Brevet FR2972683A1 — publié le 20120921

VEHICULE MUNI D'UNE CHAÎNE DE TRACTION HYBRIDE [1] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [2] L'invention concerne un véhicule muni d'une chaîne de traction hybride notamment de type « Range Extender ». L'invention porte sur s l'architecture physique et fonctionnelle d'un tel véhicule. [3] ETAT DE LA TECHNIQUE [4] On connaît des véhicules hybrides comportant un moteur thermique associé mécaniquement à au moins une machine électrique. De manière connue, cette machine est en relation avec une batterie de stockage Io d'énergie par l'intermédiaire d'un dispositif onduleur. Ces véhicules comportent également généralement une boîte de vitesses, ou un train épicyclo'idal. [5] Lorsque la vitesse du véhicule est inférieure à un seuil, la ou les machines électriques assurent la traction du véhicule. Le véhicule fonctionne 15 alors en mode électrique pur. [6] Lorsque la vitesse du véhicule devient supérieure à un seuil, le moteur thermique assure seul la traction du véhicule. Dans les phases de freinage ou de roulage rapide, la machine électrique fonctionne en mode générateur et recharge la batterie du véhicule. 20 [07] Le document EP1211117 présente ainsi un véhicule hybride comportant un moteur thermique et deux machines électriques accouplés à une boîte de vitesses via un planétaire. [8] Le document FR2617559 présente un dispositif de couplage d'un moteur thermique à un volant de charge et d'un volant de charge à l'axe des 25 roues permettant de se passer d'une boîte de vitesses. [9] Le document FR0754717 décrit une chaîne de traction comportant un moteur thermique et une machine électrique reliée aux roues par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses, un embrayage étant relié d'une part à un moteur thermique et d'autre part à la machine électrique. [10] OBJET DE L'INVENTION [11] L'invention a notamment pour but de simplifier les chaînes de traction existantes tout en réduisant leur coût, leur masse et leur encombrement. s [012] A cet effet, l'invention concerne un véhicule ayant une chaîne de traction comportant - un moteur thermique, - une machine électrique, - un ensemble réducteur en relation avec les roues du véhicule, Io caractérisé en ce que la chaîne de traction comporte en outre - un premier dispositif d'accouplement installé entre la machine électrique et l'ensemble réducteur, et - un deuxième dispositif d'accouplement installé entre le moteur thermique et la machine électrique. 15 [013] L'invention permet ainsi notamment : - de faire appel uniquement à une seule machine électrique, ce qui est un facteur important de réduction des coûts, de la masse et de l'encombrement. 20 - de se passer d'une boîte de vitesses grâce au couple à bas régime offert par le moteur électrique, - d'obtenir un rendement de transmission du couple optimisé d'une part par la réduction du nombre de pignonneries et d'autre part par la prise directe du moteur thermique sur l'essieu moteur pour les longs trajets à 25 vitesses élevées, - de limiter la taille du moteur thermique. [014] Le couplage du moteur thermique au train roulant à l'arrêt permet également d'économiser le doigt de blocage généralement implanté dans les réducteurs des voitures hybrides ou électriques. 30 [015] Cette architecture de véhicule peut en outre facilement être transformée en une version électrique pure ou une version thermique pure. [16] Selon une réalisation, le moteur thermique ayant un arbre moteur, et la machine électrique ayant un arbre de machine, l'arbre moteur et l'arbre de la machine sont coaxiaux. [17] Selon une réalisation, le moteur thermique ayant un arbre moteur, s et la machine électrique ayant un arbre machine, l'arbre moteur et l'arbre de la machine sont parallèles l'un par rapport à l'autre. [18] Selon une réalisation, l'arbre de la machine électrique est accouplé à l'arbre moteur par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesses. [19] Selon une réalisation, un dispositif de crabotage est installé sur Io l'arbre de la machine, ce dispositif de crabotage assurant l'accouplement ou le désaccouplement de la machine électrique avec cet arbre. [20] Selon une réalisation, les dispositifs d'accouplement sont des embrayages pilotés. [21] Selon une réalisation, les dispositifs d'accouplement sont des 15 systèmes de crabotage pilotés. [22] Selon une réalisation, le véhicule comporte en outre - un dispositif de stockage d'énergie, et - un onduleur de tension, - l'onduleur de tension étant installé entre la machine électrique le dispositif 20 de stockage d'énergie. [26] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [27] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles 2s montrent : [28] Figure 1 : une représentation schématique d'un véhicule muni d'une chaîne de traction hybride selon l'invention ; [29] Figure 2 : une représentation schématique d'une