Brevet FR3087161A1 — publié le 20200417

CHAINE DE TRACTION HYBRIDE POUR VEHICULE AUTOMOBILE [0001] La présente invention porte sur une chaîne de traction hybride pour véhicule automobile. [0002] On connait des chaînes de traction hybrides comportant un moteur thermique, une boîte de vitesses, un embrayage monté d'une part entre le moteur thermique et d'autre part la boîte de vitesses. Une sortie de la boîte de vitesses est reliée à un différentiel, lequel est relié aux roues par l'intermédiaire de transmissions transversales. [0003] Une machine électrique tournante est accouplée à un arbre d'entrée de la boîte de vitesses. Cette machine électrique est apte à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule automobile ou un démarrage du moteur thermique. La machine électrique est également apte à fonctionner en mode alternateur pour recharger des batteries du véhicule automobile et/ou alimenter directement des consommateurs électriques du réseau de bord. [0004] Lorsque le moteur thermique est démarré lors d'une phase de roulage électrique, un couple est prélevé à la machine électrique. Cela provoque une chute de couple aux roues et donc un désagrément de conduite. [0005] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une chaîne de traction pour véhicule automobile comportant: - un moteur thermique, - un dispositif de filtrage des acyclismes du moteur thermique, - une boîte de vitesses, - un embrayage monté d'une part entre le dispositif de filtrage des acyclismes du moteur thermique et d'autre part la boîte de vitesses, - une machine électrique tournante accouplée à un arbre d'entrée de la boîte de vitesses, - un démarreur apte à assurer un démarrage du moteur thermique, et - un superviseur de la chaîne de traction configuré pour piloter un démarrage du moteur thermique via une commande du démarreur alors que l'embrayage est dans un état ouvert de façon à isoler le moteur thermique par rapport au reste de la chaîne de traction. [0006] L'invention permet ainsi, grâce à l'utilisation du démarreur et de l'embrayage pouvant isoler le moteur thermique du reste de la chaîne de traction, d'assurer un démarrage dudit moteur thermique lors d'une phase de roulage électrique sans chute de couple aux 2 roues. On améliore ainsi le confort de conduite du véhicule automobile dans cette phase de vie. [0007] Selon une réalisation, le superviseur est configuré pour piloter une fermeture de l'embrayage lorsque le moteur thermique et l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses 5 présentent des régimes de rotation sensiblement identiques. [0008] Selon une réalisation, le moteur thermique est un moteur turbocompressé à trois cylindres de type essence. [0009] Selon une réalisation, la boîte de vitesses est une boîte de vitesses à double embrayages. 10 [0010] Selon une réalisation, le dispositif de filtrage des acyclismes est un double volant amortisseur de type pendulaire. [0011] Selon une réalisation, la machine électrique est reliée à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses par un dispositif de transmission de mouvement. [0012] Selon une réalisation, le dispositif de transmission de mouvement comporte une 15 courroie. [0013] Selon une réalisation, le démarreur comporte un moteur électrique à courant continu et un pignon destiné à engrener avec une couronne de démarrage du moteur thermique. [0014] L'invention concerne en outre un véhicule automobile comportant une chaîne de traction telle que précédemment définie. 20 [0015] 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. [0016] [Fig. 1] est une représentation schématique d'une chaîne de traction selon la présente invention; 25 [0017] [Fig. 2] est un diagramme des différentes situations de vie de la chaîne de traction selon la présente invention. [0018] La figure 1 montre une chaîne de traction 10 pour véhicule automobile comportant un moteur thermique 11 associé à un dispositif de filtrage des acyclismes 12 du moteur thermique 11, ainsi qu'une boîte de vitesses 13, notamment de type à double 30 embrayage. Un embrayage KO est monté d'une part entre le dispositif de filtrage des acyclismes 12 du moteur thermique 11 et d'autre part la boîte de vitesses 13. 