Brevet FR3089885A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : GROUPE MOTOPROPULSEUR DE VÉHICULE À MACHINE ÉLECTRIQUE MOTRICE SUPPORTÉE PAR UN ÉLÉMENT STRUCTUREL ET COUPLÉE À UNE TRAVERSE Domaine technique de l'invention [0001] L'invention concerne les groupes motopropulseurs qui équipent certains véhicules et qui comprennent une machine électrique motrice couplée à une traverse. [0002] On notera que dans ce qui suit on entend par « machine électrique motrice » un ensemble solidaire et produisant du couple destiné à mouvoir un véhicule à partir d'une énergie électrique stockée. Etat de la technique [0003] Certains groupes motopropulseurs (ou GMPs) de véhicules, généralement de type au- tomobile, comprennent une machine électrique motrice qui est couplée, via des pièces en élastomère, d'une part, à une traverse (ou poutre) solidarisée fixement, soit directement, soit indirectement via des pièces intermédiaires, à des éléments structurels, comme par exemple des brancards, et, d'autre part, à au moins un autre élément structurel, comme par exemple un berceau. On notera que la traverse peut aussi parfois servir de pièce d'ancrage fixe pour au moins un autre équipement, comme par exemple une partie au moins de l'électronique de puissance. [0004] De nombreuses architectures de couplage de la machine électrique motrice ont été proposées. On les appelle généralement « architecture horizontale » ou « architecture radiale » ou encore « architecture verticale ». [0005] L'invention concerne plus particulièrement l'architecture verticale de couplage dans laquelle la machine électrique motrice peut, par exemple, être suspendue par sa partie supérieure à la traverse via deux pièces de filtration et couplée par sa partie inférieure à au moins un élément structurel via un ou plusieurs éléments de reprise de couple. Une telle architecture de couplage est par exemple décrite dans le document brevet CN 101537784. Les deux pièces de filtration (ou « cales porteuses ») assurent à la fois une reprise du poids de la machine électrique motrice pour les sollicitations verticales et une reprise de couple (ou anti-couple) pour les sollicitations longitudinales. Chaque élément de reprise de couple (qui peut être une biellette anti-couple (comportant une articulation couplée à un élément structurel et une articulation couplée à la partie inférieure de la machine électrique motrice) ou bien une simple articulation) assure une reprise du poids pour les sollicitations longitudinales. 2 [0006] Lorsque l'on utilise de simples articulations anti-couple installées à proximité du plan vertical passant par les cales porteuses, le déplacement de la machine électrique motrice sous reprise de couple est purement suivant la direction longitudinale tout comme les efforts de reprise de couple, et seule la reprise du poids de la machine électrique motrice lors des accélérations verticales génère des efforts verticaux (qui peuvent être minimisés en mettant une raideur verticale très faible par rapport à la raideur verticale des cales porteuses). [0007] Lorsque l'on utilise de simples articulations anti-couple éloignées du plan vertical passant par les cales porteuses, le déplacement de la machine électrique motrice sous reprise de couple est contenu dans un plan défini par les directions longitudinale et verticale tout comme les efforts de reprise de couple. [0008] Lorsque l'on utilise au moins une biellette anti-couple éloignée du plan vertical passant par les cales porteuses, le déplacement de la machine électrique motrice sous reprise de couple est contenu dans un plan défini par les directions longitudinale et verticale mais les efforts de reprise de couple sont orientés uniquement dans l'axe de la biellette (le plus souvent suivant la direction longitudinale du véhicule) tout comme la direction des efforts de reprise de couple sur les cales porteuses, et la reprise de poids liée aux accélérations verticales vues par la machine électrique motrice ne génère aucun effort vertical au niveau de la biellette. [0009] Par ailleurs, lorsque la machine électrique motrice est installée dans la partie avant du véhicule, le positionnement longitudinal de la traverse doit tenir compte de l'implantation de la chaine de transmission et l'extension longitudinale de la traverse doit être dimensionnée par rapport aux efforts qu'elle subit (reprise du poids et reprise du couple). Or, la fixation de cette traverse sur les brancards (droit et gauche) peut influencer le comportement de ces derniers