FR2966786A3 - Systeme de motorisation hybride pour vehicule automobile - Google Patents

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FR2966786A3
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FR1059056A
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Antoine Vignon
Nicolas Fremau
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Renault SAS
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Renault SAS
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Abstract

Le système (1) de motorisation pour véhicule automobile comprend : - un moteur thermique (2) à combustion interne apte à entraîner en rotation un arbre primaire (8) avec lequel il peut être accouplé ou désaccouplé par un embrayage (E), - une machine électrique principale (ME) disposée autour de l'arbre primaire (8), axialement placée du même côté que l'embrayage (E) par rapport au moteur thermique (2), - un système réducteur (23) apte à relier en rotation l'arbre primaire (8) et un arbre secondaire (20). Le système réducteur comprend un ensemble de pignons (9, 10, 11, 12) et baladeurs (S1, S2, S3) disposés sur l'arbre primaire (8) ou sur l'arbre secondaire (20). Le rotor (6) de la machine électrique est lié en rotation à au moins un premier pignon (9) et/ou un premier baladeur, et l'arbre primaire (8) est lié en rotation à au moins un second pignon (10) et/ou un second baladeur. Tous les pignons (9, 10, 11, 12) se trouvent axialement d'un côté de la machine électrique (ME), et le moteur thermique (2) se trouve de l'autre côté de la machine électrique (ME).

Description

B10-2845FR 1 Système de motorisation hybride pour véhicule automobile L'invention concerne les systèmes de motorisation pour véhicules automobiles à motorisation hybride, équipés d'un moteur thermique et d'une machine électrique, aptes chacun à propulser le véhicule. Dans certaines configurations, le moteur thermique et la machine électrique peuvent contribuer conjointement à propulser le véhicule, par exemple lors du démarrage du véhicule, car alors le couple élevé à basse vitesse de la machine électrique compense le manque de couple à bas régime du moteur thermique. De tels systèmes hybrides sont par exemple décrits dans la demande de brevet BE 101 162 9A7 qui permet d'appliquer sur une couronne de différentiel de roue, soit un couple issu d'un moteur thermique, soit un couple issu d'une machine électrique, transitant respectivement par un premier jeu de pignons de rapport de transmission dédié au moteur thermique et par un autre jeu de pignons, de rapport de transmission dédié à la machine électrique.
Le système de boîte de vitesses proposé permet également de relier le moteur thermique à la machine électrique tout en les laissant déconnectés du différentiel, ce qui permet par exemple de recharger les batteries du véhicule à l'aide du moteur thermique quand le véhicule est à l'arrêt. Un seul rapport de transmission est disponible entre le moteur thermique actionné seul et le différentiel, et un seul rapport de transmission est également disponible entre la machine électrique actionnée seule et le différentiel. La plupart des modes de roulage transitoires devront donc être obtenus en combinant des couples du moteur thermique et de la machine électrique et en exploitant la plage de régulation de la machine électrique. On ne peut donc bénéficier pleinement ni de l'autonomie des motorisations 100% thermiques à boîte de vitesses dédiées, ni utiliser la machine électrique seule sur une large plage de fonctionnement, par exemple en roulage mixte ville-route. La demande de brevet FR 2300 928 984 décrit un système de transmission pour véhicule hybride, qui propose un étagement de rapports proche de celui d'une boîte de vitesses manuelle classique, ainsi que plusieurs rapports de transmission à partir de la machine électrique. Pour ce faire, une architecture complexe est proposée, incluant notamment quatre arbres parallèles et deux embrayages. Un tel système, à la fois coûteux et encombrant, est alors rédhibitoire pour les petits véhicules. L'objet de l'invention est de proposer une structure de motorisation hybride qui offre à la fois une plage de roulage étendue en mode tout thermique hors ville, un roulage en mode tout électrique en ville mieux modulable en terme de couple, et un grand confort de conduite grâce à des passages de vitesses sans rupture de couple même en mode de propulsion tout électrique. Un autre objet de l'invention est d'optimiser l'encombrement global du groupe motopropulseur et de la transmission. A cet effet, il est proposé un système de motorisation pour véhicule automobile comprend : - un moteur thermique à combustion interne apte à entraîner en rotation un arbre primaire avec lequel il peut être accouplé ou désaccouplé par un embrayage, - une machine électrique principale disposée autour de l'arbre primaire, axialement placée du même côté que l'embrayage par rapport au moteur thermique, - un système réducteur apte à relier en rotation l'arbre primaire et un arbre secondaire. Le système réducteur comprend un ensemble de pignons et baladeurs disposés sur l'arbre primaire et sur l'arbre secondaire. Le rotor de la machine électrique est lié en rotation à au moins un premier pignon et/ou un