FR2967619A1

FR2967619A1 - Hybrid vehicle, has two planetary gear sets including low speed and high speed gear trains, where gear trains are alternately coupled and decoupled when electric generator speed equalizes speed of driving shaft

Info

Publication number: FR2967619A1
Application number: FR1004546A
Authority: FR
Inventors: Denis Ernest Celestin Buffet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2012-05-25
Anticipated expiration: 2030-11-23
Also published as: FR2967620A1; FR2967620B1; FR2967619B1

Abstract

The vehicle has two planetary gear sets including a dedicated low speed gear train (4) and a dedicated high speed gear train (5). The gear trains are driven in parallel by an internal combustion engine (1) and an electric motor (2), where the gear trains are alternately coupled through a clutch (7) to an electric generator (3), and the gear trains are parallel to a bridge (6) coupled to wheels (9) of the vehicle. The gear trains of the planetary gear sets are alternately coupled and decoupled when the generator speed equalizes the speed of a driving shaft.

Description

L'invention concerne l'amélioration des véhicules hybrides, c'est-à-dire des véhicules associant une propulsion électrique à une propulsion thermique, quand la double propulsion a pour finalité l'augmentation de l'efficacité énergétique. Elle concerne plus particulièrement les véhicules construits autour de trains d'engrenages épicycloïdaux. The invention relates to the improvement of hybrid vehicles, that is to say vehicles associating an electric propulsion with a thermal propulsion, when the double propulsion is for the purpose of increasing the energy efficiency. It relates more particularly to vehicles built around epicyclic gear trains.

L'amélioration du rendement des véhicules hybrides actuels repose sur trois idées directrices, à savoir : - faire fonctionner le moteur thermique à un couple et à une vitesse optimums 10 pour son rendement, - récupérer l'énergie cinétique du véhicule pendant les décélérations, - arrêter le moteur thermique pendant les immobilisations. La première idée directrice est fondée sur l'observation des courbes d'iso rendement 15 d'un moteur thermique qui montrent un meilleur rendement à couple élevé et à vitesse lente pour une même puissance. L'insertion, dans la chaine de transmission, d'un train d'engrenages épicycloïdal associé à un moyen d'importer ou d'exporter de l'énergie électrique, permet d'ajuster le point de fonctionnement en couple, vitesse et puissance pour rester dans une zone de rendement optimal. Le dispositif selon l'invention fait appel 20 à cette technique connue, mais comme nous le verrons, il en tire un bien meilleur parti. En effet, dans les véhicules hybrides classiques, une grosse partie de l'énergie mécanique est transformée en énergie électrique par une génératrice couplée à la chaine de transmission, puis stockée dans une batterie. Elle est ensuite restituée et retransformée 25 en énergie mécanique d'entrainement par un moteur électrique, lui aussi couplé à la chaîne de transmission, en fonction des besoins en puissance du véhicule. Ces transformations énergétiques successives ont un rendement propre d'environ 80% pour les meilleurs équipements et à condition qu'ils fonctionnent à des vitesses adéquates, c'est-à-dire suffisantes. Ce rendement affecte, bien entendu, le rendement global du 30 véhicule. Alors que le meilleur rendement d'un moteur thermique est de 35%, le rendement d'un véhicule hybride plafonne à 25%, celui d'un véhicule classique à 15%. En général, la puissance de la génératrice, du moteur électrique et du moteur thermique sont du même ordre de grandeur. En conséquence, l'essentiel de l'énergie est transformée en énergie électrique et est donc dégradée par les rendements des transformations successives. Nous verrons comment le dispositif selon l'invention minimise la quantité d'énergie transformée et surtout stockée dans la batterie. The improvement of the efficiency of the current hybrid vehicles is based on three guiding ideas, namely: operating the heat engine at optimum torque and speed for its efficiency; recovering the kinetic energy of the vehicle during the decelerations; shut down the engine during downtime. The first guiding idea is based on the observation of the iso-efficiency curves of a heat engine which show better performance at high torque and slow speed for the same power. The insertion, in the transmission chain, of an epicyclic gear train associated with a means of importing or exporting electrical energy makes it possible to adjust the operating point in terms of torque, speed and power for stay in an area of optimal performance. The device according to the invention makes use of this known technique, but as we shall see, it makes a much better use of it. Indeed, in conventional hybrid vehicles, a large part of the mechanical energy is converted into electrical energy by a generator coupled to the transmission chain and stored in a battery. It is then restored and retransformed into mechanical drive energy by an electric motor, also coupled to the transmission chain, depending on the power requirements of the vehicle. These successive energy transformations have a clean efficiency of about 80% for the best equipment and provided that they operate at adequate speeds, that is to say sufficient. This yield, of course, affects the overall efficiency of the vehicle. While the best efficiency of a combustion engine is 35%, the efficiency of a hybrid vehicle is 25%, that of a conventional vehicle at 15%. In general, the power of the generator, the electric motor and the engine are of the same order of magnitude. As a result, most of the energy is transformed into electrical energy and is therefore degraded by the yields of the successive transformations. We will see how the device according to the invention minimizes the amount of energy transformed and especially stored in the battery.