3 [0019] Une sortie de la boîte de vitesses 13 est reliée à un différentiel 14, lequel est relié aux roues 15 par l'intermédiaire de transmissions transversales 16. [0020] En outre, une machine électrique tournante 17 est accouplée à un arbre d'entrée 18 de la boîte de vitesses 13. Cette machine électrique 17 est apte à fonctionner en mode 5 moteur pour assurer une traction du véhicule automobile ou un démarrage du moteur thermique 11. La machine électrique 17 est également apte à fonctionner en mode alternateur pour recharger des batteries du véhicule automobile et/ou alimenter directement des consommateurs électriques du réseau de bord. [0021] Un démarreur 20 dont le fonctionnement est décrit plus en détails ci-après est apte à 10 assurer un démarrage du moteur thermique 11. Un superviseur 21 de la chaîne de traction 10 est apte à piloter les différents éléments 11, KO, 13, 17, et 20 de la chaîne de traction 10. [0022] De préférence, le moteur thermique 11 est un moteur turbocompressé à trois cylindres de type essence, car cela correspond à une configuration optimale en termes 15 de rendement, de performances, de consommation, et d'émissions réduites de particules polluantes. En variante, le moteur thermique 11 pourra toutefois être un moteur atmosphérique, ou un moteur de type diesel. Le nombre de cylindres peut être différent de trois, en valant notamment deux ou quatre ou plus. Cela dépend de l'application et en particulier de la puissance du véhicule recherchée. 20 [0023] Le moteur thermique 11 est relié mécaniquement au dispositif de filtrage des acyclismes 12 qui est constitué d'un double volant amortisseur pendulaire pour filtrer au maximum les acyclismes du moteur thermique 11. Ce double volant amortisseur pendulaire 12 comporte une masse inertielle primaire J1 et une masse inertielle secondaire J2 reliées entre elles par des ressorts circonférentiels 22. En outre, la masse 25 inertielle secondaire J2 comporte des pendules 23 ayant un débattement circonférentiel de quelques millimètres. Une telle configuration permet de réduire les bruits de boîtes de vitesses, notamment les bruits de grenaille (qui ont pour origine l'acyclisme du moteur transmis aux pignons fous et arbres fous de la BV), ainsi que le bourdonnement en intérieur véhicule (qui a pour origine l'acyclisme du moteur transmis aux roues du 30 véhicule). [0024] L'ouverture de l'embrayage KO permet d'isoler le moteur thermique 11 lorsque le superviseur 21 détermine que le fonctionnement optimal est obtenu en roulant en mode électrique pur (ou que le conducteur sollicite un roulage en mode électrique pur) sans avoir à contrecarrer le couple de frottement du moteur thermique 11. 4 [0025] L'embrayage KO permet également de démarrer le moteur thermique 11 avec le démarreur 20 sans perte de couple dans la chaîne de traction 10 lors du démarrage, comme cela est expliqué plus en détails ci-après. Lorsque le véhicule roule en mode hybride ou en mode thermique pur, l'embrayage KO est fermé. 5 [0026] En aval de l'embrayage KO est disposée la machine électrique 17 qui est reliée à l'arbre d'entrée 18 de la boîte de vitesses 13 par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de mouvement 24 comportant notamment une courroie. En variante, la machine électrique 17 est reliée à l'arbre d'entrée 18 de la boîte de vitesses 13 par une cascade de pignons ou une chaîne. 10 [0027] La machine électrique 17 est suffisamment puissante pour entraîner le véhicule lors d'une phase de traction électrique pur. Cette machine électrique 17 peut ainsi fonctionner en mode moteur électrique dans les phases de traction du véhicule ou en mode alternateur dans les phases de décélération du véhicule correspondant notamment à des phases de freinage récupératif et/ou dans les phases de recharges de 15 batteries de traction et/ou de la batterie de service. La machine électrique 17 pourra être une machine de type synchrone ou asynchrone apte à fonctionner notamment sous une tension continue de 48 Volts fournie par le réseau électrique du véhicule. Il est même possible d'utiliser une machine électrique 17 à courant continu. Le type de machine utilisé ainsi que sa puissance dépendent de l'application. 