lors d'un choc, a fortiori lorsque la traverse est dimensionnée pour les efforts de la chaine de transmission (et donc lorsqu'elle est particulièrement rigide). Par conséquent, il est intéressant de limiter l'emprise suivant la direction longitudinale de la fixation de la traverse sur chaque brancard (c'est-à-dire la distance longitudinale entre les fixations avant et arrière de la traverse sur le brancard, laquelle est considérée comme incompressible), et/ou de reculer le plus possible la traverse vers Panière du véhicule pour qu'elle soit fixée en dehors de la zone de déformation des brancards lors d'un choc ou du moins dans la partie alifère de cette zone de déformation. [0010] Cependant, une position reculée de la traverse avec une emprise réduite suivant la direction longitudinale n'est pas forcément compatible avec l'implantation des cales porteuses lorsque la machine électrique motrice est assez avancée dans la partie avant du véhicule. En effet, les cales porteuses sont positionnées suivant la direction longitudinale afin que le centre de gravité de la machine électrique motrice soit proche de la 3 droite reliant les deux centres élastiques des cales porteuses dans le plan défini par les directions longitudinale et transversale, permettant ainsi d'éviter le basculement de la machine électrique motrice sous son propre poids, d'améliorer le découplage des modes de la machine électrique motrice sur ses cales porteuses, et d'éviter de générer des efforts suivant la direction verticale lors de sollicitations suivant la direction longitudinale. [0011] Les cales porteuses, qui reprennent les efforts verticaux (reprise du poids), sont ac- tuellement installées au centre longitudinal de la traverse afin d'éviter la génération d'un moment dc torsion sur celle-ci et ainsi limiter l'emprise dc la traverse sur les brancards. En effet, une fixation des cales porteuses en porte-à-faux longitudinal par rapport à la traverse générerait un moment sur la traverse qui nécessiterait une augmentation de son emprise longitudinale sur les brancards, ce qui serait contrcproductif vis-à-vis du besoin en cas de choc du fait que cela augmenterait la longueur de la zone incompressible sur les brancards. [0012] L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. Présentation de l'invention [0013] Elle propose notamment à cet effet un groupe motopropulseur destiné à équiper un véhicule et comprenant une machine électrique motrice destinée à être couplée à une traverse solidarisée fixement à des éléments structurels du véhicule. [0014] Ce groupe motopropulseur se caractérise par le fait que sa machine électrique motrice comprend : - une partie inférieure destinée à être supportée par au moins un autre élément structurel du véhicule via deux pièces de filtrage filtrant des vibrations que sa machine électrique motrice induit, et - une partie supérieure destinée à être couplée à la traverse via au moins un élément dc reprise de couple. [0015] Ainsi, on dispose d'une architecture verticale dc couplage permettant une im- plantation dc la machine électrique motrice assez avancée dans une partie avant d'un véhicule, et respectant les critères d'implantation des pièces dc filtrage (ou cales porteuses) vis-à-vis du centre de gravité de la machine électrique motrice et la compatibilité de la traverse avec les normes de sécurité relatives aux chocs (c'est-à-dire avec une fixation sur la partie arrière des éléments structurels (brancards) et avec une emprise longitudinale contenue). [0016] Le groupe motopropulseur selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : il peut comprendre deux éléments de reprise de couple solidarisés en parallèle à la traverse ; - chaque élément de reprise de couple peut être destiné à être couplé à la traverse à un niveau qui est identique à celui auquel est solidarisée fixement cette traverse dans le véhicule ; - chaque élément de reprise de couple peut être solidarisé en porte-à-faux à la traverse ; - chaque élément de reprise de couple peut être une biellette anti-couple ; chaque biellette anti-couple peut comprendre une extrémité distante de la traverse et installée dans un plan vertical qui est proche d'un plan vertical passant par les pièces de filtrage et un centre de gravité de la machine électrique motrice ; - en variante, chaque élément de reprise de couple peut être une articulation anti-couple chaque articulation anti-couple peut être installée dans un plan vertical passant par les pièces de filtrage et un centre de gravité