Brevet FR3084857A1 — publié le 20200214

Description Titre de l'invention : Groupe motopropulseur d'un véhicule à en- traînement électrique, et véhicule à entraînement électrique [0001] L'invention se rapporte à un groupe motopropulseur d'un véhicule à entraînement électrique présentant un embrayage à liaison par friction, et un véhicule à entraînement électrique présentant un tel groupe motopropulseur. [0002] Les véhicules à entraînement électrique sont connus de l'état de la technique. Ceux-ci présentent un moteur d'entraînement électrique ou un moteur électrique aménagé pour le déplacement du véhicule, et habituellement une batterie de propulsion qui fournit l'énergie pour l'entraînement. [0003] Des groupes motopropulscurs pour de tels véhicules sont en outre connus de l'état de la technique. [0004] En raison de la capacité limitée par les coûts et l'encombrement de la batterie de propulsion disponible dans le véhicule, l'efficacité du système est de la plus haute importance dans l'électromobilité, pour pouvoir fournir une autonomie élevée dans les véhicules à entraînement électrique. Les groupes motopropulseurs de ces véhicules sont d'une importance encore plus élevée que dans les véhicules à moteur à combustion interne et les groupes motopropulscurs conventionnels. [0005] Pour utiliser la capacité présente le plus efficacement possible, des groupes motopro- pulseurs à boîte de vitesses à plusieurs rapports sont utilisés. Grâce à la boîte de vitesses à plusieurs rapports, le moteur électrique est apte à être mis en oeuvre dans un point de fonctionnement aussi efficace que possible. L'énergie nécessaire qui est requise pour le changement de vitesse et le maintien du rapport par une liaison par friction a des conséquences négatives. [0006] Lc but de l'invention consiste donc à fournir un groupe motopropulscur optimisé pour des véhicules à entraînement électrique, lequel est particulièrement efficace sur le plan énergétique. Le but de l'invention consiste en outre à fournir un véhicule à entraînement électrique qui présente une autonomie élevée. [0007] Pour atteindre ce but, il est prévu un groupe motopropulseur d'un véhicule à en- traînement électrique qui présente au moins un embrayage. L'embrayage est un embrayage normalement fermé qui présente plusieurs éléments de friction coniques qui sont en appui les uns contre les autres par paires et transmettent un couple dans une position fermée. Les embrayages normalement fermés sont des embrayages qui sont fermés dans un état initial et qui doivent être actionnés pour une ouverture. Pour maintenir l'embrayage dans l'état fermé, seule l'application d'une faible force, en particulier d'aucune force est nécessaire, grâce à quoi le groupe motopropulseur est parti- 2 culièrement efficace sur le plan énergétique. Les éléments de friction coniques forment une amplification de force mécanique au moyen de laquelle le nombre et la taille des surfaces de friction peuvent être réduits. Il est ainsi par exemple possible de réduire la surface de friction brute de plus de 80% par rapport à un embrayage comparable sans éléments de friction coniques. Ainsi, non seulement les couples résistants de r embrayage, mais également la force de fermeture ou la force de retenue nécessaires pour l'actionnement de l'embrayage sont réduits. Les forces d'actionnement peuvent par exemple être réduites de 60% par rapport à un embrayage comparable sans éléments de friction coniques. Le groupe motopropulseur est en particulier adapté à des véhicules à entraînement électrique, étant donné que ceux-ci ne présentent habituellement qu'un faible nombre de rapports de marche. Ainsi, les passages entre les rapports ne sont effectués que relativement rarement pendant la marche, de sorte que la période fermée d'un embrayage est relativement longue et prévisible. L'utilisation d'un embrayage normalement fermé mène ainsi à un groupe motopropulseur encretiquement particulièrement efficace, lequel est apte à augmenter l'autonomie du véhicule à entraînement électrique. [0008] L'embrayage comprend de préférence au moins un élément ressort qui maintient l'embrayage dans la position normalement fermée. En atteignant l'état fermé de l'embrayage grâce à l'élément ressort, il est possible, en raison de