premier baladeur, et l'arbre primaire est lié en rotation à au moins un second pignon et/ou un second baladeur. Tous les pignons se trouvent axialement d'un côté de la machine électrique, et le moteur thermique se trouve de l'autre côté de la machine électrique. Le moteur thermique peut être lié en rotation de manière permanente à une machine électrique génératrice distincte de la machine électrique principale. Selon un premier mode de réalisation avantageux, l'embrayage, et le rotor de la génératrice, peuvent se recouvrir sur une plage axiale commune. Selon un autre mode de réalisation, la génératrice est disposée d'un côté du moteur thermique, et l'embrayage ainsi que la machine électrique principale, sont disposés de l'autre côté du moteur thermique. De manière préférentielle, le système réducteur est conçu pour pouvoir être placé dans deux configurations permettant chacune au rotor de la machine électrique principale d'engrener avec l'arbre secondaire avec un rapport de réduction différent du rapport de l'autre configuration. Selon un mode de réalisation avantageux, le système réducteur comprend exactement deux pignons sur l'arbre secondaire, chacun des pignons de l'arbre secondaire étant apte, suivant les configurations du réducteur, à transmettre successivement un couple issu du moteur thermique et un couple issu de la machine électrique principale. Par exemple, le système réducteur comporte quatre pignons et trois baladeurs, soit un pignon fixe solidaire de l'arbre primaire, un pignon fixe solidaire du rotor de la machine électrique principale et apte à être solidarisé avec l'arbre primaire par un premier baladeur, et deux pignons fous sur l'arbre secondaire, aptes à être solidarisés indépendamment l'un de l'autre avec l'arbre secondaire, par un second et par un troisième baladeur.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, le système réducteur comporte six pignons, dont un pignon fixe sur un premier arbre primaire lié à l'embrayage, deux pignons fous sur un arbre primaire extérieur entourant le premier arbre primaire, et lié en rotation au rotor de la machine électrique principale, trois pignons fixes sur l'arbre secondaire, et un baladeur sur l'arbre primaire extérieur, apte à solidariser alternativement chacun des pignons fous avec l'arbre primaire extérieur. Le système peut comprendre une unité de contrôle électronique configurée, lors d'un changement de rapport entre deux modes de fonctionnement où l'arbre secondaire est en prise avec la seule machine électrique principale, pour limiter les ruptures de couples en appliquant pendant une phase transitoire un couple engendré par la génératrice.
De manière préférentielle, l'embrayage est construit de manière à se positionner dans un état débrayé en l'absence de commande d' actionnement. L'embrayage peut être un embrayage pilotable en force, de type embrayage sec monodisque, embrayage sec multidisques, embrayage humide multidisques, ou embrayage à cône de friction. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - les figures 1 à 4 illustrent un système de motorisation suivant l'invention, dans quatre configurations de roulage différentes, - la figure 5 illustre la chronologie d'un passage sous couple en mode de fonctionnement tout électrique du système de motorisation des figures 1 à 4, - la figure 6 illustre une deuxième architecture de système de motorisation suivant l'invention. Tel qu'illustré sur les figures 1 à 4, le système de motorisation 1 pour véhicule automobile comprend un moteur thermique 2 entraînant un volant moteur 3 qui est solidaire d'un rotor 4 d'une machine électrique génératrice G dont le stator 5 est assemblé à un carter du moteur (non représenté). Un arbre primaire 8 traverse axialement le rotor 4 de la génératrice G et peut être accouplé ou désaccouplé au volant moteur 3, par un embrayage E. L'embrayage E est ici disposé concentriquement avec le rotor 4 de la génératrice G, à l'intérieur de ce rotor 4. L'arbre primaire 8 traverse aussi axialement une machine électrique principale ME, qui est placée, le long de l'arbre primaire 8 à la suite de la machine électrique génératrice G dans le sens d'éloignement du moteur thermique 2. Le stator de la machine électrique principale ME est solidaire d'un carter du moteur ou d'un carter de boîte de vitesses. Le rotor 6 de la machine électrique principale ME est solidaire en rotation d'un pignon 9 qu'il entraîne en rotation autour de l'arbre primaire 8, ce pignon 9 pouvant par ailleurs être solidarisé à l'aide d'un baladeur S1 de l'arbre primaire 8. Le pignon 9 peut être directement solidaire du rotor 6 de la machine électrique principale ME, ou peut être solidaire de ce rotor au travers d'un arbre creux 21 qui permet de déporter axialement le pignon 9 par rapport au rotor 6. Au-delà du pignon 9 et du baladeur S1, toujours en s'éloignant du moteur thermique 2, l'arbre primaire 8 comporte un pignon fixe 10. Le pignon 10 solidaire de l'arbre primaire 8 et le pignon 9 solidaire du rotor 6 de la machine électrique principale ME, engrènent respectivement avec un pignon fou 12 et avec un pignon fou 11 disposés autour d'un arbre secondaire 20. Les pignons fous 12 et 11 peuvent être solidarisés en rotation avec l'arbre secondaire 