La formule de Willis appliquée au train épicycloïdal montre que la vitesse de l'arbre de sortie est une fonction de la vitesse de l'arbre pilote soit le troisième arbre du train, et ce pour une vitesse de l'arbre d'entrée donnée. Cette fonction est représentée graphiquement par une droite ayant pour coefficient directeur, donc pour inclinaison, la raison du train. C'est la caractéristique du train. Au démarrage du véhicule, le moteur électrique fournit toute la puissance motrice. Pour avoir le maximum de couple, la caractéristique doit être la plus horizontale possible, l'horizontale étant la direction de l'axe des vitesses de l'arbre pilote. C'est important car le couple au démarrage dimensionne la puissance de toute l'installation électrique. A l'opposé, la caractéristique doit être la plus verticale possible pour atteindre les vitesses élevées, la verticale étant la direction de l'axe des vitesses de l'arbre de sortie. Ces deux critères sont contradictoires et en général conduisent à un compromis préjudiciable au rendement et à la puissance des équipements électriques. Nous verrons comment le dispositif selon l'invention contourne ce compromis. The Willis formula applied to the epicyclic gear train shows that the speed of the output shaft is a function of the speed of the pilot shaft, ie the third shaft of the train, for a given input shaft speed. This function is represented graphically by a straight line having, for steepness, the reason for the train. This is the characteristic of the train. When starting the vehicle, the electric motor provides all the motive power. To have the maximum torque, the characteristic must be as horizontal as possible, the horizontal being the direction of the axis of the speeds of the pilot shaft. This is important because the starting torque sizes the power of the entire electrical installation. On the other hand, the characteristic must be as vertical as possible to reach the high speeds, the vertical being the direction of the axis of the speeds of the output shaft. These two criteria are contradictory and generally lead to a compromise detrimental to the performance and power of electrical equipment. We will see how the device according to the invention bypasses this compromise.

Pour atteindre les vitesses élevées, les véhicules hybrides actuels doivent étendre le domaine utile de la caractéristique au domaine inversant le sens de rotation de l'arbre pilote. Cette inversion intervient dans la zone des vitesses usuelles sur autoroute alors que les besoins de puissance sont importants et que les rendements sont médiocres autour du point d'inversion. Nous verrons pourquoi, le véhicule selon l'invention, n'a pas à inverser le sens de rotation de l'arbre pilote pour atteindre ces vitesses. Les véhicules hybrides actuels doivent augmenter leur autonomie électrique et fournir des compléments de puissance à vitesse élevée. Par nécessité, les stockages d'électricité sont massifs et à longs termes, d'où d'importantes batteries. Par ailleurs, le moteur électrique en aval du train épicycloïdal ne permet pas le rééquilibrage d'un déficit de puissance motrice à l'aide du moteur thermique en amont du train, donc avant la régulation de la force motrice du véhicule. La régulation en est complexe. Nous verrons pourquoi, le véhicule selon l'invention n'a pas ces difficultés. To reach the high speeds, the current hybrid vehicles must extend the useful range of the characteristic to the domain reversing the direction of rotation of the pilot shaft. This inversion occurs in the area of usual speeds on the highway while the power requirements are important and the yields are poor around the point of inversion. We will see why the vehicle according to the invention does not have to reverse the direction of rotation of the pilot shaft to reach these speeds. Current hybrid vehicles need to increase their electric range and provide extra power at high speeds. By necessity, the storage of electricity is massive and long-term, hence large batteries. Furthermore, the electric motor downstream of the epicyclic train does not allow the rebalancing of a power deficit with the aid of the engine upstream of the train, so before the regulation of the driving force of the vehicle. The regulation is complex. We will see why, the vehicle according to the invention does not have these difficulties.