cette amplification de force mécanique, de maintenir les forces de retenue faibles et constantes. Tl est en particulier possible de ne pas avoir besoin d'énergie externe pour l'état fermé, c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre de l'énergie pour maintenir l'embrayage fermé. Ainsi, une quantité plus élevée d'énergie est disponible pour le déplacement, de sorte que l'autonomie du véhicule est augmentée. [0009] Le couple de friction est défini par la formule suivante : [0010] [Math.1] Fs - p - dm* z MR - 2 - sin cx [001 1] dans laquelle [0012] MR: couple de friction [0013] Fs: force de commutation [0014] p: coefficient de friction [0015] dm: diamètre de friction moyen [0016] i: nombre des surfaces de friction [0017] a: angle de cône. [0018] La transmission de l'amplificateur de force mécanique peut ainsi être variée au moyen de l'angle de cône des éléments de friction. [0019] Il est ainsi avantageux que l'angle de cône des éléments de friction soit inférieur à 3 30° et de préférence dans la plage de 3° à 15° pour maintenir les forces de retenue nécessaires particulièrement faibles. [0020] Il peut être prévu qu'au moins un ou l'ensemble des éléments de friction coniques présente(nt) une garniture de friction organique qui présente un coefficient de friction particulièrement élevé. [0021] En complément ou en alternative, il peut être prévu qu'au moins un, en particulier l'ensemble des éléments de friction coniques présente(nt) une garniture de friction métallique qui est particulièrement robuste. [0022] Selon un mode de réalisation, l'embrayage est un embrayage à fonctionnement humide dont l'usure est particulièrement faible et qui est ainsi apte à être refroidi par de l'huile. [0023] Selon un autre mode de réalisation, le groupe motopropulscur comprend une boîte de vitesses dans laquelle l'embrayage est intégré de manière mécanique pour une commutation entre différents états de fonctionnement. [0024] La boîte de vitesses peut être une boîte de vitesses à plusieurs rapports, l'embrayage étant prévu pour l'actionnement d'au moins un rapport de marche. Une boîte de vitesses à plusieurs rapports a l'avantage de pouvoir fournir différents rapports de marche qui sont adaptés à différentes contraintes de situations de marche spécifiques. Il est ainsi possible d'augmenter la dynamique de conduite et le confort de conduite. [0025] Dans un mode de réalisation, la boîte de vitesses comprend un rapport de marche principal et au moins un rapport de marche secondaire, l'embrayage normalement fermé étant prévu pour l'actionnement du rapport de marche principal, et au moins un embrayage normalement ouvert étant prévu pour l'actionnement dudit au moins un rapport de marche secondaire. Les embrayages normalement ouverts sont des embrayages qui sont ouverts à l'état initial et qui doivent être actionnés pour être fermés. Le rapport de marche principal est le rapport qui, pour un mode de conduite normal ou habituel, est la plupart du temps engagé, de préférence pendant plus de 50%, en particulier plus de 80% du temps d'entraînement. Ceci peut varier en fonction du profil de conduite du type de véhicule correspondant. Dans le cas d'une citadine, il s'agit par exemple du rapport qui est prévu pour une vitesse de marche dans la plage de vitesses inférieure, par exemple entre 0 et 60 km/h Dans le cas d'un véhicule présentant un profil de conduite avec un taux interurbain et/ou autoroute dominant, le rapport de marche principal serait par exemple le rapport prévu pour une vitesse de marche dans la plage de vitesses supérieure, par exemple à partir de 60 km/h L'engagement du rapport principal dans la position fermée de l'embrayage normalement fermé permet un entraînement énergétiquement très efficace du véhicule dans ce mode de fonctionnement. Étant donné que ce mode de fonctionnement est principalement utilisé pour l'entraînement du véhicule, il est de cette manière possible d'obtenir une aug- mentation particulièrement forte de l'autonomie du véhicule. [0026] Dans un mode de réalisation alternatif, la boîte de vitesses est une boîte de vitesses à un rapport, un rapport de marche étant retenu dans la position engagée au moyen de l'embrayage dans la position normalement fermée. Ce groupe motopropulseur a l'avantage