20, respectivement par un baladeur S3 et par un baladeur S2. L'arbre secondaire 20 comporte un pignon d'attaque fixe 13 entraînant un différentiel 22 relié à deux roues motrices (non représentées) du véhicule. Le nombre correspondant au rapport du nombre de dents du pignon 10 par le nombre de dents du pignon 12, que l'on désignera ici par rapport long, est choisi de manière à être plus élevé que le rapport du nombre de dents du pignon 9 par le nombre de dents du pignon 1l, que l'on désignera ici par rapport court. S1, S2 et S3 constituent, avec les crabots qui leurs correspondent sur les pignons 9, 11, et 12, des systèmes de couplage qui peuvent être ouverts pour laisser les pignons correspondants libres en rotation par rapport à l'arbre primaire 8 (pour le pignon 9) ou par rapport à l'arbre secondaire 20 (pour les pignons 11 et 12), ou qui peuvent être fermés pour solidariser les pignons 9, 1l, ou 12 en rotation avec leur arbre respectif. Les baladeurs S1, S2 et S3 sont ici des baladeurs à crabot, mais pourraient être par exemple remplacés par des systèmes dont le couple transmis est pilotable, par exemple par des systèmes à cône de friction. L'embrayage E est ici un embrayage multidisques à sec mais pourrait également être remplacé par un embrayage multidisques humide placé également à l'intérieur du rotor 4, ou pourrait être remplacé par un embrayage monodisque à sec interposé de préférence entre la machine électrique principale ME et la génératrice G. En outre, l'embrayage E et son système de pilotages sont conçus de manière à ce que l'état par défaut de l'embrayage E en absence de signal de commande lui parvenant (signal que l'on peut également appeler "actionnement") est ouvert, c'est-à-dire que l'embrayage ne transmet pas de couple. Ce choix est fait parce que la fréquence temporelle d'utilisation du moteur thermique est supposée a priori plus faible que la fréquence temporelle de roulage en mode tout électrique. On limite donc ainsi une consommation globale liée au pilotage de l'embrayage E. L'ensemble constitué par les pignons 9, 10, 11, 12 et les systèmes de couplage S1, S2, S3 représente un système réducteur 23 permettant de transmettre un couple de l'arbre primaire 8, à l'arbre secondaire 20. Le pignon 13 d'attaque du différentiel 22 ne fait pas à proprement parler du système réducteur 23. I1 peut être placé axialement à côté, aussi bien que face à, la machine électrique ME.
Comme illustré aux figures 1 à 4, grâce à la configuration décrite plus haut, on dispose de deux rapports de démultiplication, aussi bien pour une propulsion par la machine électrique principale ME seule, que pour une propulsion par le moteur thermique 2 seul. En outre, c'est le même groupe de pignons (9 et 11, ainsi que 10 et 12) qui permet d'assurer ces deux rapports de démultiplication, alternativement pour la machine électrique ME et pour le moteur thermique 2. Ainsi, sur la figure 1, l'embrayage E est ouvert et le système de couplage S2 est fermé, c'est-à-dire qu'il rend solidaire le pignon 11 de l'arbre secondaire 20. Le couple de rotation du rotor 6 de la machine électrique principale ME peut ainsi être transmis au travers du pignon 9 puis du pignon 11 et du baladeur S2 à l'arbre secondaire 20. La machine électrique ME entraîne alors l'arbre secondaire 20 avec le rapport court de démultiplication, le mode de propulsion du véhicule est uniquement électrique. La figure 2 illustre un autre mode de propulsion tout électrique du véhicule. L'embrayage E est ouvert, le système de couplage S2 est ouvert et les systèmes de couplage S1 et S3 sont fermés, solidarisant ainsi respectivement les pignons 9 et 12 de l'arbre primaire 8 et de l'arbre secondaire 20. Le couple développé par la machine électrique ME transite ainsi au travers du pignon 9 et du baladeur S1, de l'arbre primaire 8, du pignon 10 solidaire de l'arbre primaire 8, du pignon 12, du baladeur S3, pour être transmis à l'arbre secondaire 20. Le couple de la machine électrique ME est alors transmis à l'arbre secondaire 20 avec le rapport de démultiplication long. Sur la figure 3, on retrouve le système de motorisation des figures 1 et 2, l'embrayage E étant cette fois fermé, les systèmes de couplage S1 et S2 étant fermés, c'est-à-dire solidarisant respectivement les pignons 9 et 11 avec l'arbre primaire 8 et avec l'arbre secondaire 20, et le système de couplage S3 étant ouvert, c'est-à-dire laissant le pignon 12 libre en rotation autour de l'arbre secondaire 20. Dans cette configuration, le couple du moteur thermique 2 est transmis à l'arbre secondaire 20 avec le même rapport court de démultiplication que le couple de la machine électrique ME dans la configuration correspondant à la figure 1. La machine électrique ME peut fournir une puissance additionnelle à l'arbre secondaire si elle est alimentée en courant électrique. La machine électrique ME peut ainsi notamment fournir une puissance additionnelle lors d'un démarrage ou lors d'un roulage à faible vitesse du véhicule pour compenser le manque de couple du moteur thermique à bas régime. Si la machine électrique ME n'est pas alimentée en courant électrique, son rotor 6 tourne quand même avec le pignon 9 entraîné avec l'arbre primaire 8 par le moteur thermique 2.
