FR2918003A1 - Dispositif de traction hybride pour vehicule lourd. - Google Patents

Dispositif de traction hybride pour vehicule lourd. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de traction hybride pour véhicule lourd comportant un train épicycloïdal (1) en prise avec un moteur thermique (2) et deux moteurs électriques (3,4).Ce dispositif comporte une couronne extérieure (12) entraînée en rotation par un premier moteur électrique (4), un premier solaire (8) entraîné par le moteur thermique (2), un second solaire (10) entraîné par un second moteur électrique (3) et un porte-satellites (13) entraînant un arbre de sortie (16).Application aux véhicules militaires et aux systèmes de direction de véhicule chenillé.

Description

Le secteur technique de la présente invention est celui des transmissions
mécaniques de puissance et de mouvement, et plus particulièrement des systèmes de traction dits "hybrides" comportant un moteur thermique et au moins un moteur électrique. Actuellement dans le domaine militaire il n'existe pas de système de transmission réellement hybride. Les systèmes qui existent sont des systèmes adaptés aux transmissions existantes, c'est-à-dire qu'à la transmission existante il Io est adjoint un moteur électrique, ou un alternato-démarreur permettant d'avoir un appoint d'énergie électrique. Dans le domaine civil, sur le marché de l'automobile, on connaît un véhicule de tourisme hybride qui fonctionne avec un système de répartition de puissance dit "série parallèle". 15 Ce véhicule a la particularité de ne pas posséder de boite de vitesse et de pouvoir fonctionner en mode électrique, en mode thermique, ou en mode mixte. La gestion des modes est réalisée par le répartiteur de puissance mécanique. Un inconvénient majeur de ce système réside dans le fait 20 qu'il ne permet pas d'effectuer une marche arrière en mode moteur thermique seul, cette fonction est réalisée par le moteur électrique uniquement De plus, un inconvénient majeur de l'application d'un tel système de répartition de puissance à un véhicule militaire 25 réside dans le faible rapport de démultiplication entre moteur thermique et la sortie vers les roues qui est insuffisant pour un démarrage en moteur thermique seul. Cet inconvénient impose un démarrage en mode mixte moteur thermique plus moteur électrique. En effet, sur un engin 30 militaire classique, pour faire avancer un véhicule au démarrage, il est nécessaire d'avoir un rapport de démultiplication important, de l'ordre de 7 pour un véhicule à roue et de 8 pour un véhicule chenillé, alors que ce rapport n'est que de 1,6 pour la transmission d'un véhicule 35 de tourisme. On connaît également le brevet EP1342603 qui décrit un train épicycloïdal de Ravigneau comportant deux moteurs électriques en prise avec les solaires et un moteur thermique en prise avec la couronne. Les roues sont raccordées au niveau du porte satellites. Un inconvénient majeur de ce dispositif réside dans le fait que le couple fourni par le moteur thermique est insuffisant et qu'il est généralement nécessaire de le combiner avec les couples fournis par les moteurs électriques. Le but de la présente invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de traction hybride susceptible de fournir un fort taux de Io démultiplication au démarrage et un mode de fonctionnement qui, en cas de panne électrique, permet de conserver la mobilité du véhicule à basses vitesses et en marche arrière. L'invention a donc pour objet un dispositif de traction hybride pour véhicule lourd comportant un train épicycloïdal 15 en prise avec un moteur thermique et deux moteurs électriques, caractérisé en ce qu'il comporte une couronne extérieure entraînée en rotation par un premier moteur électrique, un premier solaire entraîné par le moteur thermique, un second solaire entraîné par un second moteur 20 électrique et un porte-satellites entraînant un arbre de sortie. Selon une caractéristique de l'invention, au moins un moteur électrique fonctionne également en génératrice de courant. 25 Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier solaire et l'arbre de sortie sont coaxiaux. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un doubleur de gamme. Selon encore une autre caractéristique de l'invention le 30 dispositif pourra comporter un convertisseur de couple disposé entre le moteur thermique et le train épicycloïdal. L'invention concerne également un système de direction de véhicule chenillé comportant un dispositif de traction hybride. 