Brevet FR3010663A1 — publié le 20150320

VEHICULE HYBRIDE DISPOSANT D'UN MOTEUR THERMIQUE ET DE DEUX MOTORISATIONS ELECTRIQUE ET HYDRAULIQUE pool La présente invention concerne un ensemble de motorisation pour un véhicule hybride, ainsi qu'un procédé de fonctionnement de cet ensemble, et un véhicule hybride équipé d'un tel ensemble de motorisation. [0002] Un type de véhicule hybride connu comporte un groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique équipé d'une transmission entraînant les roues avant de ce véhicule, ce groupe disposant de plus d'une machine électrique auxiliaire qui peut fonctionner en moteur en délivrant une puissance mécanique aux roues avant à partir d'une énergie prélevée dans des batteries, ou en génératrice en récupérant une énergie cinétique du véhicule afin de recharger ces batteries. [0003] Les batteries alimentant la machine électrique constituent une source d'énergie pouvant stocker une certaine quantité d'énergie, mais généralement ne peuvent pas délivrer ou recevoir cette énergie avec une puissance importante permettant des charges ou des décharges très rapides. [0004] La possibilité de fournir une puissance mécanique importante pour délivrer aux roues motrices une pointe de couple, ou de délivrer une puissance électrique importante avec la machine travaillant en génératrice pour récupérer l'énergie cinétique du véhicule lors de freinages prononcés, est alors limitée. [0005] De plus dans le cas d'une installation de la machine électrique auxiliaire sur un groupe motopropulseur existant comportant un moteur thermique, il faut alors modifier ce groupe afin de recevoir cette machine, en prévoyant les liaisons mécaniques permettant de l'entraîner. [0006] Ces modifications nécessitent des études et des validations du groupe motopropulseur ainsi que des adaptations de l'outil industriel de fabrication, ce qui peut être complexe et onéreux. Il faut alors gérer deux versions de ce groupe dans le cas où l'on veut produire sur une même plate-forme un type de véhicule conventionnel comprenant uniquement le groupe motopropulseur disposant du moteur thermique, et une variante hybride comportant en plus la motorisation auxiliaire. [0007] En variante un type de véhicule hybride connu, présenté notamment par le document US-A1-20120267179, comporte un groupe motopropulseur équipé d'un moteur thermique entraînant le train avant, ainsi qu'une première motorisation auxiliaire électrique et une deuxième motorisation auxiliaire pneumatique entraînant le train arrière. De plus la réserve de pression d'air comprimé est utilisée pour la suralimentation du moteur thermique, et la détente endothermique de l'air produisant du froid, pour la climatisation du véhicule. [000s] Cependant les motorisations pneumatiques comportent un rendement médiocre, ce qui limite les possibilités de réduction de consommation de ce type de véhicule. [0009] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. [001 0] Elle propose à cet effet un ensemble de motorisation pour un véhicule hybride, prévu pour venir en complément d'un groupe motopropulseur équipé d'un moteur thermique et d'une transmission entraînant un premier essieu du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte une transmission prévue pour entraîner le deuxième essieu du véhicule, ainsi qu'une motorisation électrique et une motorisation hydraulique auxiliaires reliées à cette transmission par des moyens d'accouplement. [001 1] Un avantage de cet ensemble de motorisation est qu'en conservant un groupe motopropulseur comprenant uniquement le moteur thermique, qui peut être repris d'une production conventionnelle en grande série, on ajoute sur le deuxième essieu les motorisations électrique et hydraulique comprenant chacune des caractéristiques particulières qui se complètent, avec notamment une plus grande capacité de stockage pour la première et une forte puissance disponible pour la seconde. [0012] De plus les moyens d'accouplement permettent suivant les modes de fonctionnement, de débrayer les motorisations auxiliaires pour réduire les pertes, ou de réaliser des transferts d'énergie entre les accumulateurs d'énergie de ces deux motorisations auxiliaires. [0013] L'ensemble de motorisation selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0014] Selon un premier mode de réalisation, chacune des motorisations auxiliaires est reliée directement et de manière indépendante à la transmission par son propre moyen d'accouplement. [0015] Selon un deuxième mode de réalisation, la motorisation électrique est reliée directement à la transmission par un premier moyen d'accouplement, la motorisation hydraulique étant reliée à cette motorisation électrique. [0016] Selon un troisième mode de réalisation, la motorisation hydraulique est reliée directement à la transmission par un premier moyen d'accouplement, la motorisation électrique étant reliée à cette motorisation 20 hydraulique. [0017] Dans ces deux derniers cas, avantageusement un deuxième moyen d'accouplement est disposé entre les deux