d'une structure très simple et compacte, grâce à quoi il peut être fabriqué de manière économique et avec une faible niasse. [0027] L'embrayage normalement fermé peut ici être prévu sous forme d'accouplement à glissement pour la protection contre en endommagement du groupe motopropulseur. [0028] En complément ou en alternative, il est possible de découpler le moteur électrique pour éviter les couples résistants d'une machine synchrone à aimants permanents pendant le fonctionnement en roue libre. [0029] Pour atteindre le but mentionné ci-dessus, il est également prévu selon l'invention un véhicule à entraînement électrique présentant un groupe motopropulseur selon l'invention. Un véhicule de cc type présente une autonomie élevée en raison du groupe motopropulseur énergétiquement très efficace. [0030] Le but est en outre atteint par un véhicule à entraînement électrique présentant un groupe motopropulseur selon l'invention, le véhicule comprenant une commande électrique et un moteur électrique. Le moteur électrique et la boîte de vitesses sont aménagés de telle sorte que le rapport de marche principal est prévu pour une vitesse de marche jusqu'à 90 km/h, de préférence jusqu'à 100 km/h, en particulier jusqu'à 110 km/h, et que la boîte de vitesse est commutée dans un rapport de marche secondaire pour une vitesse de marche plus élevée. Ainsi, le mode de fonctionnement qui est particulièrement efficace sur le plan énergétique et dans lequel le rapport de marche principal est engagé, comprend tant des déplacements en ville que des déplacements interurbains sur des routes, lesquels représentent la majeure partie de l'utilisation du véhicule. Il est ainsi possible d'obtenir une autonomie particulièrement élevée. [0031] D'autres avantages et caractéristiques apparaitront de la description qui suit en relation avec les dessins annexes. Ceux-ci montrent : [0032] [fig.1] dans une représentation schématique un véhicule à entraînement électrique selon l'invention, présentant un groupe motopropulseur selon l'invention qui comprend une boîte de vitesses avec un embrayage normalement fermé, [0033] [fig.2] dans une vue en coupe schématique l'embrayage normalement fermé de la figure 1 dans une position fermée, et [0034] [fig.3] dans une vue en coupe schématique l'embrayage normalement fermé de la figure 1 dans une position ouverte. [0035] La figure 1 montre un véhicule à entraînement électrique 10 présentant un groupe motopropulseur 12, une commande électrique 14 et une batterie de propulsion 16 fournissant de l'énergie électrique pour l'entraînement du véhicule 10. [0036] Le groupe motopropulseur 12 comprend un moteur électrique 18 qui forme l'entraînement du véhicule 10, et une boîte de vitesses 20 qui est couplée au moteur électrique 18. [0037] La boîte de vitesses 20 est une boîte de vitesses à deux rapports présentant un embrayage normalement fermé 22 prévu pour le rapport de marche principal, et un embrayage normalement ouvert 24 prévu pour le rapport de marche secondaire. [0038] La boîte de vitesses 20 peut bien sûr également présenter un seul rapport ou plus de deux rapports. Dans tous les modes de réalisation, le rapport de marche principal constituant le seul rapport dans la boîte de vitesses à un rapport est fourni par l'embrayage normalement fermé 22. Dans les boîtes de vitesses à plusieurs rapports, tous les autres rapports sont réalisés via des embrayages normalement ouverts 24 correspondants et forment les rapports de marche secondaires respectifs. [0039] Dans tous les cas, un mode de marche arrière, classiquement aussi nommé marche arrière, peut être fourni par un inversement du sens de rotation du moteur électrique 18, de sorte qu'un embrayage séparé n'est pas nécessaire à cet effet. [0040] Un tel mode de marche arrière est prévu en plus du rapport de marche principal et des rapports de marche secondaires éventuels. Ceci signifie que « à un rapport » ou «à plusieurs rapports » se rapporte en particulier uniquement aux rapports de marche qui sont aménagés pour l'entraînement du véhicule 10 vers l'avant V. [0041] La structure et le fonctionnement de l'embrayage normalement fermé 22 qui est prévu pour le couplage à transmission de couple d'un premier arbre à un deuxième arbre (non représentés) et qui