Groupe motopropulseur pour véhicule électrique à deux moteurs et transmission infiniment variable L'invention concerne un groupe moto propulseur pour véhicule à propulsion électrique comprenant deux machines électriques agissant sur une transmission assurant la liaison avec les roues. Les groupes motopropulseurs actuels pour véhicules électriques sont constitués d'un unique moteur électrique et d'une transmission simple du type réducteur de vitesses. La liaison entre le moteur et la transmission est directe, sans embrayage car la particularité des moteurs électriques est de pouvoir délivrer leur couple maximal sur une certaine plage de régime dont la borne inférieure est la vitesse nulle. Le rapport unique du réducteur est en prise en permanence, par conséquent, à l'arrêt du véhicule, le moteur est à l'arrêt. Cette situation est bien différente de celle d'un véhicule équipé d'un moteur thermique car le moteur continue d'entraîner des accessoires comme une pompe de circulation du fluide de refroidissement, un compresseur de climatisation, ou une pompe à vide pour le circuit de freinage, puisqu'il est maintenu à un régime de ralenti lorsque le véhicule est à l'arrêt. Comme le moteur électrique du groupe moto propulseur d'un véhicule électrique est arrêté à l'arrêt du véhicule, il faut alors songer à faire fonctionner les accessoires, entraînés classiquement par le moteur thermique, par des moteurs électriques auxiliaires ou bien s'en passer. Cela multiplie les moteurs d'entraînement et les dispositifs de pilotage correspondants. Par ailleurs, tout comme les moteurs thermiques, les moteurs électriques ont des zones de fonctionnement optimales et cela à partir d'un certain couple et d'une certaine vitesse. The invention relates to a powertrain unit for an electrically-propelled vehicle comprising two electric machines acting on a transmission that connects to the wheels. The current powertrains for electric vehicles consist of a single electric motor and a simple transmission of the gearbox type. The link between the engine and the transmission is direct, without clutch because the particularity of the electric motors is to be able to deliver their maximum torque over a certain speed range whose lower limit is zero speed. The gear ratio of the gear unit is constantly engaged, therefore, when the vehicle is stopped, the engine is stopped. This situation is very different from that of a vehicle equipped with a heat engine because the engine continues to drive accessories such as a coolant circulation pump, an air conditioning compressor, or a vacuum pump for the cooling circuit. braking, since it is maintained at idle speed when the vehicle is stationary. As the electric motor of the powertrain of an electric vehicle is stopped when the vehicle is stopped, it is then necessary to consider operating the accessories, conventionally driven by the heat engine, by auxiliary electric motors or without it. . This multiplies the drive motors and the corresponding driving devices. Moreover, like thermal engines, electric motors have optimal operating zones and that from a certain torque and a certain speed.
Ainsi pour améliorer l'efficacité du groupe moto propulseur électrique, ce qui signifie réduction de la consommation électrique, et pour simplifier l'entraînement des accessoires, l'invention propose un groupe moto propulseur électrique composé de deux machines électriques, et d'une transmission à variation continue constituée d'un train épicycloïdal simple. Thus, to improve the efficiency of the electric power train, which means a reduction in power consumption, and to simplify the drive of accessories, the invention proposes an electric power train consisting of two electric machines, and a transmission continuous variation consisting of a single epicyclic gear train.
