Brevet FR3099096A1 — publié le 20210129

Description Titre de l'invention : SYSTÈME DE TRANSMISSION DE PUISSANCE HYBRIDE À CHANGEMENT DE RAPPORT DE VITESSE SYNCHONISÉ PAR UN MOTEUR ÉLECTRIQUE [pool] La présente invention porte sur un système de transmission de puissance hybride à changement de rapport de vitesse synchronisé par un moteur électrique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les systèmes de transmission de puissance hybride munis d'une boîte de vitesses à rapports discrets. L'invention est de préférence mise en oeuvre avec les véhicules hybrides d'entrée de gamme comportant un moteur thermique de faible cylindrée et des moteurs électriques de faible puissance. [0002] De façon connue en soi, une chaîne de traction hybride peut comporter au moins un moteur électrique de traction et un moteur thermique associé à une boîte de vitesses à rapports de vitesse discrets ayant un arbre primaire connecté au moteur thermique via un embrayage ainsi qu'un arbre secondaire connecté aux roues du véhicule. La boîte de vitesses comporte une pluralité de rapports ayant chacun un pignon fou monté sur un des arbres et un pignon lié en rotation à l'autre arbre. Un crabot permet de coupler le pignon fou avec l'arbre correspondant afin d'engager un rapport de vitesse. [0003] Une chaîne de traction peut comporter un nombre important de moteurs électriques, à savoir deux moteurs électriques pour tracter le véhicule automobile auxquels s'ajoutent un ou plusieurs actionneurs de commutation de rapports de vitesse. En effet, un système de commutation de rapports peut consister en un barillet de commande piloté par un actionneur électrique afin de déplacer des fourchettes de commande de crabots associés à des synchroniseurs. [0004] L'invention vise à simplifier la configuration et le fonctionnement des chaînes de traction existantes en proposant un système de transmission de puissance pour un véhicule automobile comportant: - un moteur thermique, - une boîte de vitesses à rapports de vitesse discrets ayant un arbre primaire et un arbre secondaire, - un barillet de commande apte à déplacer un crabot de la boîte de vitesses pour effectuer un changement de rapport de vitesse, et - un premier moteur électrique, - ledit système de transmission de puissance comportant en outre: - un premier dispositif de couplage entre le premier moteur électrique et l'arbre primaire de la boîte de vitesses, 2 - un deuxième dispositif de couplage entre le premier moteur électrique et le barillet de commande, - une unité de contrôle configurée pour piloter, lors d'une demande de changement de rapport de vitesse d'un rapport de vitesse initial vers un rapport de vitesse cible, une fermeture du premier dispositif de couplage et une commande du premier moteur électrique de façon à synchroniser en vitesse l'arbre primaire avec le rapport cible, et - une fois le rapport cible synchronisé, l'unité de contrôle est configurée pour piloter une ouverture du premier dispositif de couplage et une fermeture du deuxième dispositif de couplage, de sorte que le premier moteur électrique peut entraîner le barillet de commande pour engager le rapport cible par déplacement du crabot correspondant. [0005] L'invention permet ainsi, en autorisant une synchronisation centralisée des rapports de vitesse par le moteur électrique, de supprimer les synchroniseurs des crabots de la boîte de vitesses. On simplifie ainsi le système de transmission tout en réduisant son coût. L'invention permet également de limiter le nombre de moteurs électriques en utilisant un unique moteur électrique pour piloter la synchronisation des rapports de vitesse, le barillet de commande de changement de rapport, et s'il y a lieu le démarrage du moteur thermique. [0006] Selon une réalisation, un embrayage est relié d'une part à un vilebrequin du moteur thermique et d'autre part à l'arbre primaire de la boîte de vitesses. [0007] Selon une réalisation, l'unité de contrôle est configurée pour piloter une fermeture du premier dispositif de couplage et une fermeture de l'embrayage, de sorte que le premier moteur électrique est apte à assurer un démarrage du moteur thermique. [0008] Selon une réalisation, ledit système de transmission de puissance comporte un deuxième moteur électrique en prise avec l'arbre secondaire de la boîte de vitesses. [0009] Selon une réalisation, l'unité de contrôle est configurée pour piloter le deuxième moteur électrique de façon à assurer un roulage électrique pur. [0010] Selon une réalisation, le premier dispositif de couplage et le deuxième dispositif de couplage sont des embrayages ou des dispositifs de crabotage, notamment à commande électromagnétique. [0011] Selon une réalisation, le premier dispositif de couplage et le deuxième dispositif de couplage sont disposés chacun à une extrémité d'un arbre traversant du premier moteur électrique. [0012] Selon une réalisation, un nombre de rapports de la boîte de vitesses est égal à 4 ou 5. [0013] Selon une réalisation, un nombre de cylindres du moteur thermique est égal à 3 ou 4. [0014] L'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant un système de transmission de puissance tel que précédemment défini. [0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen 3 des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0016] [fig.1] La figure 1 est une représentation schématique d'un système de transmission