première variante de réalisation de la chaîne de traction hybride selon l'invention ; [27] Figure 3: une représentation schématique d'une deuxième variante de réalisation de la chaîne de traction hybride selon l'invention ; [28] Figure 4 : une représentation schématique de la configuration des éléments du véhicule selon l'invention en mode électrique ; s [029] Figure 5 : une représentation schématique de la configuration des éléments du véhicule selon l'invention en mode thermique ; [30] Figure 6 : une représentation schématique de la configuration des éléments du véhicule selon l'invention en mode « boost » ; [31] Figure 7 : une représentation schématique de la configuration des Io éléments du véhicule selon l'invention lorsque le moteur thermique est démarré à l'arrêt ; [32] Figure 8 : une représentation schématique de la configuration des éléments du véhicule selon l'invention en mode charge. [33] Les éléments identiques conservent les mêmes références d'une 15 Figure à l'autre. [34] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION [35] La Figure 1 montre un véhicule 1 comportant une chaîne 2 de traction comprenant une machine 3 électrique ayant un arbre 3.1 de machine 20 en relation avec un dispositif 4 de stockage par l'intermédiaire d'un onduleur 5. Cette chaîne 2 comporte en outre un moteur 6 thermique ayant un arbre 6.1 moteur et un ensemble 7 réducteur et différentiel en relation avec les roues 8 du véhicule. Dans un exemple, le dispositif 4 de stockage prend la forme d'une batterie ou d'un super-condensateur, et le moteur 6 thermique 25 est un moteur essence ou diesel. L'ensemble 7 réducteur est formé par des engrenages mais pourrait en variante prendre la forme d'un variateur, d'une courroie, ou même d'un train épicycloïdal. [36] Par ailleurs, un premier dispositif 9 d'accouplement est installé entre la machine 3 et l'ensemble 7 réducteur ; tandis qu'un deuxième dispositif 10 d'accouplement est installé entre le moteur 6 et la machine 3. De préférence, les dispositifs 9, 10 d'accouplement sont des embrayages. Toutefois, en variante ces dispositifs 9, 10 peuvent prendre la forme d'un dispositif de crabotage de type coupleur piloté ou à système s électromagnétique. [37] Dans ce mode de réalisation, l'arbre 6.1 et l'arbre 3.1 sont coaxiaux l'un par rapport à l'autre. [38] La Figure 2 montre une variante de la réalisation de la chaîne 2 de traction dans laquelle la machine 3 est accouplée à l'arbre 6.1 par Io l'intermédiaire d'un réducteur 11 qui démultiplie la vitesse de rotation de la machine 3. A cet effet, l'arbre 6.1 et l'arbre 3.1 sont parallèles l'un par rapport à l'autre. [39] L'intérêt principal de ce montage est de pouvoir utiliser plus efficacement la machine 3 qui a généralement des vitesses de rotation plus 15 élevées que le moteur 6. [40] Selon une réalisation, il est possible d'installer un dispositif 12 de crabotage sur l'arbre 3.1, ce dispositif 12 de crabotage assurant l'accouplement ou le désaccouplement de la machine 3 avec cet arbre 3.1. Cela permet de ne pas entraîner inutilement la machine 3 lors des longs 20 trajets à vitesse élevée. [41] Dans ce mode de réalisation, l'arbre 6.1 et l'arbre 3.1 sont parallèles l'un par rapport à l'autre. [42] En variante on pourrait implanter l'arbre 3.1 de la machine 3 perpendiculairement à l'arbre 6.1 du moteur 6 en utilisant un couple conique. 25 [043] La Figure 3 montre une deuxième variante de la réalisation de la chaîne 2 de traction dans laquelle on utilise une descente d'engrenage 18 entre l'arbre 6.1 du moteur 6 et l'arbre 3.1 de la machine 3 pour multiplier le régime du moteur 6 afin de l'approcher de celui de la machine 3. Pour une chaîne de traction à dominante électrique, ce montage permet d'optimiser la 30 partie électrique en réduisant le nombre de cascades d'engrenage au maximum. Dans ce montage, la descente d'engrenage 18 est utilisée uniquement quand le moteur thermique se met en route. [44] La Figure 4 montre une représentation schématique d'un premier mode 13 de fonctionnement dans lequel la chaîne 2 de traction fonctionne s comme une chaîne de traction électrique pure. Il s'agit du mode principal de fonctionnement de la chaîne 2. Ce mode couvre toutes les plages de vitesses et de puissances de fonctionnement du véhicule. La machine 3 assure le décollage, c'est-à-dire le passage de l'état arrêté à l'état en mouvement du véhicule, le roulage sur toute la plage de vitesses et la Io marche arrière. [45] On obtient le mode 13 lorsque le dispositif 9 d'accouplement entre la machine 3 et l'ensemble 7 réducteur est fermé ; tandis que le dispositif 10 d'accouplement entre le moteur 6 et la machine 3 est ouvert. Le moteur 6 est alors à l'arrêt. La même configuration permet de récupérer de l'énergie dans ls les phases de décélération et de freinage du véhicule. [46] La Figure 5 montre une représentation schématique d'un