Sur la figure 4, on retrouve le système de motorisation des figures 1 à 3, l'embrayage E étant fermé, ainsi que le système de couplage S3, qui solidarise en rotation le pignon 12 avec l'arbre secondaire 20. Les systèmes de couplage S1 et S2 sont cette fois ouverts. Dans cette configuration, le couple du moteur thermique 2 est transmis à l'arbre secondaire 20 avec le même rapport long de démultiplication que le couple de la machine électrique ME dans la configuration correspondant à la figure 1. La machine électrique ME peut fournir un supplément de puissance lors d'un tel roulage en mode thermique sur le rapport long, en fermant en outre le système de couplage S1. Si un tel supplément de couple électrique n'est pas requis, on laisse de préférence le système de couplage S1 ouvert, afin d'éviter des pertes, même minimes, engendrées par la rotation du pignon 9 et du rotor 6 de la machine électrique.
L'architecture proposée permet donc, avec une boîte de vitesses compacte comprenant seulement quatre pignons, d'offrir au moins une demi douzaine de modes de roulage différents, dont des modes de roulage tout électrique, tout thermique, ou mixte. Cette architecture permet également d'effectuer des changements de rapport sans rupture de couple, notamment entre deux modes de roulage tout électriques. Entre deux modes de roulages thermiques, l'estompage puis la reprise de transmission de couple peut être gérée au moyen de l'embrayage E. La figure 5 illustre les étapes successives d'un changement de rapport sans rupture de couple entre deux modes de propulsion 100% électriques du système de motorisation représenté sur les figures 1 à 4. Les courbes repérées sl, s2, s3, e désignent respectivement des courbes symbolisant, en fonction du temps « t », un état ouvert (0) ou fermé (F) des systèmes de couplage S1, S2, S3, et de l'embrayage E.
Les courbes repérées me et g représentent des vitesses de rotation de la machine électrique principale ME et de la machine électrique génératrice G, en fonction du même axe de temps « t ». Tel que représenté sur la figure 5, le système réducteur 23 se trouve initialement dans un état où le système de couplage S2 est fermé, les systèmes de couplage S1 et S3 étant ouverts, la machine électrique principale ME engrenant donc avec l'arbre secondaire 20 suivant le rapport court. Dans cet état initial, l'embrayage E est en outre ouvert, ce qui son état par défaut en absence de signal de commande. A un instant « ti », une unité de commande électronique (non représentée) commande la fermeture de l'embrayage E, solidarisant ainsi en rotation le rotor 4 de la génératrice G avec l'arbre primaire 8. A un instant « tz » succédant à « ti », la génératrice G est mise en rotation à une vitesse N2, telle que la vitesse de rotation du pignon 12, encore libre en rotation autour de l'arbre secondaire 20, soit sensiblement égale à la vitesse de rotation de l'arbre secondaire 20. Quand cette vitesse de rotation N2 est atteinte, à un instant « t3 » on ferme le système de couplage S3, c'est-à-dire qu'on solidarise, à l'aide du baladeur S3, le pignon fou 12 avec l'arbre secondaire 20.