de la machine électrique motrice. [0017] L'invention propose également un véhicule comprenant des éléments structurels, une traverse solidarisée fixement à deux des éléments structurels, et au moins un groupe motopropulscur du type de celui présenté ci-avant et couplé à cette traverse et à au moins l'un de ces éléments structurels. [0018] Par exemple, au moins la machine électrique motrice de ce groupe motopropulseur peut être installée dans un compartiment moteur situé dans une partie avant du véhicule. Brève description des figures [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : [0020] [fig.1] illustre schématiquement et fonctionne-liement, dans une vue du dessus, un premier exemple d'architecture de couplage d'une machine électrique motrice d'un groupe motopropulseur selon 1' invention à des éléments structurels d'un véhicule, [0021] [fig.21 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue du côté gauche (en transparence), l'architecture de couplage de la figure 1, [0022] [fig.3] illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue du dessus, un second exemple d'architecture de couplage d'une machine électrique motrice d'un groupe motopropulseur selon l'invention à des éléments structurels d'un véhicule, et [0023] [fig.4] illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue du côté gauche (en transparence), l'architecture de couplage de la figure 3. Description détaillée de l'invention [0024] L'invention a notamment pour but de proposer un groupe motopropulseur (ou GMP) destiné à équiper un véhicule et comprenant une machine électrique motrice ME supportée par un élément structurel ES3 et couplée à une traverse TS qui est elle-même solidarisée fixement à des éléments structurels ESI et ES2. [0025] Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule est de type automobile. Il s'agit par exemple d'une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout véhicule comportant un GMP comprenant une machine électrique motrice couplée à des éléments structurels et à une traverse, et notamment les véhicules terrestres et les véhicules maritimes ou fluviaux. [0026] Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le GMP est de type tout électrique, et donc comprend une machine électrique motrice ME niais pas de moteur thermique. Mais l'invention n'est pas limitée à cc type de GMP. Elle concerne en effet également les GMPs hybrides, c'est-à-dire comprenant au moins un moteur thermique et au moins une machine électrique motrice. [0027] En outre, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que la machine électrique motrice ME du GMP, la traverse TS et les éléments structurels ES I à ES3 sont destinés à être installés dans un compartiment moteur situé dans une partie avant d'un véhicule. [0028] Sur les figures I à 4, la direction X est une direction dite longitudinale du véhicule, laquelle est parallèle aux côtés latéraux de ce dernier, la direction Y est une direction dite transversale du véhicule, laquelle est perpendiculaire à la direction X, et la direction Z est une direction dite verticale, laquelle est perpendiculaire aux directions longitudinale X et transversale Y. Par ailleurs, sur les figures I à 4 la zone de déformation des brancards ES I et E52 lors d'un choc (suivant la direction longitudinale X) est matérialisée par la flèche à deux pointes référencée zd. [0029] On a schématiquement illustré sur les figures I à 4 une partie d'un GMP selon l'invention, équipant un véhicule (très partiellement représenté). En fait, seuls les éléments structurels ES1 à ES3 du véhicule sont ici très schématiquement représentés. Par exemple, les premier ES1 et deuxième ES2 éléments structurels peuvent être ce que l'homme de l'art appelle respectivement des brancards gauche et droit, et le troisième élément structurel ES3 peut être ce que l'homme de l'art appelle un berceau (il est généralement installé sensiblement suivant la direction transversale Y du véhicule). Ici, le berceau ES3 comprend deux extensions longitudinales (ou « berceaux longs ») gauche BL1 et droit(e) BL2 sur lesquelles on reviendra plus loin. 6 [0030] Le GMP, selon l'invention, comprend notamment une machine électrique motrice ME comportant des parties inférieure PI et supérieure PS. [0031] Comme cela apparaît mieux sur les figures 2 et 4, la partie inférieure PI est destinée à être supportée par au moins le troisième élément structurel ES3 du véhicule (par exemple le berceau) via deux pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF qui sont agencées de manière à filtrer des vibrations que sa machine électrique motrice ME induit. Ces deux pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF, installées en partie basse (ou inférieure), assurent une reprise des efforts verticaux suivant la direction verticale Z et une reprise de couple suivant la direction longitudinale X. [0032] Par exemple, et comme illustré non limitativement sur les figures 2 et 4, les deux pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF peuvent être solidarisées fixement aux extensions longitudinales (ou berceaux longs) gauche BL1 et droit(e) BL2 du troisième élément structurel (ou berceau) ES3. En variante, les deux pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF pourraient être solidarisées fixement sur une partie transversale du berceau qui relierait les extensions longitudinales (ou berceaux longs) gauche BU 1 et droit(e) BL2 en passant sous le moteur. [0033] Ces deux pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF peuvent, par exemple, être réalisées en élastomère. Ce matériau présente en effet une bonne capacité de filtrage des vibrations (induites par la machine électrique motrice ME), et sa raideur peut être choisie en fonction des besoins. Par ailleurs, ce matériau peut être naturel et/ou de synthèse. [0034] La partie supérieure PS est destinée à être couplée à la traverse TS (et donc en partie haute) via au moins un élément de reprise de couple ERC. [0035] La machine électrique motrice ME présente ainsi une architecture verticale de couplage permettant son implantation de façon assez avancée dans une partie avant d'un véhicule, et respectant les critères d'implantation des pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF du centre de gravité cg de la machine électrique motrice ME. De plus, cette implantation permet à la traverse TS d'être compatible avec les normes de sécurité relatives aux chocs, c'est-à-dire avec une fixation sur la partie arrière des éléments structurels (ou brancards) gauche ES1 et droit ES2 et avec une emprise longitudinale el contenue (ou modérée). [0036] Par exemple, et comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 3, le GMP peut comprendre deux éléments de reprise de couple ERC solidarisés en parallèle à la traverse TS. Le nombre d'articulations d'éléments de reprise de couple ERC est choisi en fonction du couple maximal de la machine électrique motrice ME et du besoin plus ou moins important de répartir les efforts sur la traverse TS. [0037] On notera que chaque élément de reprise de couple ERC peut être destiné à être couplé à la traverse TS à un niveau (suivant la direction verticale Z) qui est identique à 7 celui auquel est solidarisée fixement la traverse TS dans le véhicule. Les efforts étant transmis dans l'axe de l'élément de reprise de couple ERC, cela permet d'avoir des efforts uniquement suivant la direction longitudinale X. [0038] Chaque élément de reprise de couple ERC peut se présenter d'au moins deux façons. [0039] Dans une première façon, illustrée sur les figures 1 et 2, chaque élément de reprise de couple ERC peut être une simple articulation anti-couple solidarisée à la traverse TS. Cette solidarisation peut se faire dans un bord transversal avant de la traverse TS, ou bien sur un bord transversal avant de la traverse TS (et donc en porte-à-faux comme illustré sur les figures 1 et 2). On entend ici par « bord transversal avant » un bord de la traverse TS qui est parallèle à la direction transversale Y et orienté (ici) vers la façade avant FA du véhicule, qui est solidarisée aux extrémités avant des brancards gauche ES1 et droit ES2. [0040] En présence de cette première façon, chaque articulation anti-couple ERC peut, par exemple, être installée dans un plan vertical pv passant par les pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF et le centre de gravité cg de la machine électrique motrice ME. [0041] Dans une seconde façon, illustrée sur les figures 3 et 4, chaque élément de reprise de couple ERC peut être une biellette anti-couple. Chaque biellette anti-couple ERC comprend alors une première extrémité (arrière), solidarisée à la traverse TS, et une seconde extrémité (avant), opposée à cette première extrémité et solidarisée à la partie supérieure PS de la machine électrique motrice ME. Ces première et seconde extrémités comprennent respectivement des première et seconde articulations. [0042] En présence de cette seconde façon, chaque biellette anti-couple ERC peut, par exemple, comprendre une