deuxième mode 14 de fonctionnement dans lequel la chaîne 2 de traction fonctionne en mode thermique. Ce mode peut être utilisé à vitesse moyenne ou élevée si le niveau de batterie est insuffisant. Les deux dispositifs 9, 10 20 d'accouplement sont alors fermés. [47] Dans ce mode 14, le moteur 6 est en prise directe sur l'ensemble 7 réducteur. Le rapport de réduction est alors équivalent à un rapport de 4ème ou de 5ème d'une boîte de vitesses traditionnelle. La machine 3 est entraînée par le moteur 6, de sorte que la machine 3 pourrait être utilisée comme 25 générateur pour recharger le dispositif 4 de stockage. De même, en phase de freinage et de décélération, la machine 3 peut être utilisée pour récupérer de l'énergie. [48] La Figure 6 montre une représentation schématique d'un troisième mode 15 de fonctionnement dans lequel la chaîne 2 de traction fonctionne en 30 mode « boost ». Dans ce mode, la machine 3 et le moteur 6 fonctionnent en tandem, de sorte que le couple (respectivement la puissance) de la machine 3 et du moteur 6 s'additionnent entre eux. A cet effet, les deux dispositifs 9, 10 d'accouplement sont fermés. [49] Ce mode 15 est par exemple mis en oeuvre lors d'un roulage en montée ou d'une demande de forte accélération de la part du conducteur. La s mise en oeuvre d'un tel mode 15 autorise la réduction la cylindrée du moteur 6 tout en disposant d'une puissance suffisante grâce à la combinaison des puissances de la machine 3 et du moteur 6. Ce mode 15 peut aussi être transitoirement mis en oeuvre en cours de roulage pour démarrer le moteur 6 : on passe du fonctionnement en mode 13 au fonctionnement en mode 14 Io par l'intermédiaire d'un passage transitoire par ce mode 15 de fonctionnement pour démarrer le moteur 6 sans à-coups. [50] La Figure 7 montre un quatrième mode 16 de fonctionnement dans lequel on démarre le moteur 6 à l'arrêt. Le dispositif 9 d'accouplement entre la machine 3 et l'ensemble 7 réducteur est alors ouvert ; tandis que le ls dispositif 10 d'accouplement entre le moteur 6 et la machine 3 est fermé. Dans ce mode 16, le véhicule est à l'arrêt ou au moins au point mort. La machine 3 est alors utilisée comme démarreur pour démarrer le moteur 6. Ce mode peut par exemple être mis en oeuvre en ville, le moteur 3 étant arrêté au feu rouge puis redémarré ensuite. 20 [051] La Figure 8 montre un cinquième mode 17 de fonctionnement dans lequel la chaîne 2 de traction fonctionne en mode charge. Dans ce mode, le dispositif 9 d'accouplement entre la machine 3 et l'ensemble 7 réducteur est ouvert ; tandis que le dispositif 10 d'accouplement entre le moteur 6 et la machine 3 est fermé. Dans ce mode, le véhicule 1 étant à 25 l'arrêt ou au moins au point mort, le moteur 6 entraîne la machine 3 qui fonctionne alors en générateur et recharge le dispositif 4 de stockage d'énergie. REVENDICATIONS1. Véhicule (1) ayant une chaîne de traction (2) comportant - un moteur thermique (6), s - une machine électrique (3), - un ensemble (7) réducteur en relation avec les roues (8) du véhicule, caractérisé en ce que la chaîne (2) de traction comporte en outre - un premier dispositif (9) d'accouplement installé entre la machine Io (3) électrique et l'ensemble (7) réducteur, et - un deuxième dispositif (10) d'accouplement installé entre le moteur (6) thermique et la machine (3) électrique. 2. Véhicule (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ls moteur (6) thermique ayant un arbre (6.1) moteur, et la machine (3) électrique ayant un arbre (3.1) de machine, l'arbre (6.1) moteur et l'arbre (3.1) de la machine sont coaxiaux. 3. Véhicule (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 20 moteur (6) thermique ayant un arbre (6.1) moteur, et la machine (3) électrique ayant un arbre (3.1) machine, l'arbre (6.1) moteur et l'arbre (3.1) de la machine sont parallèles l'un par rapport à l'autre. 4. Véhicule (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que 25 l'arbre (3.1) de la machine (3) électrique est accouplé à l'arbre (6.1) moteur par l'intermédiaire d'un réducteur (11) de vitesses. 5. Véhicule (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un dispositif (12) de crabotage est installé sur l'arbre (3.1) de la machine, 30 ce dispositif (12) de crabotage assurant l'accouplement ou le désaccouplement de la machine (3) électrique avec cet arbre (3.1). 6. Véhicule (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les dispositifs (9,10) d'accouplement sont des embrayages pilotés. 7. Véhicule (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les dispositifs (9,10) d'accouplement sont des systèmes de crabotage pilotés. s 8. Véhicule (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre - un dispositif (4) de stockage d'énergie, et - un onduleur (5) de tension, Io - l'onduleur (5) de tension étant installé entre la machine (3) électrique le dispositif (4) de stockage d'énergie.