est monté de manière concentrique par rapport à l'axe de rotation commun R est décrit à l'aide des figures 2 et 3. [0042] Le premier arbre est un arbre menant, et le deuxième arbre est un arbre mené ou vice versa selon le sens d'entraînement du moteur électrique 18. [0043] L'embrayage normalement fermé 22 est un embrayage fonctionnant à l'état humide et comprend un support extérieur 26 présentant un premier élément de friction conique 28, et un support intérieur 30 présentant un support antagoniste 32, une butée axiale 34 et un élément d'appui 36 qui est monté de manière déplaçable dans le sens axial A. [0044] Dans un mode de réalisation alternatif, l'embrayage normalement fermé 22 peut être réalisé de manière à ne pas fonctionner à l'état humide. [0045] Le support antagoniste 32 présente un deuxième élément de friction conique 38, et l'élément d'appui 36 un troisième élément de friction conique 40. [0046] Le premier élément de friction conique intérieur 28 est relié, via le support extérieur 26, au premier arbre de manière à transmettre un couple, et le deuxième et le troisième élément de friction conique extérieur 38, 40 sont reliés, via le support intérieur 30, au deuxième arbre de manière à transmettre un couple. [0047] Le premier élément de friction conique 28 présente en outre une première surface de 6 friction conique extérieure 42 et une deuxième surface de friction conique intérieure 44 agencée de manière opposée, lesquelles sont chacune formées par une garniture de friction organique 46. [0048] En complément ou en alternative, les surfaces de friction coniques 42, 44 peuvent au moins par tronçons être formées par une autre matière, en particulier par une garniture de friction métallique. [0049] Le deuxième élément de friction conique 38 présente une surface de friction conique intérieure 48, et le troisième élément de friction conique 40 présente une surface de friction conique extérieure 50, lesquelles sont chacune formées par une garniture de friction métallique 52. [0050] En complément ou en alternative, les surfaces de friction coniques 48, 50 peuvent au moins par tronçons être formées par une autre matière, en particulier par une garniture de friction organique. [0051] Les éléments de friction coniques 28, 38, 40 et les surfaces de friction coniques 42, 44, 48, 50 ont le même angle de cône a (voir la figure 2) et sont agencés de manière concentrique les uns par rapport aux autres, de sorte que les surfaces de friction coniques 42, 44, 48, 50 présentent respectivement par paires la même distance dans tous les points. Ceci signifie que les tronçons de coupe des surfaces de friction coniques 42, 44, 48, 50 sont parallèles les uns par rapport aux autres dans une section transversale axiale, telle que représentée dans les figures 2 et 3. [0052] Le premier élément de friction conique 28 est en outre agencé entre le deuxième élément de friction conique 38 et le troisième élément de friction conique 40, de sorte que la surface de friction conique intérieure 48 est agencée opposée à la première surface de friction conique 42 et la surface de friction conique extérieure 50 est agencée opposée à la deuxième surface de friction conique 44. [0053] L'embrayage 22 peut en principe présenter un nombre arbitraire d'éléments de friction coniques 28, 38, 40 dont les surfaces de friction coniques 42, 44, 48, 50 sont respectivement agencées par paires de manière opposée les unes aux autres. [0054] L'angle de cône a est inférieur à 30°. En alternative, l'angle de cône a peut présenter une valeur quelconque entre 0° et 90° et se trouve cependant de préférence dans la plage de 3° à 15°, étant donné qu'une amplification de force mécanique particulièrement favorable est obtenue dans cette plage. [0055] L'embrayage normalement fermé 22 présente en outre un élément ressort 54 qui est agencé dans le sens axial A entre la butée axiale 34 et l'élément d'appui 36 et qui sollicite l'élément d'appui 36 dans le sens axial A au moyen d'une force de ressort. [0056] La force de ressort F est telle que l'élément d'appui 36 presse les éléments de friction coniques 28, 38, 40 les uns contre les autres dans le sens axial A et que les surfaces de friction coniques 42, 44, 48, 50 respectivement opposées par paires sont en