seconde extrémité (avant) distante de la traverse TS et installée dans un plan vertical qui est proche du (éventuellement confondu avec le) plan vertical pv passant par les pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF et le centre de gravité cg de la machine électrique motrice ME. On notera que dans la pratique ce plan vertical n'est quasiment jamais confondu avec le plan vertical pv. [0043] On notera également que chaque élément de reprise de couple ERC peut être so- lidarisé en porte-à-faux à la traverse TS. C'est notamment le cas dans les deux exemples illustrés respectivement sur les figures 1 et 2 et sur les figures 3 et 4. [0044] Plus précisément, dans le premier exemple illustré sur les figures 1 et 2, les éléments de reprise de couple ERC (qui sont de simples articulations) sont solidarisés à des pattes de couplage PC, elles-mêmes solidarisées fixement à la traverse TS en deux endroits distants en étant alignées suivant la direction longitudinale X. On notera que ces pattes de couplage PC peuvent faire partie intégrante de la traverse TS (en particulier lorsqu'elle est réalisée par moulage ou injection), ou bien être rapportées sur cette traverse TS, par exemple par vissage, collage ou soudage. [0045] Ce premier agencement est de préférence utilisé lorsque la traverse TS est solidarisée 8 fixement aux brancards ES] et ES2 à un niveau qui est relativement avancé suivant la direction longitudinale X. Dans ce cas, on utilise préférentiellement des articulations à faible raideur verticale et positionnées le plus près possible du plan vertical pv passant par les pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF. Un tel positionnement permet d'avoir un déplacement sous reprise de couple suivant la seule direction longitudinale X, des efforts de reprise de couple suivant la seule direction longitudinale X, et une reprise du poids de la machine électrique motrice ME lors des accélérations verticales (suivant Z) générant des efforts verticaux. Ces efforts verticaux peuvent être minimisés en mettant une raideur verticale très faible par rapport à la raideur verticale des pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF. [0046] Dans le second exemple illustré sur les figures 3 et 4, les éléments de reprise de couple ERC (qui sont des biellettes) ont leur première extrémité (arrière) qui est solidarisée en porte-à-faux à la traverse TS. Par exemple, cette solidarisation peut se faire au moyen d'une articulation en élastomère avec un insert métallique central et prise en chape et serrée par une vis traversante (cette articulation pouvant être côté traverse ou côté biellette). [0047] Ce second agencement est de préférence utilisé lorsque la traverse TS est solidarisée fixement aux brancards ES] et E52 à un niveau qui est relativement reculé suivant la direction longitudinale X. Dans ce cas, on utilise préférentiellement des biellettes ECR ayant leurs premières extrémités solidarisées à la traverse TS de façon éloignée du plan vertical pv passant par les pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF. Le déplacement sous reprise de couple des secondes extrémités des biellettes ECR (côté ME) est alors contenu dans le plan XZ mais les efforts de reprise de couple sont uniquement dans l'axe de chaque biellette ERC (sensiblement suivant la direction longitudinale X), et la direction des efforts de reprise de couple sur les pièces de filtrage (ou cales porteuses) PF est également dans l'axe de chaque biellette ERC. De plus, la reprise de poids liée aux accélérations verticales vues par la machine électrique motrice ME ne génère aucun effort vertical au niveau des biellettes ECR. [0048] On notera également que la traverse (ou poutre) TS peut éventuellement faire partie du GMP. Par ailleurs, elle (TS) peut être réalisée dans une matière plastique rigide (avec éventuellement un ou plusieurs inserts réalisés dans une matière métallique). Cette matière métallique peut, par exemple, être un aluminium extrudé, un aluminium de fonderie, ou un acier (par exemple de tôle). [0049] L'invention permet d'avoir une architecture verticale de couplage de la machine électrique motrice ME qui est optimisée pour les chocs tout en respectant les besoins fonctionnels de la suspension de cette machine électrique motrice ME, à savoir des implantations de ses supports et de la traverse TS idéales en cas de choc et une répartition des efforts de la chaine de transmission permettant une conception au plus juste des composants et des interfaces. 9 10