Le véhicule hybride selon l'invention palie à ces inconvénients : - en utilisant alternativement deux trains d'engrenages épicycloïdaux de raisons différentes, l'une adaptée aux basses vitesses, l'autre aux hautes vitesses du véhicule. Bien entendu, nous verrons comment le dispositif passe de l'un à l'autre en continu et en douceur. - par une architecture spécifique de sa transmission de puissance qui se caractérise par un moteur thermique et un moteur électrique entrainant en parallèle les deux trains d'engrenages épicycloïdaux, eux-mêmes entrainant en parallèle le pont et dont les arbres pilotes sont alternativement couplés à une génératrice électrique. - par une gestion originale de l'énergie électrique produite par la génératrice dont l'essentiel, moins la consommation des auxiliaires, est immédiatement consommée dans le moteur électrique, alors que l'énergie électrique récupérée de l'énergie cinétique du véhicule est consommée dans l'accélération suivante. Pour décrire plus en détail la transmission du véhicule selon l'invention, son architecture présente un train épicycloïdal dédié aux faibles vitesses du véhicule avec une raison comprise entre-0,1 et -0,5 et un train épicycloïdal dédié aux vitesses élevées du véhicule avec une raison comprise entre-0,5 et -0,9. La raison étant le rapport du produit du nombre de dents des roues menantes et du produit des nombres de dents des roues menées, avec le signe + si le nombre d'engrènements extérieurs est pair et - dans le cas contraire ; le planétaire de l'arbre pilote étant, par convention dans notre cas, la première roue. Ces deux trains sont entraînés en parallèle à la fois par le moteur thermique et à la fois par le moteur électrique. Les deux trains entraînent eux-mêmes le pont en parallèle. Le pont transfert le mouvement aux roues, grâce à un différentiel, de la même façon que sur un véhicule classique. Les deux arbres pilotes des deux trains épicycloïdaux sont alternativement couplés et découplés à la génératrice électrique par l'intermédiaire d'un embrayage de type électromécanique à disques multiples, de conception classique. Il a la particularité de faire la permutation quand la vitesse de la génératrice égale la vitesse de l'arbre moteur. En effet, pour cette vitesse, toutes les caractéristiques des trains épicycloïdaux passent par ce point singulier, quelle que soit leur raison, et les vitesses des arbres pilotes sont donc égales. Il est alors facile de les coupler et découpler, sans à-coup et en continu. Des réducteurs / multiplicateurs assurent par ailleurs la compatibilité des vitesses du moteur électrique et du pont. The hybrid vehicle according to the invention overcomes these drawbacks: - alternatively using two gear trains epicyclic different reasons, one adapted to low speeds, the other at high speeds of the vehicle. Of course, we will see how the device passes from one to the other continuously and smoothly. by a specific architecture of its power transmission which is characterized by a heat engine and an electric motor driving in parallel the two epicyclic gear trains, themselves driving in parallel the bridge and whose pilot shafts are alternately coupled to a electric generator. - by an original management of the electrical energy produced by the generator whose essential, minus the consumption of auxiliaries, is immediately consumed in the electric motor, while the electrical energy recovered from the kinetic energy of the vehicle is consumed in the next acceleration. To describe in more detail the transmission of the vehicle according to the invention, its architecture has an epicyclic gear train dedicated to low vehicle speeds with a reason between -0.1 and -0.5 and a planetary gear train dedicated to the high speeds of the vehicle with a reason ranging from -0.5 to -0.9. The reason being the ratio of the product of the number of teeth of the driving wheels and the product of the numbers of teeth of the driven wheels, with the sign + if the number of external meshes is even and - in the opposite case; the sun gear of the pilot shaft being, by convention in our case, the first wheel. These two trains are driven in parallel both by the engine and by both the electric motor. The two trains train the bridge in parallel. The bridge transfers the movement to the wheels, thanks to a differential, in the same way as on a conventional vehicle. The two pilot shafts of the two planetary gear trains are alternately coupled and decoupled from the electric generator by means of an electromechanical clutch with multiple disks, of conventional design. It has the distinction of making the permutation when the speed of the generator equals the speed of the motor shaft. Indeed, for this speed, all the characteristics of the planetary gear trains pass through this singular point, whatever their reason, and the speeds of the pilot shafts are therefore equal. It is then easy to couple and decouple, smoothly and continuously. Reducers / multipliers also ensure the compatibility of the speeds of the electric motor and the bridge.