motorisations. [0018] L'invention a aussi pour objet un procédé de fonctionnement d'un ensemble de motorisation selon le deuxième ou le troisième mode de 25 réalisation, qui le premier moyen d'accouplement étant ouvert et les deux motorisations étant reliées ensemble, réalise un transfert d'énergie entre deux types d'accumulateurs alimentant chacune de ces motorisations, en faisant fonctionner l'une des motorisations en moteur et l'autre en génératrice. [0019] L'invention a de plus pour objet un véhicule hybride disposant d'un groupe motopropulseur équipé d'un moteur thermique et d'une transmission entraînant un premier essieu de ce véhicule, ce véhicule comportant un ensemble de motorisation entraînant l'autre essieu, comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0020] En particulier le groupe motopropulseur peut entraîner l'essieu avant, et l'ensemble de motorisation entraîner l'essieu arrière. [0021] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après 10 donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 est un schéma d'un véhicule hybride comprenant un ensemble de motorisation selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma d'un véhicule hybride comprenant un ensemble de motorisation suivant une première variante ; et 15 - la figure 3 est un schéma d'un véhicule hybride comprenant un ensemble de motorisation suivant une deuxième variante. [0022] La figure 1 présente un véhicule hybride comprenant un groupe motopropulseur disposant d'un moteur thermique 2 formant une motorisation principale, relié à une boîte de vitesses 4 comportant un différentiel de sortie 20 qui entraîne des arbres de roue 6 reliés aux roues de l'essieu avant 8. [0023] Une machine réversible électrique 10 constitue une première motorisation auxiliaire alimentée par des accumulateurs électriques 12, qui est reliée par un premier moyen d'accouplement 14 à une transmission arrière 16. 25 [0024] Les accumulateurs électriques 12 peuvent comporter des batteries orientées énergie, comprenant des moyens de stockage d'énergie pouvant recevoir une quantité d'énergie relativement élevée en fonction de la masse et de l'encombrement, mais avec une puissance de recharge ou de décharge limitée. Les accumulateurs électriques 12 peuvent aussi comporter des moyens de stockage pouvant recevoir une puissance importante, comme des batteries orientées puissance, ou des super-capacités. On peut de plus utiliser un mixage de ces solutions. [0025] Une machine hydraulique réversible 22 constitue une deuxième motorisation auxiliaire disposée en parallèle de la première motorisation, alimentée par des accumulateurs de pression 24, qui est reliée par un deuxième moyen d'accouplement 26 à la transmission arrière 16. [0026] Les accumulateurs de pression 24 constituent des moyens de stockage d'énergie qui peuvent recevoir une quantité d'énergie relativement limitée en fonction de la masse et de l'encombrement, mais avec une puissance de recharge ou de décharge importante, en particulier par rapport aux accumulateurs électriques 12. La machine hydraulique 22 avec ses accumulateurs 24 prévus pour une puissance élevée, peut notamment servir au décollage du véhicule à partir de l'arrêt, ou à la récupération d'énergie lors de freinages prononcés. [0027] La transmission arrière 16 comporte un différentiel de sortie qui entraîne des arbres de roue 18 reliés aux roues de l'essieu arrière 20. [0028] Les moyens d'accouplement 14, 26 peuvent comporter des embrayages ou des systèmes de synchronisation ou de crabotage pilotés, de 20 manière à pouvoir engager ou désengager de manière indépendante chacune des motorisations auxiliaires 10, 22 avec la transmission arrière 16. [0029] Un dispositif de pilotage de l'ensemble des motorisations 28 comprend un calculateur qui commande en particulier le moteur thermique 2, la machine électrique 10 et la machine hydraulique 22, afin de gérer de 25 manière optimale ces motorisations en fonction des demandes du conducteur. [0030] On obtient un véhicule hybride comprenant un groupe motopropulseur sur le train avant qui n'est pas modifié par rapport à un véhicule conventionnel, ce qui permet de conserver une partie avant du véhicule standard, généralement produite en grandes séries de manière économique. [0031] Les différents modes de fonctionnement de ce véhicule sont les suivants avec le moteur thermique 2 en marche. Le démarrage du moteur thermique 2 se fait de manière conventionnelle, avec un système de démarrage dédié comme un démarreur ou un alterno-démarreur disposé sur le groupe motopropulseur. [0032] Un premier mode « boost » apporte un complément de puissance mécanique délivré par l'une des motorisations auxiliaires 10, 22 ou les deux après avoir fermé leurs moyens d'accouplements 14, 26. Ces motorisations sont choisies suivant l'état de charge de leurs accumulateurs d'énergie 12, 24, et leurs caractéristiques de fonctionnement. [0033] Un deuxième mode « recharge » prélève une partie de la puissance mécanique délivrée par le moteur thermique 2 pendant le roulage du véhicule, pour