L'arbre secondaire 20 est alors entraîné simultanément par la machine électrique principale ME et par la génératrice G. L'unité de commande électronique déclenche alors à un instant t4, le désengagement du système de couplage S2 d'avec le pignon fou 11. L'arbre secondaire 20 n'est alors plus entraîné en rotation que par la génératrice G. L'unité de commande électronique réduit alors la vitesse de la machine électrique ME pendant un intervalle de temps « ts » s'étendant entre l'instant t4 et un instant t6, pour amener la vitesse de rotation de la machine électrique ME à la vitesse de rotation correspondant à la vitesse de rotation de l'arbre primaire 8. L'unité de commande électronique déclenche ensuite à l'instant t6, la fermeture du système de couplage S1, solidarisant avec l'arbre primaire 8, le pignon 9 lié au rotor 6 de la machine électrique ME. L'unité de commande électronique cesse alors à un instant « t7 » d'actionner l'embrayage E, qui retourne à son état ouvert par défaut. Elle cesse également de commander l'alimentation électrique de la génératrice G, qui n'est plus entraînée que par son inertie mécanique, et dont la vitesse de rotation décroît progressivement vers zéro. Le système de motorisation décrit sur les figures 1 à 4 permet donc de rouler en mode uniquement électrique en ville, en adaptant non seulement le régime de la machine électrique ME mais également le rapport de démultiplication entre la machine électrique ME et le différentiel. I1 permet également d'effectuer des changements de rapport sans rupture de couple lors du roulage en mode tout électrique, sans nécessiter l'adjonction d'un autre embrayage pilotable en couple que l'embrayage E dédié au moteur thermique. Pour des roulages sur des grandes distances et des voies rapides, le système de motorisation décrit offre un mode de fonctionnement purement thermique avec un rapport long de démultiplication adapté à de tels modes de roulage. Des adaptations de puissance peuvent être obtenues en fournissant un couple supplémentaire à l'aide de la machine ME connectée alors sur le rapport court à l'aide du baladeur S2, ou connectée sur le rapport long à l'aide du baladeur S1.
Un mode de fonctionnement purement thermique est également possible en connectant le moteur thermique sur le rapport court à l'aide des baladeurs S1 et S2, en ouvrant le système de couplage S3. I1 est donc possible de circuler en mode uniquement thermique sur des routes de campagne tortueuses ou même en ville, si les limitations de l'autonomie électrique l'imposent. I1 est en effet plus intéressant du point de vue du rendement énergétique, et donc également du point de vue des émissions de CO2, d'entraîner les roues du véhicule directement par liaison mécanique avec un moteur thermique, que d'entraîner les roues à l'aide d'un moteur électrique alimenté par une génératrice branchée elle-même sur un moteur thermique. La figure 6 illustre un autre mode de réalisation d'un système de motorisation suivant l'invention. On retrouve sur la figure 6 des éléments communs aux figures 1 à 4, les mêmes éléments étant alors désignés par les mêmes références. On retrouve en particulier un moteur thermique 2 associé à une génératrice G disposés côte à côte avec une machine électrique ME et un embrayage E, l'embrayage E pouvant être, comme dans le mode de réalisation des figures 1 à 4, partiellement masqué dans la longueur de l'une des machines électriques ME ou G. Dans le mode de réalisation de la figure 6, l'arbre secondaire 20 porte trois pignons fixes 17, 18, 19. L'arbre primaire 8 porte un pignon fixe 16 engrenant avec le pignon fixe 17 selon un premier rapport dit « rapport long » défini par le rapport de nombre de dents du pignon 17 par le nombre de dents du pignon 16.
L'arbre primaire 8 lié en rotation au moteur thermique 2 est ici concentrique avec un arbre primaire extérieur 21, disposé autour d'une portion de l'arbre primaire 8, et solidaire en rotation du rotor 6 de la machine électrique principale ME. Autour de cet arbre primaire extérieur 21, sont disposés deux pignons fous 14 et 15 qui peuvent être solidarisés l'un ou l'autre en rotation avec l'arbre primaire extérieur 21 au moyen d'un baladeur S4. Le baladeur S4 présente également une position neutre dans laquelle les deux pignons 14 et 15 restent libres en rotation par rapport à l'arbre extérieur 21 qui les porte. Autour de l'arbre primaire 8, le pignon 15 (en réalité disposé au tour de l'arbre extérieur 21) est le plus proche de la machine électrique ME, suivi par le pignon 14 (également disposé autour de l'arbre extérieur 21), puis par le pignon 16, solidaire de l'arbre primaire 8. Sur l'arbre secondaire 20, le pignon 19 est le plus proche de la machine électrique ME, suivi par le pignon 18, puis par le pignon 17. Les nombres de dents des six pignons 16, 17, 18, 19, 14 et 15 sont choisis de manière à ce que l'on ait un premier rapport long du nombre de dents du pignon 16 par le nombre de dents du pignon 17, qui constitue un rapport long, et qui est de manière préférentielle, supérieur à un rapport intermédiaire défini par le rapport du nombre de dents du pignon 14 par le nombre de dents du pignon 18. Le rapport intermédiaire est à son tour supérieur à un rapport court défini par le rapport du nombre de dents du pignon 15 par le nombre de dents du pignon 19. On reste dans le cadre de l'invention si le rapport long dédié au moteur thermique 2 est inférieur ou égal au rapport intermédiaire dédié à la machine électrique principale ME, ou si les pignons 14 et 18 dédiés au rapport intermédiaire sont plus proches de la machine électrique ME que les pignons 15 et 19 dédiés au rapport court. Ce système de motorisation permet ainsi de bénéficier d'un rapport long en mode thermique seul, l'embrayage E étant alors fermé, et le baladeur S4 se trouvant en position intermédiaire où il n'est engagé ni avec le