Pour minimiser la capacité batterie, son rôle se limite à stocker l'énergie des utilités : éclairage, démarrage, etc... comme sur un véhicule classique et à mettre à disposition une réserve de capacité équivalente à l'énergie cinétique du véhicule à sa vitesse maximale d'utilisation. Compte tenu de son caractère de réserve temporaire, quelques minutes, cette dernière peut d'ailleurs être avantageusement remplacée par un condensateur électrique. Cette capacité limitée va de pair avec une gestion rigoureuse de l'énergie électrique produite par la génératrice dont l'essentiel, moins la consommation des auxiliaires, est immédiatement consommée dans le moteur électrique, alors que l'énergie électrique récupérée de l'énergie cinétique du véhicule est consommée dans l'accélération suivante. L'idée n'est pas de stocker de l'énergie pour palier à des déficits de puissance aux vitesses élevées. La plupart des véhicules hybrides économisent l'énergie en pratiquant le « stop and go », c'est-à-dire, l'arrêt du moteur thermique pendant les immobilisations du véhicule. Le véhicule selon l'invention dispose déjà, avec le moteur électrique constamment en prise, de tous les moyens pour redémarrer le moteur thermique. II suffit donc de prévoir cette fonction au niveau de son contrôle-commande. Au niveau du fonctionnement, la vitesse du véhicule est contrôlée par l'accélérateur qui agit sur le courant donc sur le couple résistant de la génératrice et par voie de conséquence sur le couple transmis aux roues en vertu de la proportionnalité des couples sur les trains épicycloïdaux. Le courant produit par la génératrice, minoré de la consommation des auxiliaires, est immédiatement consommé par le moteur électrique qui vient soulager le moteur thermique. C'est le moteur thermique qui s'adapte avec un décalage dans le temps. Comme le moteur électrique est monté en amont du train épicycloïdal, le couple du moteur thermique vient s'ajouter au couple du moteur électrique de manière à ce que le couple résultant reste proportionnel au couple régulé de la génératrice. La régulation est relativement simple par rapport à celle où le moteur électrique est monté en aval du train. Lors d'une accélération, la puissance délivrée par le moteur thermique augmente en même temps que le transfert d'énergie électrique entre la génératrice et le moteur électrique. Ce n'est que dans un second temps, quand la vitesse est stabilisée, que la régulation du moteur thermique recherche la meilleure combinaison couple-vitesse au regard du rendement. Bien entendu, le choix entre le train dédié aux vitesses faibles et le train dédié aux vitesses élevées est automatique en fonction de la vitesse du moteur et du véhicule. En décélération douce, tant qu'il n'y a pas inversion du couple sur les roues, le fonctionnement ci-dessus reste identique. En cas de décélération rapide, tous les couples s'inversent mais pas les sens de rotation. Le moteur électrique fonctionne en génératrice, la génératrice en moteur et le moteur thermique oppose son couple antagoniste. La pédale de frein prend alors le contrôle du couple moteur de la génératrice donc du couple de ralentissement sur les roues. Les freins mécaniques prendront progressivement le relais en fonction de l'enfoncement de la pédale. En décélération, ce n'est que quand le moteur thermique se rapproche de son couple minimal que l'excès d'énergie électrique provenant en fait de la récupération de l'énergie cinétique du véhicule est dirigé vers la batterie. La batterie a une capacité limitée pour stocker l'excès d'énergie. Quand cette dernière est pleine, cas des longues décentes, l'énergie électrique est dirigée vers une résistance blindée immergée dans le liquide de refroidissement du moteur thermique pour profiter d'un système existant quand ce dernier est disponible et peu sollicité. Ce système est un véritable ralentisseur électrique qui peut, d'ailleurs être installé sur la plupart des véhicules hybrides. Il a pour avantage de se substituer au frein moteur et de permettre d'utiliser des moteurs thermiques à très faible couple antagoniste, ce qui est très favorable à une baisse de la consommation de carburant. To minimize the battery capacity, its role is limited to storing the energy of the utilities: lighting, starting, etc ... as on a conventional vehicle and to provide a reserve of capacity equivalent to the kinetic energy of the vehicle at its disposal. maximum speed of use. Given its temporary reserve character, a few minutes, the latter can also be advantageously replaced by an electric capacitor. This limited capacity goes hand in hand with a rigorous management of the electrical energy produced by the generator, the bulk of which, less the consumption of auxiliaries, is immediately consumed in the electric motor, while the electrical energy recovered from the kinetic energy of the vehicle is consumed in the next acceleration. The idea is not to store energy to compensate for power deficits at high speeds. Most hybrid vehicles save energy by practicing "stop and go", that is to say, stopping the engine during the immobilization of the vehicle. The vehicle according to the invention already has, with the electric motor constantly engaged, all means to restart the engine. It is therefore sufficient to provide this function at the level of its control-command. In terms of operation, the speed of the vehicle is controlled by the accelerator which acts on the current and therefore on the resisting torque of the generator and consequently on the torque transmitted to the wheels by virtue of the proportionality of the torques on the epicyclic gear trains. . The current produced by the generator, minus the consumption of auxiliaries, is immediately consumed by the electric motor that relieves the engine. It is the heat engine that adapts with a shift in time. As the electric motor is mounted upstream of the epicyclic train, the torque of the engine is added to the torque of the electric motor so that the resulting torque remains proportional to the regulated torque of the generator. The regulation is relatively simple compared to that where the electric motor is mounted downstream of the train. During an acceleration, the power delivered by the heat engine increases at the same time as the transfer of electrical energy between the generator and the electric motor. It is only in a second time, when the speed is stabilized, that the regulation of the engine seeks the best torque-speed combination with regard to efficiency. Of course, the choice between the train dedicated to low speeds and the train dedicated to high speeds is automatic depending on the speed of the engine and the vehicle. In soft deceleration, as long as there is no reverse torque on the wheels, the above operation remains the same. In the event of rapid deceleration, all the torques reverse but not the directions of rotation. The electric motor operates as a generator, the generator in motor and the engine opposes its opposing torque. The brake pedal then takes control of the engine torque of the generator and the slowdown torque on the wheels. The mechanical brakes will gradually take over depending on the depression of the pedal. In deceleration, it is only when the engine is approaching its minimum torque that the excess electrical energy actually coming from the recovery of the kinetic energy of the vehicle is directed towards the battery. The battery has a limited capacity to store excess energy. When the latter is full, case of long decent, the electrical energy is directed to a shielded resistor immersed in the coolant of the engine to take advantage of an existing system when the latter is available and little demand. This system is a true electric retarder that can be installed on most hybrid vehicles. It has the advantage of replacing the engine brake and allow the use of thermal engines with very low torque antagonist, which is very favorable to a decrease in fuel consumption.