de puissance hybride selon la présente invention; [0017] [fig.2] La figure 2 est un diagramme de différentes phases de fonctionnement du système de transmission de puissance selon la présente invention. [0018] La figure 1 montre un système de transmission de puissance 10 pour un véhicule au- tomobile comportant un moteur thermique 11 de type essence ou diesel ayant un nomhre de cylindres par exemple égal à 3 ou 4. Un moteur thermique 11 ayant un nomhre de cylindres plus élevé pourrait toutefois être utilisé. [0019] Une boîte de vitesses 12 à rapports de vitesse discrets pourra prendre la forme d'une boîte de vitesses manuelle pilotée classique. La boîte de vitesses 12 comporte un arbre primaire 13 et un arbre secondaire 14 connecté aux roues 16 du véhicule par l'intermédiaire d'une descente de pont 17. La boîte de vitesses 12 comporte une pluralité de rapports de vitesse R1-R4. En l'occurrence, la boîte de vitesses comporte 4 rapports de vitesse mais elle pourrait en variante en comporter 5 ou éventuellement plus. [0020] Chaque rapport de vitesse R1-R4 est formé par un pignon fou 18.1-18.4 monté sur un des arbres 13, 14 et un pignon 19.1-19.4 lié en rotation à l'autre arbre 13, 14. Un crabot 20.1, 20.2 permet de coupler un pignon fou 18.1-18.4 avec l'arbre correspondant afin d'engager un rapport de vitesse. Un crabot 20.1, 20.2 pourra être associé à un couple de rapports de vitesse, de sorte qu'en se déplaçant suivant une direction le crabot 20.1, 20.2 peut engager un premier rapport de vitesse et en se déplaçant suivant la direction opposée le crabot 20.1, 20.2 peut engager un autre rapport de vitesse. [0021] Un barillet de commande 22 est apte à déplacer un crabot 20.1, 20.2 pour effectuer un changement de rapport de vitesse. [0022] Dans le mode de réalisation représenté, un embrayage 23 est relié d'une part au vi- lebrequin du moteur thermique 11 et d'autre part à l'arbre primaire 13 de la boîte de vitesses 12. Toutefois, pour des considérations économiques, il est possible de supprimer cet embrayage 23 de sorte que le vilebrequin est lié en rotation en permanence avec l'arbre primaire 13 de la boîte de vitesses 12. Le vilebrequin du moteur thermique 11 est alors entraîné quel que soit le mode de fonctionnement du système de transmission de puissance 10. [0023] Un premier dispositif de couplage 25 est disposé entre un premier moteur électrique 26 et l'arbre primaire 13 de la boîte de vitesses 12. Le premier dispositif de couplage 25 est apte à sélectivement accoupler, dans un état fermé, le premier moteur électrique 26 avec l'arbre primaire 13 de la boîte de vitesses 12 afin de synchroniser un rapport de vitesse cible, et à désaccoupler, dans un état ouvert, le premier moteur électrique 26 par rapport à l'arbre primaire 13 de la boîte de vitesses 12. [0024] Un deuxième dispositif de couplage 28 est disposé entre le premier moteur électrique 26 et le barillet de commande 22. Le deuxième dispositif de couplage 28 est apte à sélectivement accoupler, dans un état fermé, le premier moteur électrique 26 et le barillet de commande 22 pour commander sa rotation afin d'effectuer un changement de rapport de vitesse; et à désaccoupler, dans un état ouvert, le premier moteur électrique 26 et le barillet de commande 22. [0025] Le premier dispositif de couplage 25 et le deuxième dispositif de couplage 28 sont disposés chacun à une extrémité d'un arbre traversant 30 du premier moteur électrique 26. Le premier dispositif de couplage 25 et le deuxième dispositif de couplage 28 pourront prendre la forme d'embrayages ou de dispositifs de crabotage, notamment à commande électromagnétique. [0026] En outre, un deuxième moteur électrique 32 est en prise avec l'arbre secondaire 14 de la boîte de vitesses 12. Le deuxième moteur électrique 32, qui pourra assurer la traction électrique du véhicule automobile, est plus puissant que le premier moteur électrique 26 assurant uniquement le démarrage du moteur thermique ainsi que la synchronisation d'un rapport de vitesse. Dans un exemple particulier de réalisation, le premier moteur électrique 26 associé au barillet de commande 22 possède une puissance de 15 kW et un couple maximum de 40 N.m, et le deuxième moteur électrique 32 associé aux roues 16 possède une puissance de 50 kW et un couple maximum de 200 N.m. Un moteur électrique 26, 32 pourra être choisi parmi une machine électrique synchrone, une machine électrique asynchrone, ou un moteur électrique à courant continu. [0027] Une unité de contrôle 33, tel qu'un calculateur moteur, permet de commander les différents composants du système de transmission de puissance 10 suivant différentes phases de fonctionnement PI-P4 montrées sur la figure 2. [0028] Suivant une première phase de fonctionnement PI, l'unité de contrôle 33 est configurée pour piloter une fermeture du premier dispositif de couplage 25 et une fermeture de l'embrayage 23, de sorte que le premier moteur électrique 26 est apte à assurer un démarrage du moteur thermique 11. Le deuxième dispositif de couplage 28 est alors à l'état ouvert. [0029] Suivant une deuxième phase de fonctionnement P2, l'unité de contrôle 33 est configurée pour piloter, lors d'une demande de changement de rapport de vitesse d'un rapport de vitesse initial vers un rapport de vitesse cible, une fermeture du premier dispositif de couplage 25 et une commande du premier moteur électrique 26 de