Selon une première caractéristique, la première machine 1 est reliée à un des éléments du train épicycloïdal. La seconde machine électrique 2 est reliée au deuxième élément du train épicycloïdal. Le troisième élément du train épicycloïdal transmet le mouvement vers les roues du véhicule. According to a first characteristic, the first machine 1 is connected to one of the elements of the epicyclic gear train. The second electrical machine 2 is connected to the second element of the epicyclic gear. The third element of the epicyclic gear train transmits the movement towards the wheels of the vehicle.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la première machine 1 est reliée au porte-satellite du train épicycloïdal. La seconde machine électrique 2 est reliée au planétaire. La couronne, troisième élément du train épicycloïdal, transmet le mouvement vers les roues du véhicule. Selon une deuxième caractéristique la première machine électrique 1 est un moteur électrique et, la seconde machine électrique 2 est un générateur. Le moteur électrique constitue l'élément principal d'entraînement du véhicule. Le générateur constitue l'élément de prélèvement de puissance permettant la variation continue et infinie de la transmission. Selon une autre caractéristique, la transmission est constituée d'un train épicycloïdal, élément principal du variateur de vitesse, et d'un arbre parallèle intermédiaire réalisant un étage de réduction de vitesse et transmettant le couple et le mouvement à une couronne de différentiel classique. La première caractéristique permet, à l'arrêt du véhicule, soit de garder le moteur 1 à l'arrêt soit de le maintenir à un régime que l'on peut qualifier de ralenti pendant que le générateur 2 est maintenu à un autre régime régit par la raison du train. Selon la première caractéristique, dans le cas où le moteur est maintenu à un régime de rotation dit de ralenti, il peut être utilisé pour l'entraînement de divers accessoires et notamment une pompe de circulation du fluide de refroidissement, un compresseur de climatisation, etc. According to a preferred embodiment of the invention, the first machine 1 is connected to the planet carrier of the epicyclic gear train. The second electrical machine 2 is connected to the sun gear. The crown, the third element of the epicyclic gear train, transmits the movement towards the wheels of the vehicle. According to a second characteristic, the first electric machine 1 is an electric motor and the second electric machine 2 is a generator. The electric motor is the main driving element of the vehicle. The generator constitutes the power sampling element allowing the infinite and continuous variation of the transmission. According to another characteristic, the transmission consists of an epicyclic gear train, the main element of the variable speed drive, and an intermediate parallel shaft producing a speed reduction stage and transmitting torque and motion to a conventional differential ring. The first feature allows, when stopping the vehicle, either to keep the engine 1 stopped or maintain it at a rate that can be described as idle while the generator 2 is maintained at another regime governed by the reason for the train. According to the first characteristic, in the case where the engine is maintained at a so-called idling speed, it can be used for driving various accessories including a coolant circulation pump, an air conditioning compressor, etc. .
Selon une autre caractéristique, l'arbre du moteur électrique, à l'extrémité opposée de la transmission variable, porte des moyens d'entraînement de ces accessoires, par exemple des poulies. Dans la mesure où le générateur est également en rotation, son arbre peut également être utilisé pour l'entraînement d'accessoires. According to another characteristic, the shaft of the electric motor, at the opposite end of the variable transmission, carries means for driving these accessories, for example pulleys. Since the generator is also rotating, its shaft can also be used to drive accessories.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : • La figure 1 est une vue schématique en coupe du groupe motopropulseur avec des accessoires et le système d'entraînement. • La figure 2 est la courbe des pourcentages de puissance transmis par la couronne et prélevé par le planétaire selon le rapport de démultiplication de la transmission. • La figure 3 est un diagramme des vitesses des constituants du train planétaire en situation de véhicule à l'arrêt. • La figure 4 est un diagramme des vitesses des constituants du train planétaire en situation de véhicule roulant en marche avant à allure réduite sur le mode rapport variable du variateur de vitesses. 2942923 -3- • La figure 5 est un diagramme des vitesses des constituants du train planétaire en situation de véhicule roulant en marche avant vers sur le mode de réduction minimal du variateur de vitesses. • La figure 6 est un diagramme des vitesses des constituants du train 5 planétaire en situation de véhicule roulant en marche arrière. Other features and advantages of the present invention will become clear from reading the following description of a non-limiting embodiment thereof, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic view in powertrain section with accessories and drive system. • Figure 2 is the curve of power percentages transmitted by the ring gear and taken by the sun gear according to the gear ratio of the transmission. • Figure 3 is a diagram of the speeds of the components of the planetary gear in a stationary vehicle situation. • Figure 4 is a diagram of the speeds of the components of the planetary gear in situation of vehicle rolling forward at reduced speed on the variable speed ratio of the drive. 2942923 -3- • Figure 5 is a diagram of the speeds of the components of the planetary gear in situation of vehicle rolling forward to the minimal reduction mode of the drive. FIG. 6 is a diagram of the speeds of the components of the planetary gear in the situation of a vehicle traveling in reverse.