20 [0028] La boîte de vitesses 13 est du type double embrayage (ou "DCT" pour "Dual Clutch Transmission" en anglais). Une telle boîte de vitesses 13 présente un meilleur rendement que les boîtes de vitesses automatiques conventionnelles pour une prestation en dynamique longitudinale et en agrément de conduite très proche. [0029] Cette boîte de vitesses 13 comporte un premier embrayage K1 et un deuxième 25 embrayage K2. Le premier embrayage K1 est associé à un premier couple d'arbre primaire AP1 et secondaire AS1 portant les rapports pairs. Le deuxième embrayage K2 est associé à un deuxième couple d'arbre primaire AP2 et secondaire AS2 portant les rapports impairs de la boîte de vitesses 13. [0030] En fonctionnement, lorsqu'un rapport est engagé, on présélectionne le rapport 30 suivant souhaité au moyen des synchroniseurs de la boîte. On réalise ensuite un croisement des embrayages K1, K2 pour effectuer le changement de rapport, ce qui permet de ne pas subir de rupture de couple dans la chaîne de traction 10. Ainsi, le conducteur ne se rend pas compte que le changement de rapport a eu lieu. [0031] II est à noter qu'une telle boîte de vitesses 13 présente une grande sensibilité aux acyclismes du moteur thermique 11 dans la mesure où, lorsqu'un rapport est engagé, 5 l'arbre secondaire qui ne porte pas de pignon formant ledit rapport engagé est fou et génère un bruit de grenaille dû aux dents du pignon qui s'entrechoquent avec les dents de la couronne du différentiel 14. L'utilisation d'un double volant amortisseur pendulaire 12 est donc particulièrement bien adaptée pour filtrer les acyclismes du moteur 5 thermique 11 en entrée de la boîte de vitesses 13, en particulier les acyclismes d'un moteur à trois cylindres qui sont plus importants que ceux d'un moteur à quatre cylindres (de même cylindrée). La configuration associant un moteur thermique 11 à trois cylindres, un double volant amortisseur pendulaire 12, ainsi qu'une boîte de vitesses à double embrayage 13 est donc optimale en termes de prestations acoustiques et 10 vibratoires. [0032] Le différentiel 14 disposé en sortie de la boîte de vitesses 13 est relié mécaniquement aux transmissions transversales 16 qui entraînent les roues 15 avant du véhicule. En variante, le différentiel 14 peut être couplé à une boîte de transfert (non représentée) pour équiper un véhicule à quatre roues motrices. 15 [0033] En outre, le superviseur 21 est configuré pour piloter un démarrage du moteur thermique 11 via une commande du démarreur 20 lorsque le véhicule roule en mode électrique pur alors que l'embrayage KO est ouvert et que la machine électrique 17 est déjà en fonctionnement pour faire avancer le véhicule. L'ouverture de l'embrayage KO permet d'isoler le moteur thermique 11 du reste de la chaîne de traction 10. Ainsi, le fait 20 de démarrer le moteur thermique 11 n'entraîne pas de chute de couple dans la chaîne de traction 10. [0034] Lorsque le moteur thermique 11 est démarré par le démarreur 20, le superviseur 21 est configuré pour piloter une fermeture de l'embrayage KO lorsque le moteur thermique 11 et l'arbre d'entrée 18 de la boîte de vitesses 13 présentent des régimes de rotation 25 sensiblement identiques. [0035] Le démarreur 20 est de préférence un démarreur renforcé comportant un moteur électrique fonctionnant uniquement en mode moteur (et non en mode alternateur) ainsi qu'un pignon destiné à engrener avec une couronne de démarrage du moteur thermique 11. Par démarreur "renforcé", on entend un démarreur présentant des pièces 30 constitutives (balais élargis, porte-balais, réducteur de vitesse, contacteur, lanceur, pignon d'engrènement) ayant une configuration permettant de supporter 300000 à 400000 cycles de fonctionnement. Un tel démarreur 20 présente l'avantage d'être robuste et peu onéreux. [0036] En variante, le démarreur 20 pourra prendre la forme d'un alternodémarreur plus 35 cher mais moins bruyant qu'un démarreur dans certain cas. L'alternodémarreur est alors 6 accouplé au moteur thermique en façade accessoires par l'intermédiaire d'une courroie ou d'une chaîne de transmission de mouvement. On pourra utiliser en outre un démarreur de secours standard dimensionné pour supporter 30000 à 50000 cycles de fonctionnement. 