Brevet FR3067664A1 — publié le 20181221

ARCHITECTURE DE TRACTION HYBRIDE BASSE TENSION POUR VÉHICULE AUTOMOBILE La présente invention porte sur une architecture de traction hybride basse tension pour véhicule automobile. De façon connue en soi, une chaîne de traction de véhicule automobile comporte un moteur thermique accouplé à une boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage. La boîte de vitesses est reliée mécaniquement aux roues par l'intermédiaire d'un différentiel. Une machine électrique réversible est accouplée au moteur thermique via la façade accessoires. Cette machine électrique, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique. Cette machine électrique pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif. Il est connu également d'utiliser une autre machine électrique réversible accouplée à la boîte de vitesses. Cette machine électrique est apte à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. Cette machine est également apte à fonctionner en mode générateur pour fournir de l'énergie à la batterie du véhicule. Ces machines électriques sont généralement des machines de forte puissance, de l'ordre de 50kW, connectées sur un réseau électrique présentant une tension de fonctionnement de 300 Volts. Il a été observé qu'avec ce type d'architecture les émissions de dioxyde de carbone et autres particules polluantes sont élevées sur les grandes distances de roulage. En effet, sur ces distances, les conditions de roulage sont telles que le véhicule fonctionne le plus souvent en mode thermique. Or, le poids des batteries alimentant le réseau haute tension étant important, le moteur thermique consomme beaucoup de carburant pour assurer seul la 2 traction du véhicule, ce qui engendre une émission importante de dioxyde de carbone et autres particules polluantes. En outre, malgré les formations techniques reçues par les opérateurs pour réparer des pannes électriques du véhicule, il existe un risque sécuritaire 5 d'électrocution compte tenu des tensions élevées utilisées pour alimenter les machines électriques de traction. La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une architecture de traction pour véhicule automobile comportant: - un moteur thermique, 10 - une boîte de vitesses ayant un arbre d'entrée et un arbre de sortie, - un premier embrayage interposé entre le moteur thermique et l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses, caractérisée en ce que ladite architecture de traction comporte en outre une machine électrique tournante de type réversible, ladite machine électrique 15 tournante étant accouplée avec l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses, - la machine électrique tournante étant connectée à un réseau électrique présentant une tension de fonctionnement inférieure à 60Volts. L'invention permet ainsi, grâce à l'utilisation d'un réseau électrique inférieur à 60 Volts, d'embarquer des batteries moins lourdes que sur un réseau haute 20 tension classique, ce qui permet de minimiser les émissions de particules polluantes sur les grandes distances lorsque le véhicule fonctionne dans un mode de roulage thermique. L'invention permet en outre de réduire le coût de l'architecture de traction du fait de la taille réduite des machines électriques tournantes. L'invention permet en outre de supprimer le risque 25 sécuritaire, dans la mesure où les tensions mises en oeuvre ne sont pas susceptibles de causer une électrocution à l'opérateur intervenant sur le véhicule automobile. Selon une réalisation, la tension de fonctionnement du réseau électrique est de 48 Volts. 30 Selon une réalisation, la machine électrique tournante est montée de façon coaxiale avec l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses. 3 Selon une réalisation, la machine électrique tournante est montée parallèlement à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses. Selon une réalisation, la machine électrique tournante est reliée mécaniquement à l'arbre d'entrée par l'intermédiaire d'un dispositif de 5 transmission de mouvement. Selon une réalisation, ladite architecture de traction comporte un deuxième embrayage, la machine électrique tournante étant montée entre le premier embrayage et le deuxième embrayage. Selon une réalisation, la machine électrique tournante est montée à l'intérieur 10 de la boîte de vitesses. Selon une réalisation, la machine électrique tournante est reliée mécaniquement à un pignon interne de la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un système à chaîne ou à engrenage. Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour 15 pouvoir réaliser une fonction d'arrêt et de re-démarrage automatique du moteur thermique. Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour pouvoir réaliser une fonction permettant à l'une et/ou l'autre des machines électriques d'assister ponctuellement le moteur thermique lors d'une phase 20 de roulage en mode thermique. Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de freinage récupératif permettant à l'une et/ou l'autre des machines électriques de fournir de l'énergie électrique à une batterie lors d'une phase de freinage. 25 Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de roue libre permettant d'automatiser l'ouverture de la chaîne de traction sans action explicite du conducteur pour réduire le régime moteur ou l'arrêter afin de minimiser la consommation en carburant ainsi que les émissions polluantes. 4 Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de décollage électrique du véhicule. Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de roulage électrique. 5 Selon une réalisation, la machine électrique tournante est une machine électrique synchrone à aimants permanents. Selon une réalisation, l'architecture de traction comporte en outre une machine électrique tournante de type réversible accouplée avec le moteur thermique. 10 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. Les figures la à lc sont des représentations schématiques illustrant différents modes de réalisation d'une architecture de traction pour véhicule 15 automobile selon la présente invention; La figure 2 est une représentation schématique des réseaux électriques interfacés mis en oeuvre dans la présente invention; La figure 3 est un tableau illustrant les différentes fonctions pouvant être mises en oeuvre respectivement avec une architecture à alterno-démarreur 20 seul et avec une architecture selon l'invention comprenant un alterno- démarreur utilisé en combinaison avec une machine électrique accouplée sur l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. 25 Les figures 1 a, 1 b, et 1 c, montrent une architecture de traction 10 pour véhicule automobile comportant une chaîne de traction 11 implantée sur le train avant 12 d'un véhicule automobile. 5 Cette chaîne de traction 11 comporte un moteur thermique 13 et une boîte de vitesses 16 munie d'un arbre d'entrée 16.1 et d'un arbre de sortie 16.2 connecté aux roues par l'intermédiaire d'un différentiel 17. Un embrayage KO est interposé entre le moteur thermique 13 et l'arbre 5 d'entrée 16.1 de la boîte de vitesses 16. Une machine électrique tournante 21 de type réversible est accouplée au moteur thermique 13 via la façade accessoires. Le dispositif de transmission de mouvement 22 entre le moteur thermique 13 et la machine électrique 21 pourra par exemple comporter une courroie coopérant avec des poulies 10 portées respectivement par le vilebrequin et l'arbre de la machine 21. Cette machine électrique 21, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie 24 du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique 13 alors que le véhicule est à l'arrêt ou lors d'une transition 15 d'un mode de roulage électrique vers un mode de roulage thermique. Cette machine électrique 21 pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie 24 lors d'une phase de freinage récupératif. La machine électrique 21 pourra être supprimée (cf. figure 1 b) dans le cas où l'on fait appel à deux embrayages KO et Kl. 20 En outre, une deuxième machine électrique tournante 26 de type réversible est accouplée avec l'arbre d'entrée 16.1 de la boîte de vitesses 16. La machine électrique 26 est apte à fonctionner dans un mode générateur lors d'une phase de freinage récupératif pour recharger la batterie 24 ainsi que dans un mode moteur pour assurer un roulage électrique du véhicule. 25 La machine électrique 26 est associée à un onduleur qui pourra être fixé à l'arrière de la machine 26 ou être séparé de la machine 26. Le circuit de refroidissement de l'onduleur et des machines électriques 21, 26 pourra être à base d'eau ou d'huile. Dans le mode de réalisation de la figure 1 a, la machine électrique 26 est 30 montée de façon coaxiale avec l'arbre d'entrée 16.1 de la boîte de vitesses 6 16. La machine électrique 26 présente alors la même vitesse de rotation que celle du moteur thermique 13. Dans le mode de réalisation de la figure 1 b, la machine électrique 26 est montée parallèlement à l'arbre d'entrée 16.1 de la boîte de vitesses 16. A cet 5 effet, la machine électrique 26 est reliée mécaniquement à l'arbre d'entrée 16.1 par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de mouvement 27, par exemple à engrenages ou à chaîne ou par courroie. La machine électrique 26 présente alors une vitesse qui est proportionnelle à celle du moteur thermique 13 suivant un rapport de démultiplication. 