35 Un tout premier avantage du dispositif selon l'invention réside dans le fait qu'il permet de transmettre une puissance importante lors du démarrage du véhicule. Un autre avantage réside dans le fait que, même en cas de défaillance du moteur électrique, le dispositif est en mesure d'assurer le déplacement du véhicule. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : -la figure 1 représente schématiquement un dispositif de traction hybride selon l'invention, - les figures 2 à 6 illustrent différentes phases de 10 fonctionnement du dispositif de traction hybride selon l'invention, et la figure 7 illustre l'implantation du dispositif selon l'invention dans un système de direction spécifique. La figure 1 représente un dispositif de traction hybride 15 pour véhicule lourd selon l'invention. Le système de traction comporte un moteur thermique 2, un moteur électrique 4, une génératrice 3 et un train épicycloïdal 1 en prise avec les moteurs 2 et 4 et avec la génératrice 3. Le train épicycloïdal 1 est du type "train Ravigneau": il comporte un 20 premier solaire 8 (ou solaire moteur), un second solaire 11 (ou solaire génératrice), un porte satellites 13 supportant des satellites 14 et 9 et une couronne extérieure 12. Un premier arbre d'entrée 15 entraîné par le moteur électrique 4 est en prise avec la couronne extérieure 12. Un second arbre 25 d'entrée 7, entraîné par le moteur thermique 2 est en prise avec le solaire 8 moteur. Un troisième arbre d'entrée 17, entraîné par la génératrice 3 est solidaire d'un pignon 10 entraînant en rotation le second solaire 11. Un arbre de sortie 16 est en prise avec le porte-satellites 13. 30 Le second arbre d'entrée 7, l'arbre de sortie 16, le porte satellite 13, la couronne 12, le premier solaire 8 et le second solaire 11 sont coaxiaux et ont un mouvement de rotation autour d'un même axe X. On remarquera aussi que dans cet exemple de réalisation, 35 l'arbre de sortie 16 est couplé à un doubleur de gamme 6 et permet l'entraînement des roues ou des chenilles du véhicule par l'intermédiaire d'une interface 5. Un tel doubleur de gamme 6 est bien connu et permet d'accroître les capacités offertes par le dispositif (augmenter le couple de sortie ou bien démultiplier la vitesse). Comme il sera décrit par la suite, en relation avec les figures 2 à 5, la génératrice 3 est un moteur/générateur, c'est à dire qu'elle peut être utilisée en tant que moteur électrique pour fournir un couple et participer au déplacement du véhicule et peut être également utilisée en tant que génératrice de courant et fournir un couple résistant permettant de recharger les batteries électriques (non représentées) et/ou d'assurer une fonction de frein moteur. Le dispositif selon l'invention permet donc de privilégier le fonctionnement thermique par rapport au fonctionnement électrique. Ce dernier mode de fonctionnement vient compléter les besoins en puissance et peut être utilisé en mode de secours ou pour les déplacements silencieux à basse vitesse. Une telle disposition est particulièrement utile dans le domaine des véhicules militaires puisqu'elle assure une disponibilité à 100% (la mobilité est possible quel que soit le moteur disponible). Bien entendu des moyens (non représentés) sont prévus pour assurer (en fonction des modes d'utilisation adoptés) les blocages de certains organes : porte satellite, couronne, solaire du moteur thermique, solaire du moteur électrique. Par ailleurs, une unité de commande électronique (non représentée) assurera (en fonction des vitesses du véhicule, des commandes d'accélération ou de freinage données par le conducteur ainsi que des modes d'utilisation choisis), les blocages souhaités ainsi que la commande des régimes des moteurs, notamment des moteurs électriques. La figure 2 illustre le dispositif selon l'invention lorsque le véhicule est arrêté. Dans cette configuration, le porte satellites 13 du train planétaires est fixe (le repère B symbolise le blocage sur les figures). En effet, la chaîne de transmission est bloquée par le frein de parking et par le couple résistant à l'avancement. La génératrice ou le moteur électrique fonctionne en moteur afin d'entraîner en rotation le solaire 11 ou la couronne 12 qui, par l'intermédiaire des satellites 9 et 13 entraîne le solaire 8 et assure ainsi le rôle de démarreur du moteur thermique 2. La figure 3 illustre la phase de début de roulage. Dans cette phase de démarrage la couronne 12 est fixe (blocage B). Tout se passe comme dans un train simple, la rotation du moteur thermique est directement transmise à l'arbre de sortie 16 par l'intermédiaire du solaire 8, des satellites 9, 14 et du porte satellites 13.
