Brevet FR3081789A1 — publié le 20191206

ARCHITECTURE DE TRACTION POUR VÉHICULE AUTOMOBILE À UNITÉS DE CONTRÔLE REGROUPÉES La présente invention porte sur une architecture de traction pour véhicule automobile à unités de contrôle regroupées. De façon connue en soi, une chaîne de traction hybride comporte un moteur thermique accouplé à une boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage ainsi qu'une ou plusieurs machines électriques réversibles implantées sur un des trains du véhicule. Ces machines électriques sont généralement des machines réversibles aptes 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, et le cas échéant un roulage électrique. Chaque machine électrique pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif. Dans les architectures hybrides existantes, les composants électroniques sont généralement dédiés à une fonction prédéterminée. Ainsi, par exemple, on prévoit une unité de contrôle dédiée à la commande de l'onduleur d'une machine électrique tournante, une unité de contrôle dédiée à la commande d'un dispositif de désaccouplement de la machine électrique avec les roues lorsque la vitesse du véhicule devient supérieure à un seuil, ainsi qu'une unité de contrôle dédiée à la commande d'un dispositif de blocage de roues à l'arrêt du véhicule. Une telle configuration présente toutefois l'inconvénient d'être encombrante, dans la mesure où un espace doit être prévu pour l'implantation des boîtiers des unités de contrôle distincts les uns des autres. Il est également difficile d'assurer la communication entre les différents composants. En outre, le coût de réalisation du système est important, tandis que la sûreté de fonctionnement est complexe à assurer, dans la mesure où il est nécessaire de prévoir des redondances pour les composants pris individuellement. 2 La présente invention vise à remédier efficacement à au moins un de ces inconvénients en proposant une architecture de traction pour véhicule automobile comportant: - au moins une machine électrique tournante implantée sur un train du 5 véhicule automobile par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse en prise avec un différentiel dudit train muni de roues, - un onduleur de puissance associé à ladite machine électrique tournante, - un dispositif de désaccouplement de la machine électrique tournante par rapport aux roues, et 10 - un dispositif de blocage des roues à l'arrêt du véhicule automobile intégré dans le différentiel, caractérisée en ce qu'une unité de contrôle de l'onduleur de puissance, ainsi qu'une unité de contrôle du dispositif de désaccouplement de la machine électrique tournante et une unité de contrôle du dispositif de blocage des 15 roues sont regroupées à l'intérieur d'un même boîtier commun. L'invention permet ainsi, en regroupant les unités de contrôle des différents organes, de limiter l'encombrement du système et donc de faciliter son intégration dans le véhicule. En outre, l'invention permet un gain économique important du fait de la réduction des interconnexions entre les unités de 20 contrôle et de la limitation du nombre de câbles entre les boîtiers. On obtient également un gain en performances du produit, notamment un gain en performances thermiques, grâce à la limitation des pertes Joule dans les câbles. Le coût de test et de validation est également réduit, dans la mesure où un montage unique sur banc permet de tester l'ensemble des 25 fonctionnalités. Un logiciel commun pourra également faciliter les mises à jour et la maintenance du système. Selon une réalisation, les unités de contrôle sont regroupées dans le boîtier de l'onduleur de puissance. Selon une réalisation, les unités de contrôle comportent un dissipateur 30 thermique commun. Selon une réalisation, les unités de contrôle comportent une carte de contrôle commune intégrant un ou plusieurs microprocesseurs. 3 Selon une réalisation, un microprocesseur est dédié à la sureté de fonctionnement de l'onduleur de puissance, du dispositif de désaccouplement de la machine électrique tournante, et du dispositif de blocage des roues. 5 Selon une réalisation, le dispositif de désaccouplement comporte un actionneur à électroaimant apte à commander l'engagement d'un crabot avec une pièce de liaison reliée aux roues du véhicule automobile. Selon une réalisation, le dispositif de désaccouplement comporte un capteur apte à renvoyer une position du crabot relié au boîtier commun. 