Dès la première ré-accélération, l'accélérateur reprend le contrôle du couple de la génératrice. L'énergie accumulée dans la batterie est consommée en priorité dans le moteur électrique de manière à laisser de la capacité pour la prochaine décélération, tout en conservant, bien sûr, un minimum pour les utilités. Toute cette stratégie minimise les quantités d'électricité en jeu, donc minimise les quantités d'énergie mécanique au rendement dégradé par les transformations successives. From the first re-acceleration, the accelerator regains control of the generator torque. The energy accumulated in the battery is consumed in priority in the electric motor so as to leave capacity for the next deceleration, while maintaining, of course, a minimum for utilities. This whole strategy minimizes the quantities of electricity involved, thus minimizing the quantities of mechanical energy at the performance degraded by the successive transformations.

La génératrice n'a pas à changer de sens de rotation pour atteindre des vitesses élevées normales sur autoroute, du fait de la caractéristique adaptée du train épicycloïdal «hautes vitesses». Au-dessus de la vitesse autorisée sur autoroute, si la vitesse du moteur thermique du moment ne le permet pas, la génératrice passe en régulation de couple à vitesse constante faible pendant que le moteur thermique accélère. Au démarrage l'adaptation du train «basses vitesses» permet d'améliorer le couple fournit par le moteur électrique et par conséquence d'en diminuer la puissance ainsi que celle de toute l'installation électrique. The generator does not have to change direction of rotation to reach normal high speeds on the highway, because of the adapted characteristic of the "high speed" epicyclic gear train. Above the permitted highway speed, if the speed of the current heat engine does not permit, the generator switches to low constant speed torque control while the engine is accelerating. At startup the adaptation of the train "low speeds" improves the torque provided by the electric motor and consequently reduce the power and that of the entire electrical installation.