Le groupe motopropulseur 10 de la figure 1 possède une première machine électrique 11 qui joue le rôle de moteur et une seconde machine électrique 12 qui joue le rôle de générateur. Entre ces deux machines 10 positionnées sur le même axe, est intercalée une transmission 20. Cette transmission est un train épicycloïdal simple dont l'élément d'entrée et le porte-satellite 21. La machine électrique 11 lui est reliée directement et de manière permanente. Les éléments de sortie sont d'une part le planétaire 22 d'entraînement de la machine électrique 12 et la couronne 23 15 d'entraînement du véhicule. Par conséquent, la puissance entrante fournie par le moteur 11 transite par la transmission 20 qui la transmet et la répartie entre le planétaire 22 vers le générateur 12 et la couronne 23 vers le véhicule. La transmission 20 donne un ratio variable et le ratio final est 20 supérieur à 1 (surmultiplié). Pour obtenir un rapport global de la transmission donnant un ratio correct entre les vitesses du moteur et des roues avec le rapport final du train épicycloïdal, il est nécessaire d'ajouter un étage de réduction supplémentaire constitué d'un arbre 30 et d'un pignon d'entrée 31 entraîné par le pignon 24 lié à la couronne 23, et un pignon de sortie 32 25 d'entraînement de la couronne 40 du différentiel 41. Sur cette figure 1 sont également représentés deux accessoires 50 et 51, par exemple une pompe de circulation du fluide de refroidissement et un compresseur de climatisation. Ils sont entraînés par le moteur 11 comportant les poulies 60 et 61 et par l'intermédiaire, par exemple, des 30 courroies 70 et 71. Le ratio variable de cette transmission est obtenu par un prélèvement de puissance sur l'un des éléments de sortie du train épicycloïdal. Dans notre cas le prélèvement de puissance est réalisé par le générateur 12 lié au planétaire. La relation entre ce prélèvement de 35 puissance et la démultiplication est montré sur la courbe de la figure 2. On voit sur cette figure deux courbes : l'une représentant la puissance sortant vers le planétaire et l'autre la puissance sortant vers la couronne. L'obtention d'une forte réduction par le train planétaire se traduit par un fort prélèvement de puissance par le générateur. Cette puissance est retournée à la batterie. 40 Le fort prélèvement de puissance par le générateur correspond au démarrage du véhicule. Il s'agit d'une situation fugace où le ratio de la transmission varie sur une plage très étendue de l'infini à une valeur de l'ordre de 1,5. Pour cette valeur environ 50% de la puissance est retournée par le générateur à la batterie. Il faut aussi préciser que pour des prélèvements de puissance différents, la force tangentielle sur la denture est 2942923 -4- The power unit 10 of Figure 1 has a first electric machine 11 which acts as a motor and a second electric machine 12 which acts as a generator. Between these two machines 10 positioned on the same axis, is interposed a transmission 20. This transmission is a simple epicyclic gear including the input element and the carrier 21. The electric machine 11 is connected directly and permanently . The output elements are on the one hand the driving gear 22 of the electric machine 12 and the driving ring 23 15 of the vehicle. Consequently, the incoming power supplied by the motor 11 passes through the transmission 20 which transmits it and distributes it between the sun gear 22 towards the generator 12 and the ring gear 23 towards the vehicle. The transmission 20 gives a variable ratio and the final ratio is greater than 1 (overdrive). To obtain an overall ratio of the transmission giving a correct ratio between the speeds of the motor and the wheels with the final ratio of the epicyclic gear, it is necessary to add an additional reduction stage consisting of a shaft 30 and a pinion. input 31 driven by the pinion 24 connected to the ring gear 23, and an output pinion 32 25 driving the ring 40 of the differential 41. In this Figure 1 are also shown two accessories 50 and 51, for example a pump circulation of the cooling fluid and an air conditioning compressor. They are driven by the motor 11 comprising the pulleys 60 and 61 and, for example, by means of the belts 70 and 71. The variable ratio of this transmission is obtained by drawing power on one of the output elements. epicyclic train. In our case the power draw is performed by the generator 12 linked to the sun gear. The relationship between this power takeoff and the gear ratio is shown in the curve of FIG. 2. This figure shows two curves: one representing the output power to the sun gear and the other the output power to the gearwheel. Obtaining a strong reduction by the planetary gear results in a strong power draw by the generator. This power is returned to the battery. 40 The high power draw by the generator corresponds to the starting of the vehicle. This is a fleeting situation where the ratio of transmission varies over a very wide range from infinity to a value of about 1.5. For this value about 50% of the power is returned by the generator to the battery. It should also be noted that for different power samples, the tangential force on the toothing is 2942923 -4-