entraîner l'une des motorisations auxiliaires 10, 22 ou les deux après avoir fermé leurs moyens d'accouplement 14, 26, afin d'obtenir avec un fonctionnement en générateur une recharge de leurs propres accumulateurs d'énergie 12, 24. [0034] On peut aussi combiner les modes « boost » et « recharge » dans un troisième mode « transfert », pour délivrer un couple avec l'une des motorisations auxiliaires tout en entraînant l'autre motorisation, ce qui permet de réaliser un transfert d'énergie qui vide les accumulateurs d'énergie de l'une en rechargeant ceux de l'autre. On peut en particulier vider les accumulateurs de pression 24 en rechargeant les batteries électriques 12 après des freinages du véhicule, ce qui permet de conserver une capacité de récupération avec une forte puissance pour des freinages suivant. [0035] Les différents modes de fonctionnement du véhicule hybride sont les suivants avec le moteur thermique 2 à l'arrêt, et sa transmission ouverte 4 afin de ne pas entraîner ce moteur pendant le roulage. [0036] Un quatrième mode « traction électrique » assure l'entraînement du véhicule par la machine électrique 10 comprenant son moyen d'accouplement 14 fermé, en prélevant une énergie dans ses accumulateurs électriques 12. On peut en complément pendant ce quatrième mode entraîner la machine hydraulique 22 en fermant son moyen d'accouplement 26, afin de réaliser une recharge des accumulateurs de pression 24 prévus pour une puissance élevée. [0037] Un cinquième mode « traction hydraulique » assure l'entraînement du véhicule par la machine hydraulique 22 comprenant son moyen d'accouplement 26 fermé, en prélevant une énergie dans ses accumulateurs de pression 24. On peut de la même manière en complément pendant ce cinquième mode entraîner la machine électrique 10 en fermant son moyen d'accouplement 14, afin de réaliser une recharge des accumulateurs électriques 12. [0038] Un sixième mode « traction électrique et hydraulique » est la combinaison du quatrième et du cinquième mode, avec un entraînement par les deux motorisations auxiliaires 10, 22. On obtient un couple plus élevé et une plus grande puissance de traction du véhicule. [0039] Les quatrième, cinquième et sixième modes de fonctionnement peuvent fonctionner en récupération d'énergie, pour freiner le véhicule en récupérant son énergie cinétique. On choisit la motorisation auxiliaire 10, 22 à entraîner en fonction des caractéristiques du freinage, suivant la puissance et la quantité d'énergie à récupérer. [0040] On notera que les deux motorisations auxiliaires 10, 22 sont indépendantes, chacune pouvant être entraînée indépendamment de l'autre. Si une seule machine est utilisée, on peut laisser l'autre à l'arrêt afin de réduire les pertes par frottement. [0041] La figure 2 présente un deuxième véhicule hybride comprenant à l'avant un groupe motopropulseur identique, et à l'arrière la machine hydraulique 22 reliée par un deuxième moyen d'accouplement 32 à la machine électrique 10, qui est elle-même reliée par un premier moyen d'accouplement 30 à la transmission 16. [0042] La figure 3 présente un troisième véhicule hybride comprenant une inversion des deux motorisations auxiliaires 10, 22 par rapport au véhicule précédent, la machine électrique 10 étant reliée par le deuxième moyen d'accouplement 32 à la machine hydraulique 22, qui est elle-même reliée par le premier moyen d'accouplement 30 à la transmission 16. [0043] Pour ces deux derniers véhicules hybrides les deux motorisations auxiliaires 10, 22 sont en série. On peut relier à la transmission 16 seulement la première machine en fermant uniquement le premier moyen d'accouplement 30. On peut aussi relier à la transmission 16 les deux machines 10, 22 en même temps, en fermant les deux moyens d'accouplement 30, 32. [0044] On choisira l'une ou l'autre des architectures de ces deux véhicules hybrides en fonction des caractéristiques de fonctionnement de chacune des motorisations auxiliaires, pour privilégier un fonctionnement plus fréquent des accumulateurs donnant la meilleure capacité ou donnant la meilleure puissance. [0045] On notera que la machine électrique 10 pouvant généralement tourner à des vitesses plus élevées et avec moins de pertes par frottement que la machine hydraulique 22, le deuxième véhicule hybride comprenant cette machine électrique directement reliée à la transmission 16, peut permettre de diminuer les pertes. [0046] Les variantes des modes de fonctionnement avec ces deux derniers véhicules hybrides sont les suivantes. [0047] Le mode « boost » comme le mode « recharge » peuvent utiliser uniquement la première motorisation en laissant la deuxième à l'arrêt, ou uniquement la deuxième en entraînant à vide la première, ou les deux, pour délivrer un couple moteur ou pour travailler en génératrice. [0048] Le mode « transfert » est plus simple, en reliant les deux motorisations auxiliaires 10, 22 par la fermeture uniquement du deuxième moyen d'accouplement 32. On réalise ainsi indépendamment de la marche ou de l'arrêt du véhicule des transferts