pignon 14 ni avec le pignon 15. Ce système de motorisation bénéficie de deux rapports de transmission pour des modes de propulsion uniquement électriques, où le couple est appliqué par la machine électrique principale ME, en couplant le baladeur S4 soit au pignon fou 14 pour obtenir un rapport de transmission intermédiaire, soit au pignon fou 15 pour obtenir un rapport de transmission court. Les pignons 18, 14 et 19, 15 correspondant au rapport de transmission intermédiaire et au rapport de transmission court, servent ici uniquement à transmettre un couple issu de la machine électrique principale ME, c'est-à-dire qu'ils ne servent pas à transmettre un couple issu du moteur thermique ou de la génératrice associée G. Les rapports de démultiplication choisis pour le rapport intermédiaire et pour le rapport court peuvent donc être choisis de manière optimisée par rapport à deux plages préférentielles de fonctionnement de la machine électrique ME. Dans le premier mode de réalisation décrit sur les figures 1 à 4, la valeur du rapport de transmission long et la valeur du rapport de transmission court, utilisables aussi bien par la machine électrique ME que par le moteur thermique 2, font l'objet d'un compromis entre, à chaque fois, une plage de fonctionnement qui sera une plage de fonctionnement préférentielle pour la machine électrique et une autre plage de fonctionnement qui sera une plage de fonctionnement préférentielle pour le moteur thermique. Un tel compromis n'est pas nécessaire dans le cadre du second mode de réalisation illustré sur la figure 6. I1 est donc possible d'utiliser une machine électrique ME ayant des plages de fonctionnement centrées sur des valeurs relativement quelconques : le choix des rapports qui en découle n'a pas de répercussion sur le rapport utilisé par le moteur thermique. I1 s'ensuit que l'on peut utiliser une machines électrique ME moins sophistiquée et moins coûteuse.
Dans ce mode de réalisation, on dispose du mode de propulsion purement thermique correspondant au rapport long, et de deux modes de propulsion électrique correspondant au rapport intermédiaire et au rapport court. On dispose également de modes mixtes de fonctionnement qui permettent soit d'apporter un supplément de couple électrique lors d'un roulage en mode thermique, soit d'effectuer sans rupture de couple le changement de vitesse du rapport intermédiaire au rapport court ou du rapport court au rapport intermédiaire. Pour effectuer un tel changement sans rupture de couple, on lance par exemple la génératrice à une vitesse correspondant à la vitesse de rotation de l'arbre primaire 8 tel qu'il était initialement entraîné par l'arbre secondaire 20, on ferme l'embrayage E, puis on désengage le baladeur S4 de sa position initiale On peut alors réduire ou augmenter légèrement la vitesse de rotation de la machine électrique principale ME afin qu'elle corresponde à la vitesse de rotation du second pignon avec lequel le baladeur S4 doit être engagé. On engage alors sans différentiel de vitesse le baladeur S4 avec le pignon correspondant au nouveau rapport sélectionné, et l'on ouvre l'embrayage E. On coupe ensuite l'alimentation de la génératrice G et on laisse la vitesse de rotation de la génératrice G ralentir du fait des frottements intrinsèques au moteur thermique. Ce second mode de réalisation est plus économique car il permet de d'utiliser une machine électrique principale ME présentant une plage de fonctionnement moins étendue, tout en disposant de deux rapports de démultiplication pour un fonctionnement en propulsion toute électrique, et d'un passage tout électrique sans rupture de couple entre ces deux rapports. L'objet de l'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et peut se décliner en de nombreuses variantes. I1 est par exemple possible d'utiliser un embrayage monodisque classique au lieu d'un embrayage multidisques inséré à l'intérieur de l'une des deux machines électriques. Cet embrayage monodisque classique est alors simplement disposé entre la machine électrique principale et le moteur thermique, ou entre la machine électrique principale et la génératrice, suivie elle-même du moteur thermique. La génératrice, qui dans les exemples de réalisation des figures 1 et 6, comporte un rotor directement solidaire du volant moteur du moteur thermique, pourrait être, pour des petits véhicules, remplacée par un alternateur disposé sur un axe séparé de l'arbre primaire 8 et relié par une courroie à un vilebrequin du moteur thermique. Dans ce cas, la génératrice ou l'alternateur pourrait se trouver du côté opposé au moteur thermique par rapport à la machine électrique principale ME. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 6, l'embrayage E se trouve à l'intérieur du rotor 4, son encombrement axial étant inférieur, ou sensiblement égal à, l'encombrement axial du rotor 4, et son diamètre étant inférieur ou égal à un diamètre intérieur du rotor. On a un recouvrement axial entre l'embrayage et le rotor 4: par exemple la longueur axiale de l'embrayage peut être masquée au moins aux trois quarts dans la longueur axiale du rotor. L'embrayage E, notamment s'il est placé à l'intérieur du rotor de la génératrice, peut être un embrayage multidisques à sec ou un embrayage multidisques humide, ce dernier étant plus plus onéreux à fabriquer et mettre en place mais plus résistant à l'usure. D'autres types d'embrayages peuvent être utilisés, par exemple un embrayage sec à diaphragme interposés entre la machine électrique principale ME et un élément lié au moteur thermique (génératrice ou volant moteur du moteur thermique), ou encore un embrayage à cône de friction. On donnera cependant la préférence à des embrayages pilotables en couple, afin de pouvoir effectuer des changements de rapport du moteur thermique, ou introduire le moteur thermique dans la chaîne de transmission, sans à-coup de couple.