5 [0037] La machine électrique 17 peut elle aussi se comporter comme une machine de démarrage lorsque l'embrayage KO est fermé et que les embrayages K1 et K2 sont ouverts. [0038] On décrit ci-après, en référence avec la figure 2, les différentes situations de vie possibles avec la chaîne de traction 10 selon l'invention. L'état "o" correspond à un état 10 ouvert et l'état "f" correspond à un état fermé de l'embrayage KO, K1, K2 correspondant. [0039] Lors d'une phase de démarrage du moteur thermique 11 Dem mth, le démarreur 20 (STT pour "Stop and start" en anglais) commandé par le superviseur 21 peut démarrer le moteur thermique 11 sans entraîner de chute de couple dans le reste de la chaîne de traction alors que l'embrayage KO est ouvert. De même, avec l'embrayage KO fermé et 15 les embrayages K1 et K2 ouverts, la machine électrique 17 (MEL) peut démarrer le moteur thermique 11. [0040] Lors d'une phase de roulage en mode électrique pur R elec, alors que l'embrayage KO est ouvert, et que l'embrayage K1 ou K2 est fermé, la machine électrique 17 peut entraîner le véhicule sans devoir lutter contre les frottements du moteur thermique 11. 20 [0041] Lors d'une phase de roulage en mode thermique pur Rth, alors que l'embrayage KO est fermé et que l'embrayage K1 ou K2 est fermé, le moteur thermique 11 Mth peut entraîner le véhicule en mode thermique pur. On s'assure alors que le courant induit de la machine électrique 17 est nul afin que la machine électrique 17 ne prélève pas de couple au moteur thermique 11. 25 [0042] Lors d'une phase de roulage en mode hybride R_hy, alors que l'embrayage KO est fermé et que l'embrayage K1 ou K2 est fermé, la machine électrique 17 et le moteur thermique 11 peuvent entraîner ensemble le véhicule automobile. [0043] Lors d'une phase de recharge des batteries à l'arrêt véhicule Rech batt a, alors que l'embrayage KO est fermé et que les embrayages K1 et K2 sont ouverts, le moteur 30 thermique 11 peut entraîner la machine électrique 17 pour recharger les batteries du véhicule. [0044] Lors d'une phase de recharge des batteries en roulant Rech_batt_r, alors que l'embrayage KO est fermé et que l'embrayage K1 ou K2 est fermé, le moteur thermique 11 entraîne la chaîne de traction 10 et il ne reste plus qu'à faire fonctionner la machine 7 électrique 17 en mode alternateur pour que la machine électrique 17 prélève du couple à la chaîne de traction 10 pour générer du courant et recharger les batteries. [0045] II est également possible de prévoir une phase Opt PF d'optimisation du point de fonctionnement du moteur thermique 11. Si la chaîne de traction 10 selon l'invention ne 5 permet pas d'optimiser le point de fonctionnement du moteur thermique 11 en régime, elle permet d'optimiser le point de fonctionnement du moteur thermique 11 en charge. [0046] Ainsi, dans le cas où pour un régime de rotation du moteur 11 donné, le point de fonctionnement optimal du moteur thermique 11 en termes de rendement se situe à un couple supérieur au couple actuel, le superviseur 21 pilote la machine électrique 17 de 10 façon à ce qu'elle prélève un niveau de couple adapté sur la chaîne de traction 10 pour atteindre le point de fonctionnement optimal du moteur 11. [0047] Dans le cas où pour un régime de rotation du moteur 11 donné, le point de fonctionnement optimal en termes de rendement se situe à un couple inférieur au couple actuel, le superviseur 21 pilote la machine électrique 17, de façon à ce qu'elle fournisse 15 un niveau de couple adapté à la chaîne de traction 10 pour atteindre le point de fonctionnement optimal du moteur 11. 8