façon à synchroniser en vitesse l'arbre primaire 13 avec le rapport cible. L'embrayage 23 et le deuxième dispositif de couplage 28 sont alors à l'état ouvert. [0030] Suivant une troisième phase de fonctionnement P3, une fois le rapport cible syn- chronisé, l'unité de contrôle 33 est apte à piloter une ouverture du premier dispositif de couplage 25 et une fermeture du deuxième dispositif de couplage 28, de sorte que le premier moteur électrique 26 peut entraîner le barillet de commande 22 pour engager le rapport cible par déplacement du crabot 20.1, 20.2 correspondant. [0031] L'invention permet ainsi, en autorisant une synchronisation centralisée des rapports de vitesse R1-R4 par le moteur électrique 26, de supprimer les synchroniseurs des crabots 20.1, 20.2. On simplifie ainsi le système de transmission de puissance 10 tout en réduisant son coût. L'invention permet également de limiter le nombre de moteurs électriques en utilisant un unique moteur électrique pour piloter la synchronisation des rapports de vitesse R1-R4, le barillet 22 de commande de changement de rapport, et s'il y a lieu le démarrage du moteur thermique 11. [0032] Suivant une quatrième phase de fonctionnement P4, l'unité de contrôle 33 est configurée pour piloter le deuxième moteur électrique 32 pour assurer un roulage électrique pur lorsque l'embrayage 23 est ouvert. Dans le cas où le système de transmission 10 est dépourvu d'embrayage 23, l'injection du moteur thermique 11 est alors coupée, et le vilebrequin du moteur thermique 11 est entraîné en rotation lors du roulage électrique du véhicule automobile. [0033] L'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant un système de transmission de puissance 10. 6 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] REVENDICATIONSSystème de transmission de puissance (10) pour un véhicule automobile comportant: - un moteur thermique (11), - une boîte de vitesses (12) à rapports de vitesse discrets ayant un arbre primaire (13) et un arbre secondaire (14), - un barillet de commande (22) apte à déplacer un crabot (20.1, 20.2) de la boîte de vitesses (12) pour effectuer un changement de rapport de vitesse, et - un premier moteur électrique (26), caractérisé en ce que ledit système de transmission de puissance (10) comporte en outre: - un premier dispositif de couplage (25) entre le premier moteur électrique (26) et l'arbre primaire (13) de la boîte de vitesses (12), - un deuxième dispositif de couplage (28) entre le premier moteur électrique (26) et le barillet de commande (22), - une unité de contrôle (33) configurée pour piloter, lors d'une demande de changement de rapport de vitesse d'un rapport de vitesse initial vers un rapport de vitesse cible, une fermeture du premier dispositif de couplage (25) et une commande du premier moteur électrique (26) de façon à synchroniser en vitesse l'arbre primaire (13) avec le rapport cible, et - une fois le rapport cible synchronisé, l'unité de contrôle (33) est configurée pour piloter une ouverture du premier dispositif de couplage (25) et une fermeture du deuxième dispositif de couplage (28), de sorte que le premier moteur électrique (26) peut entraîner le barillet de commande (22) pour engager le rapport cible par déplacement du crabot correspondant. Système de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un embrayage (23) est relié d'une part à un vilebrequin du moteur thermique (11) et d'autre part à l'arbre primaire (13) de la boîte de vitesses (12). Système de transmission de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de contrôle (33) est configurée pour piloter une fermeture du premier dispositif de couplage (25) et une fermeture de l'embrayage (23), de sorte que le premier moteur électrique (26) est apte à assurer un démarrage du moteur thermique (11). 7 [Revendication 4] Système de transmission de puissance selon l'une quelconque des reven- dications 1 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième moteur électrique (32) en prise avec l'arbre secondaire (14) de la boîte de vitesses. [Revendication 5] Système de transmission de puissance selon la revendication 4, ca- ractérisé en cc que l'unité de contrôle (33) est configurée pour piloter le deuxième moteur électrique (32) de façon à assurer un roulage électrique pur. [Revendication 6] Système de transmission de puissance selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en cc que le premier dispositif de couplage (25) et le deuxième dispositif de couplage (28) sont des embrayages ou des dispositifs de crabotage, notamment à commande électromagnétique. [Revendication 7] Système de transmission de puissance selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en cc que le premier dispositif de couplage (25) et le deuxième dispositif de couplage (28) sont disposés chacun à une extrémité d'un arbre traversant (30) du premier moteur électrique (26). [Revendication 8] Système de transmission de puissance selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en cc qu'un nombre de rapports de la boîte de vitesses (12) est égal à 4 ou 5. [Revendication 9] Système de transmission de puissance selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un nombre de cylindres du moteur thermique (11) est égal à 3 ou 4. [Revendication 10] Véhicule automobile comportant un système de transmission de puissance (10) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.