I1 est également possible de masquer une partie de la longueur de l'embrayage E à l'intérieur de la machine électrique principale ME, par exemple à l'intérieur d'une zone centrale du rotor 6 , ou du stator 7, de la machine électrique ME.
Par ailleurs, cet embrayage E est conçu de manière à ce que sa position par défaut, c'est-à-dire en l'absence d'actionnement, soit la position ouverte, le moteur thermique 2 n'étant alors pas relié à l'arbre primaire 8. On limite ainsi une consommation énergétique liée à la commande de l'embrayage E, puisque celui-ci est destiné à rester une majorité du temps ouvert, le mode de fonctionnement électrique étant le plus utilisé en terme de durée. Le mode de fonctionnement thermique est, lui, réservé aux distances plus longues, mais finalement à des trajets de durée limitée par rapport aux trajets en ville.
On remarquera que les exemples de réalisation de la figure 1 et de la figure 6 permettent à la fois un passage sous couple dans des conditions de roulage 100% électriques, grâce à l'insertion dans la chaîne cinématique d'un couple fourni par la génératrice. Ces exemples de réalisation permettent également un passage sans rupture de couple entre un mode tout électrique et un mode thermique, grâce à l'embrayage pilotable en couple. Dans les deux modes de réalisation décrits, on obtient un encombrement axial réduit du système grâce à l'empilement, d'un même côté du système réducteur, du moteur thermique, de la machine électrique principale et de la génératrice. Avec un nombre relativement réduit de pignons (quatre pignons ou six pignons), on obtient deux rapports de transmission pour la propulsion par la machine électrique principale et un ou deux rapports de transmission pour le moteur thermique. Dans le premier mode de réalisation, on gagne encore en compacité en utilisant les mêmes pignons sur l'arbre secondaire pour transmettre deux rapports différents pour la machine électrique principale et également deux rapports différents pour le moteur thermique. L'encombrement radial est limité grâce à la disposition des pignons autour de deux axes de rotation, correspondant l'un à l'arbre secondaire, l'autre à l'arbre primaire et à l'arbre extérieur concentrique à l'arbre primaire. En plaçant le moteur thermique et la ou les machines électriques d'un même côté par rapport à la boîte de vitesses, on bénéficie de l'encombrement diamétral réduit de la boîte de vitesses à son extrémité correspondant aux rapports longs de vitesses. Ce système de motorisation est donc particulièrement adapté pour de véhicules petits ou moyens destinés à circuler régulièrement en ville, et à effectuer également des trajets nécessitant une autonomie supérieure à celle offerte par les batteries électriques existantes.