10 Selon une réalisation, le dispositif de blocage des roues comporte un loquet mobile entre une position déverrouillée dans laquelle le loquet est dégagé des dents d'un pignon d'un arbre relié directement ou indirectement aux roues et une position verrouillée dans laquelle le loquet est en prise avec les dents du pignon. 15 Selon une réalisation, le dispositif de blocage des roues comporte des capteurs reliés au boîtier commun. Selon une réalisation, ladite architecture comporte une deuxième machine électrique tournante implantée sur le train du véhicule automobile associée à un deuxième onduleur de puissance, une des deux machines électriques 20 tournantes étant définie comme étant une machine électrique tournante maître, les unités de contrôle étant intégrées à l'intérieur du boîtier de l'onduleur de puissance de la machine électrique tournante maître. Selon une réalisation, la machine électrique tournante est connectée à un réseau électrique ayant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. 25 Selon une réalisation, le réseau électrique présente une tension de fonctionnement de 48 Volts. Selon une réalisation, la machine électrique tournante est de type synchrone à aimants permanents. 4 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. La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture de traction 5 pour véhicule automobile selon la présente invention; La figure 2 est une représentation schématique de l'intégration selon l'invention des unités de contrôle de l'onduleur, du dispositif de désaccouplement de la machine électrique et du dispositif de blocage des roues à l'intérieur d'un même boîtier; 10 La figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif de désaccouplement de la machine électrique tournante utilisé dans l'architecture de traction selon l'invention; Les figures 4a et 4b sont des représentations schématiques d'un dispositif de blocage des roues du véhicule utilisé dans l'architecture de traction selon 15 l'invention respectivement en position déverrouillée et en position verrouillée. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 1 montre une architecture de traction 10 pour véhicule automobile comportant une chaîne de traction 11 implantée sur le train avant 12. Cette 20 chaîne de traction 11 comporte un moteur thermique 13 accouplé à une boîte de vitesses 14 par l'intermédiaire d'un embrayage 16. La boîte de vitesses 14 est reliée mécaniquement à un différentiel 17.1 du train avant 12. Une machine électrique tournante 19 de type réversible est accouplée au moteur thermique 13 via la façade accessoires par l'intermédiaire d'un 25 dispositif de transmission de mouvement 20. Le dispositif de transmission de mouvement 20 entre le moteur thermique 13 et la machine électrique 19 pourra par exemple être à courroie ou à chaîne. Cette machine électrique 19, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du 30 véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du 5 moteur thermique 13 alors que le véhicule est à l'arrêt ou lors d'une transition d'un mode de roulage électrique vers un mode de roulage thermique. Cette machine électrique 19 pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif. 5 En outre, une deuxième machine électrique tournante 23 de type réversible est implantée sur un train arrière 24 par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse 25 en prise avec un différentiel 17.2 dudit train 24 arrière muni de roues 27. La machine électrique 23 est apte à fonctionner dans un mode générateur lors d'une phase de freinage récupératif pour recharger une 10 batterie ainsi que dans un mode moteur pour assurer un roulage électrique du véhicule. La machine électrique 23 est associée à un onduleur de puissance 30 commandé par une unité de contrôle 31.1. Les deux machines électriques tournantes 19, 23 sont connectées à un premier réseau électrique 32 sur lequel est également branchée la batterie 15 33. Ce réseau électrique 32 présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. Avantageusement, la tension de fonctionnement du réseau électrique 32 est de 48 Volts. D'autres charges électriques pourront également être connectées sur le réseau électrique 32. Chaque machine électrique 19, 23 pourra présenter une puissance comprise 20 entre 