appui les 7 unes contre les autres de manière à transmettre un couple. [0057] Le premier arbre est de cette manière couplé au deuxième arbre de manière à transmettre un couple, et l'embrayage normalement fermé 22 est fermé (voir la figure 2). [0058] Pour déplacer l'embrayage normalement fermé 22 vers la position ouverte (voir la figure 3), l'élément d'appui 36 est sollicité à l'encontre du sens axial A au moyen d'une force d'actionnement B qui est supérieure à la force de ressort F. [0059] L'élément d'appui 36 est ainsi poussé à l'encontre du sens axial A en éloignement du support antagoniste 32, de sorte que les éléments de friction coniques 28, 38, 40 ne sont plus pressés les uns contre les autres et les surfaces de friction coniques 42, 44, 48, 50 respectivement opposées par paires ne sont plus en appui les unes contre les autres de manière à transmettre un couple. [0060] Ainsi, le premier arbre n'est plus couplé au deuxième arbre de manière à transmettre un couple, et l'embrayage normalement fermé 22 est ouvert. [0061] L'embrayage normalement ouvert 24 est analogue à l'embrayage normalement fermé 22, l'embrayage normalement ouvert 24 étant maintenu dans la position ouverte par un élément ressort correspondant et étant apte à être fermé par une force d'actionnement correspondante. [0062] En alternative, il est bien sûr possible de prévoir un embrayage normalement ouvert 24 quelconque, en particulier sans éléments de friction coniques. [0063] Le groupe motopropulseur 12 est aménagé de sorte que le véhicule 10 se déplace selon le rapport de marche principal jusqu'à une vitesse de marche de 100 km/h, c'est-à-dire avec un embrayage normalement fermé 22 fermé et un embrayage normalement ouvert 24 ouvert, et que la commande 14 engage le rapport de marche secondaire pour une vitesse de marche plus élevée, lors de laquelle l'embrayage normalement ouvert 24 est fermé et l'embrayage normalement fermé 22 est ouvert. [0064] Dans un mode de réalisation alternatif, le rapport de marche principal peut être prévu pour d'autres vitesses de marche, par exemple pour une vitesse de marche jusqu'à 90 km/h ou jusqu'à 110 km/h [0065] Étant donné que la force de ressort F est suffisamment élevée pour maintenir l'embrayage normalement fermé 22 dans la position fermée, il n'est pas nécessaire d'appliquer une force externe pour le rapport de marche principal, de sorte que celui-ci est particulièrement efficace sur le plan énergétique. [0066] Les éléments de friction coniques 28, 38, 40 produisent en outre une amplification de force mécanique, de sorte que seule une force relativement faible est nécessaire pour la commutation. La force de ressort F et donc la force d'actionnement B peuvent ainsi être maintenues faibles, grâce à quoi l'efficacité énergétique est encore améliorée. [0067] Étant donné que dans l'embrayage normalement fermé 22, l'état fermé est produit via 8 l'élément ressort 54, la précontrainte de cet élément ressort 54 définit en même temps le couple maximal apte à être transmis. De cette manière, l'embrayage normalement fermé 22 est réalisé sous forme d'accouplement à glissement qui est apte à protéger l'embrayage normalement fermé 22 contre des contraintes trop élevées et donc contre en endommagement. [0068] Tl est en outre possible de prévoir une fonction à roue libre dans laquelle la commande 14 ouvre les embrayages 22, 22 dans des situations de marche dans lesquelles un entraînement n'est pas nécessaire, de sorte que le moteur électrique 18 est découplé. Grâce au découplage, un freinage inutile du véhicule 10 en raison des couples de résistance du moteur électrique 18 est empêché. [0069] Le groupe motopropulseur 12 est ainsi énergétiquement très efficace, et le véhicule à entraînement électrique 10 présente une autonomie particulièrement élevée. [0070] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés. Des caracté- ristiques individuelles d'un mode de réalisation peuvent en particulier être contenues dans un autre mode de réalisation selon l'invention qui n'est pas représenté indépendamment des autres caractéristiques du mode de réalisation correspondant, c'est-à-dire que les caractéristiques décrites peuvent être combinées de manière arbitraire. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10]