d'énergie entre les deux types d'accumulateurs, en faisant travailler l'une des motorisations en moteur, et l'autre en génératrice pour recharger ses accumulateurs. [0049] On peut aussi dans le cas d'un véhicule hybride rechargeable sur un réseau d'alimentation électrique extérieur, effectuer une recharge des accumulateurs électriques 12, puis avec le mode « transfert » réaliser une recharge des accumulateurs de pression 24 en utilisant la machine électrique 10 en moteur afin d'entraîner la machine hydraulique 22 qui recharge ses accumulateurs. On obtient ensuite lors du démarrage suivant du véhicule, une puissance importante disponible avec l'énergie hydraulique, permettant notamment d'effectuer le démarrage de ce véhicule à partir de l'arrêt. [0050] Les modes « traction électrique » et « traction hydraulique » se font de manière similaire, avec une rotation à vide de l'autre machine ou non suivant que la machine motrice est respectivement en premier ou en deuxième sur le montage en série. Le mode « traction électrique et hydraulique » est similaire, avec une fermeture des deux moyens d'accouplement 30, 32. [0051] On peut ainsi avec ces ensembles de motorisation selon l'invention, cumuler les avantages des deux motorisations auxiliaires donnant l'une une meilleure quantité d'énergie et l'autre une meilleure puissance, pour réaliser à la fois une forte autonomie et une puissance instantanée importante. On peut ainsi dimensionner au plus juste chacune des motorisations avec ses accumulateurs, afin de la dédier à un usage plus particulier. [0052] Suivant les circonstances on privilégie l'une ou l'autre des motorisations pour répondre aux demandes du conducteur avec les meilleurs rendements. En particulier dans le cas d'une faible puissance demandée, la machine électrique 10 a généralement un meilleur rendement que la machine hydraulique 22, on privilégiera son fonctionnement. Par contre pour une forte puissance demandée, la machine hydraulique 22 à généralement un rendement meilleur. [0053] De plus les accumulateurs électriques 12 comprenant généralement une tension élevée, peuvent être reliés au réseau de bord basse tension par un convertisseur afin d'adapter la tension, ce qui permet d'utiliser des éléments communs. [0054] Les ensembles de motorisation selon l'invention permettent de s'adapter de manière modulaire sur des véhicules comprenant un groupe motopropulseur conventionnel entraînant le train avant, pour réaliser des véhicules hybrides. On notera que ces véhicules comportent une motorisation des quatre roues du véhicule, ce qui apporte des avantages concernant la tenue de route et la motricité en tout-terrains. REVENDICATIONS1 - Ensemble de motorisation pour un véhicule hybride, prévu pour venir en complément d'un groupe motopropulseur équipé d'un moteur thermique (2) et d'une transmission (4) entraînant un premier essieu du véhicule (8), caractérisé en ce qu'il comporte une transmission (16) prévue pour entraîner le deuxième essieu du véhicule (20), ainsi qu'une motorisation électrique (10) et une motorisation hydraulique (22) auxiliaires reliées à cette transmission par des moyens d'accouplement (14, 26, 30, 32). 2 - Ensemble de motorisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des motorisations auxiliaires (10, 22) est reliée directement et de manière indépendante à la transmission (16) par son propre moyen d'accouplement (14, 26). 3 - Ensemble de motorisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la motorisation électrique (10) est reliée directement à la transmission (16) par un premier moyen d'accouplement (30), la motorisation hydraulique (22) étant reliée à cette motorisation électrique. 4 - Ensemble de motorisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la motorisation hydraulique (22) est reliée directement à la transmission (16) par un premier moyen d'accouplement (30), la motorisation électrique (10) étant reliée à cette motorisation hydraulique. 5 - Ensemble de motorisation selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un deuxième moyen d'accouplement (32) est disposé entre les deux motorisations (10, 22). 6 - Procédé de fonctionnement d'un ensemble de motorisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le premier moyen d'accouplement (30) étant ouvert et les deux motorisations (10, 22) étant reliées ensemble, il réalise un transfert d'énergie entre deux types d'accumulateurs (12, 24) alimentant chacune de ces motorisations, enfaisant fonctionner l'une des motorisations en moteur et l'autre en génératrice. 7 - Véhicules hybride disposant d'un groupe motopropulseur équipé d'un moteur thermique (2) et d'une transmission (4) entraînant un premier essieu (8) de ce véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de motorisation entraînant l'autre essieu (20), réalisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8 - Véhicule hybride selon la revendication 7, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur entraîne l'essieu avant (8), et l'ensemble de motorisation entraîne l'essieu arrière (20).