15kW et 25 kW et fournir un couple compris entre 55Nm et 100Nm en fonction de sa longueur. Les machines électriques 19, 23 pourront par exemple être des machines de type synchrone à aimants permanents. En variante, le rotor de ces machines électriques 19, 23 pourra être à excitation. Le circuit de refroidissement des machines électriques 19, 23 pourra être à 25 base d'eau ou d'huile. Le réseau électrique 32 est interfacé avec un deuxième réseau électrique basse tension 36 par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu 37. Le calculateur moteur 38 ainsi que des consommateurs électriques 39 du véhicule de type éclairage, actionneurs de vitres ou de sièges sont connectés au réseau électrique 36. Ce réseau électrique 36 appelé "réseau de bord" est associé à une batterie 40 présentant une tension de fonctionnement inférieure à celle du premier réseau électrique 32. La tension 6 de fonctionnement du réseau électrique 36 est de préférence de l'ordre de 12 Volts. En outre, un dispositif de désaccouplement 41 de la machine électrique 23 commandé par une unité de contrôle 31.2 est apte à déconnecter la machine 5 électrique 23 par rapport aux roues 27 lorsque le véhicule dépasse une vitesse seuil. Cela permet de ne pas dépasser la vitesse maximale autorisée pour la machine électrique 23 et de supprimer les pertes de la machine électrique 23 à haute vitesse lorsque la machine électrique 23 n'est pas utilisée. 10 Comme on peut le voir sur la figure 3, le dispositif de désaccouplement 41 comporte un actionneur à électro-aimant 42 apte à commander l'engagement d'un crabot 43 avec une pièce de liaison 44 correspondante reliée aux roues 27 du véhicule. Pour des raisons de sécurité, le crabot 43 est par défaut dans un état déverrouillé si aucun courant n'est appliqué à l'électro-aimant. 15 Pour faire passer le dispositif 41 d'un état déverrouillé à un état verrouillé, la machine électrique 23 synchronise son régime avec celui des roues 27 au rapport de démultiplication près. Lors de la reconnexion, le contrôle du courant est effectué, de sorte que l'actionneur à électro-aimant 42 engage le crabot 43 dans la pièce de liaison 44. 20 Suivant un exemple de mise en oeuvre, la synchronisation et la connexion de la machine électrique 23 avec les roues 27 présente une durée inférieure à 600 ms. La consommation de courant de l'électroaimant ne doit pas être supérieure à 5A et de préférence inférieure à 2A lorsque le dispositif de désaccouplement 41 est à l'état verrouillé. 25 Le dispositif 41 comporte au moins un capteur 46 apte à renvoyer la position du crabot 43 afin que l'unité de contrôle 31.2 puisse confirmer la reconnexion de la machine électrique tournante 23. En outre, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, un dispositif de blocage 48 des roues 27 du véhicule (dit dispositif de "parklock" en anglais) 30 est intégré dans le différentiel 17.2. Ce dispositif de blocage 48 est associé à une unité de contrôle 31.3 correspondante. 7 A cet effet, comme cela est illustré sur les figures 4a et 4b, le dispositif de blocage 48 comporte un loquet 50 mobile entre une position déverrouillée dans laquelle le loquet 50 est dégagé des dents d'un pignon 51 d'un arbre relié directement ou indirectement aux roues 27 (cf. figure 4a) et une position 5 verrouillée dans laquelle le loquet 50 est en prise avec les dents du pignon 51 (cf. figure 4b). Le dispositif de blocage 48 comporte également des capteurs 52 nécessaires pour garantir la sûreté de son fonctionnement. Comme cela est visible sur la figure 2, l'unité de contrôle 31.1 de l'onduleur 30, l'unité de contrôle 31.2 du dispositif de désaccouplement 41, ainsi que 10 l'unité de contrôle 31.3 du dispositif de blocage 48 sont regroupées à l'intérieur d'un même boîtier 53 commun. Les unités de contrôle 31.1, 31.2, 31.3 sont avantageusement regroupées dans le boîtier 53 de l'onduleur de puissance 30. Les unités de contrôle 31.1, 31.2, 31.3 pourront ainsi comporter un 15 dissipateur thermique commun 54 et/ou une carte de contrôle commune 55 intégrant un ou plusieurs microprocesseurs. Un microprocesseur pourra être dédié à la sureté de fonctionnement de l'onduleur de puissance 30, du dispositif de désaccouplement 41, et du dispositif de blocage 48. 