Liste des références 1 7 10 8 9, 10, 11, 12, 13, 14, 20 21 20 G g ME me 30 t, tl, t2, t3, t4, t6, t7 Système de motorisation Moteur thermique Volant moteur Rotor de la machine électrique génératrice G Stator de la machine électrique génératrice G Rotor de la machine électrique principale ME Stator de la machine électrique principale ME Arbre primaire 15, 16, 17, 18, 19 Pignons Arbre secondaire Arbre primaire extérieur entourant l'arbre primaire 8 Différentiel Système réducteur Embrayage Etat de l'embrayage E Etat fermé Machine électrique génératrice Vitesse de rotation de la machine électrique Machine électrique principale Vitesse de rotation de la machine électrique ME Vitesse de rotation (en tours/minute) Etat ouvert Baladeurs et système de couplage associé Etat du baladeur S1 Etat du baladeur S2 Etat du baladeur S3 Instants au cours d'un changement de rapport entre deux modes de fonctionnement tout électrique ts Intervalle de temps

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Système (1) de motorisation pour véhicule automobile comprenant : - un moteur thermique (2) à combustion interne apte à entraîner en rotation un arbre primaire (8) avec lequel il peut être accouplé ou désaccouplé par un embrayage (E), - une machine électrique principale (ME) disposée autour de l'arbre primaire (8), axialement placée du même côté que l'embrayage (E) par rapport au moteur thermique (2), -un système réducteur (23) apte à relier en rotation l'arbre primaire (8) et un arbre secondaire (20), comprenant un ensemble de pignons (9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19) et baladeurs (Sl, S2, S3, S4) disposés sur l'arbre primaire (8) ou sur l'arbre secondaire (20), le rotor (6) de la machine électrique étant lié en rotation à au moins un premier pignon (9) et/ou un premier baladeur (S4), et l'arbre primaire (8) étant lié en rotation à au moins un second pignon (10, 16) et/ou un second baladeur, caractérisé en ce que tous les pignons (9, 10, 1l, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19) se trouvent axialement d'un côté de la machine électrique (ME), et le moteur thermique (2) se trouve de l'autre côté de la machine électrique (ME).
  2. 2. Système de motorisation suivant la revendication 1, dans lequel le moteur thermique (2) est lié en rotation de manière permanente à une machine électrique génératrice (G) distincte de la machine électrique principale (ME).
  3. 3. Système de motorisation suivant la revendication 2, dans lequel l'embrayage (E), et le rotor (4) de la génératrice (G), se recouvrent sur une plage axiale commune.
  4. 4. Système de motorisation suivant la revendication 2, dans lequel la génératrice (G) est disposée d'un côté du moteur thermique (2), et dans lequel l'embrayage (E) et la machine électrique principale (ME) sont disposés de l'autre côté du moteur thermique (2).
  5. 5. Système de motorisation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel le système réducteur (23) peut être placé dansdeux configurations (fig. 1, fig.2) permettant chacune au rotor (6) de la machine électrique principale (ME) d'engrener avec l'arbre secondaire (20) avec un rapport de réduction différent du rapport de l'autre configuration.
  6. 6. Système de motorisation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel le système réducteur (23) comprend exactement deux pignons (11,12) sur l'arbre secondaire (20), chacun des pignons (11, 12) de l'arbre secondaire (20) étant apte, suivant les configurations du réducteur (23), à transmettre successivement un couple issu du moteur thermique (2) et un couple issu de la machine électrique principale (ME).
  7. 7. Système de motorisation suivant l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le système réducteur (23) comporte quatre pignons (9, 10, 11, 12) et trois baladeurs (S1, S2, S3), soit un pignon (10) fixe solidaire de l'arbre primaire (8), un pignon fixe (9) solidaire du rotor (6) de la machine électrique principale et apte à être solidarisé avec l'arbre primaire (8) par un premier baladeur (SU, et deux pignons fous (11, 12) sur l'arbre secondaire (20) aptes à être solidarisés indépendamment l'un de l'autre avec l'arbre secondaire (20), par un second (S2) et par un troisième (S3) baladeur.
  8. 8. Système de motorisation suivant l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le système réducteur (23) comporte six pignons (14, 15, 16, 17, 18, 19) dont un pignon fixe (16) sur un premier arbre primaire (8) lié à l'embrayage (E), deux pignons fous (14, 15) sur un arbre primaire extérieur (21) entourant le premier arbre primaire (8) et lié en rotation au rotor (6) de la machine électrique principale (ME), trois pignons fixes (17, 18, 19) sur l'arbre secondaire, et un baladeur (S4) sur l'arbre primaire extérieur (21), apte à solidariser alternativement chacun des pignons fous (14, 15) avec l'arbre primaire extérieur (21).
  9. 9. Système de motorisation suivant les revendications 2 à 8, comprenant une unité de contrôle électronique configurée, lors d'un changement de rapport entre deux modes de fonctionnement où l'arbre secondaire (20) est en prise avec la seule machine électrique principale (ME), pour limiter les ruptures de couples en appliquantpendant une phase transitoire un couple engendré par la génératrice (G).
  10. 10. Système de motorisation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel l'embrayage (E) est construit de manière de manière à se positionner dans un état débrayé en absence de commande d' actionnement.
  11. 11. Système de motorisation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel l'embrayage (E) un embrayage pilotable en force, de type embrayage sec monodisque, embrayage sec multidisques, embrayage humide multidisques, ou embrayage à cône de friction.
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