Le rapport de vitesses entre le second arbre d'entrée 7 et l'arbre de sortie 16 est alors important. L'ordre de grandeur de ce rapport est de 7, un tel rapport peut bien entendu varier en fonction du moteur utilisé (couples et vitesses). La vitesse de rotation de l'arbre de sortie est peu élevée. On peut ainsi déplacer le véhicule avec le seul moteur thermique. Dans cette phase de fonctionnement, la génératrice 3 est entraînée en rotation par le solaire 11, ce qui permet de réaliser la charge des batteries, si nécessaire.
Les figures 4 et 5 illustrent la phase de roulage et d'accélération. La figure 4 illustre la configuration où le moteur thermique 2 et la génératrice 3 fournissent le couple et la vitesse à l'avancement. Le mode de fonctionnement est "mixte". Pour ce fonctionnement, l'arbre 15 (non représenté) du moteur électrique et la couronne 12 sont fixes (blocage B) . Dans cette configuration, les sens de rotation des solaires 8 et 11 sont nécessairement contraires.
La figure 5 illustre la configuration où le moteur thermique ne fournit aucun couple. Le solaire 8 est fixe (blocage B) et le moteur électrique et la génératrice fournissent le couple et la vitesse à l'avancement par l'intermédiaire de la couronne 12 et du solaire 11. Nous sommes dans un mode de fonctionnent uniquement électrique. Le satellite 14 est entraîné en rotation par la couronne 12 et le solaire il. Le satellite 9, entraîné en rotation par le satellite 14, tourne autour du solaire 8 fixe, entraînant ainsi la rotation du porte-satellites 13. La figure 6 illustre le fonctionnement du dispositif en "marche arrière" avec un entraînement par le moteur thermique seul. Pour obtenir cette configuration il suffit de bloquer le solaire 11 de la génératrice (blocage B). La couronne 12 est libre en rotation. Ainsi, seul le solaire 8, entraîné par le moteur thermique, assure l'entraînement en rotation des satellite 9 et 14 et du porte satellite 13.
La figure 7 est une représentation schématique illustrant l'implantation du dispositif selon l'invention dans un système de direction d'un véhicule chenillé. Pour assurer la motorisation hybride d'un véhicule chenillé, il est possible d'associer le dispositif selon l'invention à un système de direction par différentiel de vitesse. Un tel système est déjà connu. Il utilise la puissance du moteur thermique 2 pour gérer le différentiel de vitesse permettant la direction par ripage. Ainsi, lorsqu'on souhaite faire tourner le véhicule, une partie de l'énergie du moteur thermique 2 est utilisée par un différentiel de vitesses 19 qui transmet un couple de ripage vers les chenilles 18a et 18b, par l'intermédiaire de trains épicycloïdaux 17a et 17b. Un inverseur 20 est disposé entre le différentiel 19 et la chenille gauche l8a afin de fournir des couples de sens opposés. A titre de variante, on pourra également réaliser l'invention en remplaçant la génératrice 3 et le moteur électrique 4 par deux moteurs électriques (non générateurs) 3 et 4 ou encore un moteur électrique 3 et un moteur/générateur 4. Pour des raisons d'encombrement et de coût de réalisation, on réalisera préférentiellement l'invention avec un moteur électrique et un moteur/générateur. On pourra à titre de variante intégrer un convertisseur de couple qui sera disposé entre le moteur thermique 2 et le 35 train 1. Une telle variante permettra d'accroître les capacités offertes par le dispositif. On augmentera ainsi le couple de sortie pendant la phase de démarrage.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de traction hybride pour véhicule lourd comportant un train épicycloïdal (1) en prise avec un moteur thermique (2) et deux moteurs électriques (3,4), caractérisé en ce que le train épicycloïdal (1) comporte une couronne extérieure (12) entraînée en rotation par un premier moteur électrique (4), un premier solaire (8) entraîné par le moteur thermique (2), un second solaire (10) entraîné par un second moteur électrique (3) et un porte-satellites (13) entraînant un arbre de sortie (16).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un moteur électrique (3) fonctionne également en génératrice de courant.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé 15 en ce que le premier solaire (8) et l'arbre de sortie (16) sont coaxiaux.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un doubleur de gamme (6).
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, 20 caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur de couple disposé entre le moteur thermique (2) et le train épicycloïdal (1).
6. Système de direction de véhicule chenillé, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de traction hybride selon 25 l'une quelconque des revendications précédentes.
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