20 Avantageusement, le capteur 46 du dispositif de désaccouplement 41 et/ou les capteurs 52 du dispositif de blocage 48 sont reliés au boîtier commun 53. Suivant une variante de réalisation, il sera possible d'implanter une machine électrique 23' supplémentaire sur le train arrière 24, afin d'augmenter la 25 puissance et le couple disponible en mode de roulage électrique. Cette machine électrique 23' est associée à un onduleur de puissance 30'. Une des deux machines électriques 23, 23' étant définie comme une machine maître, les unités de contrôle 31.1, 31.2, 31.3 pourront être intégrées à l'intérieur du boîtier 53 de l'onduleur de puissance 30 ou 30' de la machine 30 électrique maître 23 ou 23'. 8 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: - au moins une machine électrique tournante (23) implantée sur un train (24) du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse (25) en prise avec un différentiel (17.2) dudit train muni de roues (27), - un onduleur de puissance (30) associé à ladite machine électrique tournante (23), - un dispositif de désaccouplement (41) de la machine électrique tournante (23) par rapport aux roues (27), et - un dispositif de blocage (48) des roues à l'arrêt du véhicule automobile intégré dans le différentiel (17.2), caractérisée en ce qu'une unité de contrôle (31.1) de l'onduleur de puissance (30), ainsi qu'une unité de contrôle (31.2) du dispositif de désaccouplement (41) de la machine électrique tournante (23) et une unité de contrôle (31.3) du dispositif de blocage (48) des roues sont regroupées à l'intérieur d'un même boîtier commun (53). 2. Architecture de traction (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les unités de contrôle (31.1, 31.2, 31.3) sont regroupées dans le boîtier (53) de l'onduleur de puissance (30). 3. Architecture de traction (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les unités de contrôle (31.1, 31.2, 31.3) comportent un dissipateur thermique commun (54). 4. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les unités de contrôle (31.1, 31.2, 31.3) comportent une carte de contrôle commune (55) intégrant un ou plusieurs microprocesseurs. 5. Architecture de traction (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'un microprocesseur est dédié à la sureté de fonctionnement de l'onduleur de puissance (30), du dispositif de désaccouplement (41) de la machine électrique tournante, et du dispositif de blocage (48) des roues. 6. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dispositif de désaccouplement (41) comporte un actionneur à électro-aimant (42) apte à commander l'engagement d'un crabot (43) avec une pièce de liaison (44) reliée aux roues (27) du véhicule automobile. 5 7. Architecture de traction (10) selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif de désaccouplement (41) comporte un capteur (46) apte à renvoyer une position du crabot (43) relié au boîtier commun (53). 8. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le dispositif de blocage (48) des 10 roues comporte un loquet (50) mobile entre une position déverrouillée dans laquelle le loquet (50) est dégagé des dents d'un pignon (51) d'un arbre relié directement ou indirectement aux roues (27) et une position verrouillée dans laquelle le loquet (50) est en prise avec les dents du pignon (51). 9. Architecture de traction (10) selon la revendication 8, caractérisée 15 en ce que le dispositif de blocage (48) des roues comporte des capteurs (52) reliés au boîtier commun (53). 10. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte une deuxième machine électrique tournante (23') implantée sur le train du véhicule 20 automobile associée à un deuxième onduleur de puissance (30'), une des deux machines électriques tournantes (23, 23') étant définie comme étant une machine électrique tournante maître, et en ce que, les unités de contrôle (31.1, 31.2, 31.3) sont intégrées à l'intérieur du boîtier (53) de l'onduleur de puissance (30, 30') de la machine électrique tournante maître. 25 11. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (23) est connectée à un réseau électrique (32) ayant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. 12. Architecture de traction (10) selon la revendication 11, 30 caractérisée en ce que le réseau électrique (32) présente une tension de fonctionnement de 48 Volts. 11 13. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (23) est de type synchrone à aimants permanents.