la même. Par conséquent, le couple à la couronne n'est pas impacté et à un niveau proportionnel à celui du moteur 11. Ainsi pour obtenir une vitesse nulle à la couronne et donc du véhicule, il faut une réduction infinie et un prélèvement total par la 5 générateur. Dans ce cas, la puissance totale circulant dans la transmission est très faible et au juste nécessaire pour vaincre les frottements. Nous voyons sur la figure 3 un exemple de situation ou les deux machines 11 et 12 sont en rotation pour une vitesse nulle de la couronne. Le rapport de vitesses de rotation des deux machines est déterminé par la raison du train 10 20. Le moteur électrique 11 est en mesure à l'arrêt du véhicule d'entraîner par les poulies 60, 61 et les courroies 70, 71 des accessoires nécessaires au fonctionnement du groupe moto propulseur ou important pour le confort des occupants du véhicule. Dans les représentations graphiques des figures 3 à 6, nous plaçons 15 en ordonnée les vitesses de rotation des composants de la transmission 20. Pour un train épicycloïdal simple la vitesse du porte-satellites est toujours encadrée par les vitesses du planétaire et de la couronne. Le placement en abscisse est déterminé par les nombres de dents du planétaire et de la couronne. La distance de C à P-S est le nombre de dent du planétaire et la 20 distance de P à P-S est le nombre de dents de la couronne. En utilisant cette représentation et le théorème de Thalès, on démontre rapidement et aisément la formule de Willis qui régit les vitesses de rotation relatives des éléments du train épicycloïdal simple. La figure 4 est une représentation graphique d'une situation 25 quelconque de roulage du véhicule en marche avant et à faible vitesse. Dans cet exemple, les deux machines montent simultanément en vitesse. La figure 5 est une représentation graphique d'une situation où le véhicule passe progressivement à haute vitesse. La vitesse du porte-satellites augmente alors que celle du planétaire diminue. Si nous nos 30 référons alors à la figure 1, la situation de vitesse élevée du véhicule correspond à une faible démultiplication de la transmission 20, et effectivement à une part principale de la puissance, supérieure à 95%, prise par la couronne et à une part faible de la puissance absorbée par le générateur.the same. Therefore, the torque to the ring is not impacted and at a level proportional to that of the motor 11. Thus to obtain a zero speed to the crown and therefore the vehicle, it requires an infinite reduction and a total withdrawal by the 5 generator. In this case, the total power flowing in the transmission is very low and just needed to overcome friction. We see in Figure 3 an example of a situation where the two machines 11 and 12 are rotating for a zero speed of the crown. The rotational speed ratio of the two machines is determined by the reason of the train 20. The electric motor 11 is able to stop the vehicle by driving the pulleys 60, 61 and the belts 70, 71 with the necessary accessories. the operation of the powertrain or important for the comfort of the occupants of the vehicle. In the graphical representations of FIGS. 3 to 6, we place the rotational speeds of the components of the transmission 20 on the ordinate. For a single planetary gear train, the speed of the planet carrier is always governed by the speeds of the sun gear and the crown. Placement on the abscissa is determined by the numbers of planetary and crown teeth. The distance from C to P-S is the number of teeth of the sun gear and the distance from P to P-S is the number of teeth of the ring gear. Using this representation and Thales's theorem, Willis's formula, which governs the relative rotational speeds of the single epicyclic gear elements, is quickly and easily demonstrated. Fig. 4 is a graphical representation of any situation of rolling the vehicle forward and at low speed. In this example, the two machines rise simultaneously in speed. Figure 5 is a graphical representation of a situation where the vehicle is gradually moving at high speed. The speed of the carrier increases while that of the sun gear decreases. If we refer now to FIG. 1, the situation of high speed of the vehicle corresponds to a low gear reduction of the transmission 20, and actually to a main part of the power, greater than 95%, taken by the ring gear and to a low part of the power absorbed by the generator.
35 Enfin la figure 6 est une représentation graphique d'une situation où le véhicule se déplace en marche arrière. Dans cet exemple, la vitesse du moteur principal reste très modérée alors que celle de générateur monte pour obtenir en définitive l'inversion de vitesse de la couronne. Dans la mesure où les machines électriques fonctionnent indifféremment dans les 40 deux sens de rotation il est possible d'obtenir une rotation inverse de la couronne de manière différente et notamment avec une machine électrique principale 11 tournants en sens inverse. Mais dans la mesure où cette machine électrique 11 entraîne des accessoires dont le sens de rotation de fonctionnement est défini, on retiendra toujours une stratégie du type 45 représentée sur la figure 6. Finally, Figure 6 is a graphical representation of a situation where the vehicle is moving in reverse. In this example, the speed of the main engine remains very moderate while that of generator rises to finally get the speed reversal of the crown. Insofar as the electrical machines operate indifferently in both directions of rotation it is possible to obtain a reverse rotation of the ring in a different manner and in particular with a main electric machine 11 rotating in the opposite direction. But insofar as this electric machine 11 drives accessories whose direction of rotation of operation is defined, we always remember a strategy of the type 45 shown in Figure 6.