10 Dans ces deux modes de réalisation, on fait appel à un deuxième embrayage Ki. La machine électrique 26 est montée entre le premier embrayage KO et le deuxième embrayage Ki. Ainsi, dans un mode de fonctionnement électrique, l'embrayage KO est ouvert tandis que K1 est fermé. Dans un mode de fonctionnement thermique, 15 les deux embrayages KO et K1 sont fermés. Lors d'une transition du mode de fonctionnement électrique au mode de fonctionnement thermique, l'embrayage K1 est ouvert le temps que l'embrayage KO se ferme lors du démarrage du moteur thermique 13 assuré par l'alterno-démarreur 21, puis l'embrayage K1 est de nouveau fermé. 20 Alternativement, les deux embrayages KO, K1 sont mis en glissement le temps du démarrage du moteur thermique 13. Les embrayages KO et K1 peuvent alors être à moitié fermé, et le moteur monte en régime pour démarrer le moteur. Dans le mode de réalisation de la figure 1 c, la machine électrique 26 est 25 montée à l'intérieur de la boîte de vitesses 16. La machine électrique 26 est reliée mécaniquement à un pignon interne de la boîte de vitesses 16 par l'intermédiaire d'un système à chaîne ou à engrenages 28. Dans ce cas, l'embrayage K1 est supprimé. Comme on peut le voir sur la figure 2, les deux machines électriques 21, 26 30 sont connectées à un premier réseau électrique 30 sur lequel est également branchée la batterie 24. Ce réseau électrique 30 présente une tension de 7 fonctionnement inférieure à 60 Volts. Avantageusement, la tension de fonctionnement du réseau électrique 30 est de 48 Volts. D'autres charges électriques 31 pourront également être connectées sur le réseau électrique 30. 5 Chaque machine électrique 21, 26 pourra présenter une puissance comprise entre 15kW et 25 kW et fournir un couple compris entre 55Nm et 100Nm en fonction de sa longueur. Les machines électriques 21, 26 pourront par exemple être des machines de type synchrone à aimants permanents. Le réseau électrique 30 est interfacé avec un deuxième réseau électrique 34 10 basse tension par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu 35. Un démarreur 36 assurant les démarrages à froid du moteur thermique 13, ainsi que des consommateurs électriques 37 du véhicule de type éclairage, actionneurs de vitres ou de sièges, et contrôle moteur, sont connectés au réseau électrique 34. Ce réseau électrique 34 associé à une batterie 40 15 présente une tension de fonctionnement inférieure à celle du premier réseau électrique 30. La tension de fonctionnement du réseau électrique 34 est de préférence de l'ordre de 12 Volts. Suivant certaines configurations, il est possible de supprimer la présence du démarreur 36. Dans un mode de réalisation particulier, il sera possible d'implanter l'onduleur 20 de la machine électrique 26 ainsi que le convertisseur 35 à l'intérieur d'un même boîtier. Comme cela est illustré par la figure 3, une telle architecture 10 permet, grâce à la première machine électrique 21, d'assurer une fonction d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique 13 en fonction des 25 conditions de circulation (fonction dite STT pour "stop and start" en anglais). Une fonction dite "boost" en anglais permet à l'une et/ou l'autre des machines électriques 21, 26 d'assister ponctuellement le moteur thermique 13 lors d'une phase de roulage en mode thermique. Une fonction de freinage récupératif permet à l'une et/ou l'autre des 30 machines électriques 21, 26 de fournir de l'énergie électrique à la batterie 24 lors d'une phase de freinage. L'utilisation simultanée des deux machines 8 électriques 21, 26 permet de maximiser l'énergie récupérée par la batterie 24 lors du freinage. Une fonction de roue libre, dite de "coasting" en anglais, permet d'automatiser l'ouverture de la chaîne de traction 11 sans action explicite du 5 conducteur pour réduire le régime moteur ou l'arrêter afin de minimiser la consommation en carburant ainsi que les émissions polluantes. S'il a été arrêté, la machine électrique 21 ou la machine 26 ou le démarreur pourra assurer le re-démarrage du moteur thermique 13. En outre, par rapport à un alterno-démarreur 21 seul, l'architecture 10 permet 10 de disposer d'un couple électrique à l'arrêt du véhicule pour assurer notamment un décollage du véhicule (fonction dite de "take off" en anglais). La machine électrique 26 permet également d'assurer un roulage électrique pur. Le roulage électrique pourra être sollicité juste après une sortie de phase de