, on peut encore diminuer la longueur nécessaire de câbles. L'agencement du composant permet ainsi une combinaison idéale entre la protection contre les collisions et les performances. Tous les composants seront positionnés avec précision de telle sorte que le centre de gravité soit aussi bas que possible et que la longueur nécessaire de câblage à haute tension soit aussi courte que possible. En minimisant la longueur de câblage à haute tension, on obtient encore une réduction du poids ainsi qu'une amélioration du rendement du système d'entraînement. L'accessibilité des composants du système d'entraînement et en particulier de l'accumulateur 30 d'énergie électrique est prévue au niveau du bas de la caisse du véhicule électrique. Cela permet d'améliorer l'intégration des composants du système d'entraînement dans le véhicule électrique, par exemple en dessous des composants de carrosserie, ainsi qu'un design plus attractif On obtient encore une amélioration supplémentaire en augmentant le nombre de pièces identiques si le deuxième essieu du véhicule électrique est également prévu comme essieu électrique 11. En particulier, on peut construire comme pièces identiques deux essieux électriques à portique identiques auxquels sont associées des unités de convertisseur 20 identiques. On obtient ainsi un véhicule électrique dont les quatre roues peuvent être entraînées séparément par une machine électrique respective. Ce véhicule électrique présente de plus un confort élevé par le fait que le train de roulement habituel d'un véhicule peut être utilisé pour la suspension séparée ou isolée des roues. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Système d'entraînement pour véhicule électrique, comprenant un dispositif d'entraînement d'essieu à structure en portique qui présente deux machines électriques qui entraînent les roues d'un essieu du véhicule électrique, ainsi qu'au moins un accumulateur d'énergie électrique qui, lorsque une machine électrique est utilisée comme moteur peut être déchargé et/ou peut être rechargé lorsqu'une machine électrique est utilisée en génératrice, caractérisé en ce que avec une transmission (12) qui leur est associée, les deux machines électriques (11) du dispositif (10) d'entraînement d'essieu sont rassemblées en un essieu électrique qui entraîne les roues (2), suspendues séparément, de l'essieu au moyen d'une bride (13) d'arbre articulé par l'intermédiaire d'un arbre articulé respectif, les convertisseurs de fréquence associés à chacune des deux machines électriques étant rassemblés en une unité de convertisseur (20). 2. Système d'entraînement selon la revendication 1, dans lequel l'essieu électrique (10) est prévu comme essieu arrière du véhicule électrique. 3. Système d'entraînement selon la revendication 2, dans lequel 20 l'accumulateur d'énergie électrique (30) est disposé dans la partie arrière du véhicule électrique, en avant de l'essieu électrique (10). 4. Système d'entraînement selon la revendication 3, dans lequel l'accumulateur d'énergie électrique (30) présente une largeur qui n'est essentiellement pas supérieure à la distance entre les montants 25 longitudinaux du véhicule électrique. 5. Système d'entraînement selon les revendications 3 ou 4, dans lequel l'accumulateur d'énergie électrique (30) présente une possibilité d'accès au niveau du bas de la caisse du véhicule électrique (10). 6. Système d'entraînement selon l'une des revendications 2 à 5, 30 dans lequel l'unité de convertisseur (20) est disposée dans la partie arrière du véhicule, en arrière de l'essieu électrique (10).