roulage en roue libre. Dans certaines situations de vie dans 15 lesquelles la batterie 24 est vide, la machine électrique 21 pourra fournir directement une énergie électrique à la machine électrique 26 pour assurer une traction du véhicule. Grâce au roulage électrique pur, à la fonction de freinage récupératif par les deux machines électriques 21, 26, ainsi qu'au poids réduit des batteries 20 utilisées 24, 40, l'invention permet un gain en carburant de l'ordre de 20% lors des roulages sur de longues distances. Lors de la transition du mode de roulage électrique vers le mode de roulage thermique, l'énergie de la batterie 24 est utilisée afin de démarrer le moteur thermique 13 à l'aide de la machine 21. Il sera possible de contrôler un 25 niveau de charge suffisant de la batterie 24 permettant le démarrage du moteur thermique 13. Si ce n'est pas le cas, le calculateur moteur pourra commander l'arrêt du mode de roulage électrique afin de disposer d'un niveau d'énergie minimum. Le convertisseur 35 pourra également être utilisé pour transférer de l'énergie depuis la batterie 12 Volts vers la batterie 48 30 Volts afin de garantir le démarrage du moteur thermique 13 par la machine électrique 21. 9 Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de 5 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile comportant: - un moteur thermique (13), - une boîte de vitesses (16) ayant un arbre d'entrée (16.1) et un arbre de sortie (16.2), - un premier embrayage (KO) interposé entre le moteur thermique (13) et l'arbre d'entrée (16.1) de la boîte de vitesses (16), caractérisée en ce que ladite architecture de traction (10) comporte en outre une machine électrique tournante (26) de type réversible, ladite machine électrique tournante (26) étant accouplée avec l'arbre d'entrée (16.1) de la boîte de vitesses (16), - la machine électrique tournante (21) étant connectée à un réseau électrique (30) présentant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. 2. Architecture de traction (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tension de fonctionnement du réseau électrique (30) est de 48 Volts. 3. Architecture de traction (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (26) est montée de façon coaxiale avec l'arbre d'entrée (16.1) de la boîte de vitesses (16). 4. Architecture de traction (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (26) est montée parallèlement à l'arbre d'entrée (16.1) de la boîte de vitesses (16). 5. Architecture de traction (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (26) est reliée mécaniquement à l'arbre d'entrée (16.1) par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de mouvement (27). 6. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un deuxième embrayage (K1), la machine électrique tournante (26) étant montée entre le premier embrayage (KO) et le deuxième embrayage (K1). 11 7. Architecture de traction (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (26) est montée à l'intérieur de la boîte de vitesses (16). 8. Architecture de traction (10) selon la revendication 7, caractérisée 5 en ce que la machine électrique tournante (26) est reliée mécaniquement à un pignon interne de la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un système à chaîne ou à engrenage (28). 9. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir 10 réaliser une fonction d'arrêt et de re-démarrage automatique du moteur thermique (13). 10. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir réaliser une fonction permettant à l'une et/ou l'autre des machines 15 électriques (21, 26) d'assister ponctuellement le moteur thermique (13) lors d'une phase de roulage en mode thermique. 11. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de freinage récupératif permettant à l'une et/ou l'autre 20 des machines électriques (21, 26) de fournir de l'énergie électrique à une batterie (24) lors d'une phase de freinage. 12. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de roue libre permettant d'automatiser l'ouverture de la 25 chaîne de traction (11) sans action explicite du conducteur pour réduire le régime moteur ou l'arrêter afin de minimiser la consommation en carburant ainsi que les émissions polluantes. 13. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir 30 réaliser une fonction de décollage électrique du véhicule. 14. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des 12 revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de roulage électrique. 15. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une 5 machine électrique tournante (26) accouplée avec le moteur thermique (13).