Un variateur-convertisseur électronique assure non seulement les transferts d'énergie électrique mais aussi le contrôle-commande et la protection des équipements selon des technologies connues. Alors que les véhicules hybrides classiques utilisent des équipements bidirectionnels réversibles, c'est-à-dire avec changement des sens de rotation et de couple, un variateur-convertisseur unidirectionnel réversible suffit dans notre cas. A noter aussi que le moteur électrique, ainsi couplé en amont sur la transmission, fonctionne sur une plage de vitesses particulièrement favorable au transfert d'énergie, ce qui n'est pas le cas des montages avals. An electronic converter-converter ensures not only the electrical energy transfers but also the control-command and the protection of the equipment according to known technologies. While conventional hybrid vehicles use reversible bidirectional equipment, that is to say with a change of direction of rotation and torque, a reversible unidirectional converter-converter is sufficient in our case. It should also be noted that the electric motor, thus coupled upstream on the transmission, operates over a range of speeds particularly favorable to the transfer of energy, which is not the case for downstream mounting.

Le véhicule hybride selon l'invention apporte par rapport aux véhicules hybrides connus les avantages suivants : une meilleure adaptation du train épicycloïdal, des batteries de capacité plus faible, pas d'inversion du sens de rotation du moteur et de la génératrice, l'utilisation de variateur-convertisseur unidirectionnel, des équipements électriques plus compactes et plus économiques, et enfin plus de souplesse au niveau du choix couple- vitesse du moteur thermique. Le véhicule selon l'invention offre une possibilité spécifique. Comme nous l'avons vu, hormis l'énergie destinée aux utilités, l'idée n'est pas de stocker l'énergie électrique excédentaire sur le long terme. Dans ces conditions la batterie reste d'ailleurs de taille modeste et faiblement sollicitée aux cycles alternés de charge et décharge très préjudiciables à sa durée de vie. Cependant le véhicule peut être équipé d'une batterie volontairement surdimensionnée ou d'une seconde batterie. Cette batterie ou capacité S disponible reste toujours rechargeable à bon compte sur le réseau électrique national car, contrairement aux véhicules hybrides classiques, elle n'est pas rechargée dans le fonctionnement de base du véhicule, donc elle n'est pas rechargée à partir de son carburant. Ce complément d'énergie économique se substitue à du carburant relativement cher et polluant. Une augmentation de puissance du moteur électrique n'est 10 même pas nécessaire car, en dehors des démarrages et des petites vitesses, il n'est pas utilisé à pleine puissance. Il y a là, d'importantes économies de carburant possibles sans changer la base du véhicule. En résumé le véhicule selon l'invention peut disposer d'une réserve de capacité batterie dédiée à la recharge sur le réseau électrique national pour apporter au véhicule un complément d'énergie qui se substitue à son carburant. 15 La construction permet de regrouper les deux trains d'engrenages épicycloïdaux dans un même carter avec des simplifications : - les deux trains peuvent être montés concentriques avec un porte satellite commun entrainé par le moteur thermique, 20 - les deux trains d'engrenages épicycloïdaux peuvent avoir une couronne commune pour entrainer le différentiel du pont, - les trains de raison négative, peuvent être réalisés dans une même tranche d'engrenages. Cependant pour des raisons comprises entre -0,7 et -0,9, il n'est plus possible d'insérer les satellites entre la couronne et le planétaire. Dans ce cas, 25 le train est construit sur deux tranches d'engrenages, - le différentiel et le multiplicateur du moteur électrique peuvent être montés dans le même carter, Tous les satellites sont, au minimum, doublés par leur symétrique pour améliorer l'équilibrage dynamique et la résistance mécanique. Pour simplifier l'exposé, «le satellite» 30 signifie «le satellite et son symétrique ou ses homologues». Un premier train d'engrenages peut être éventuellement inséré entre le moteur thermique et le premier train épicycloïdal pour en réduire la vitesse. The hybrid vehicle according to the invention provides compared to known hybrid vehicles the following advantages: a better adaptation of the epicyclic gear train, batteries of lower capacity, no reversal of the direction of rotation of the engine and the generator, the use unidirectional converter-converter, more compact and economical electrical equipment, and finally more flexibility in the choice of torque-speed of the engine. The vehicle according to the invention offers a specific possibility. As we have seen, apart from energy for utilities, the idea is not to store excess electrical energy in the long run. Under these conditions, the battery remains of modest size and weakly solicited alternating cycles of charge and discharge very detrimental to its life. However, the vehicle may be equipped with a voluntarily oversized battery or a second battery. This battery or available S capacity is always rechargeable inexpensively on the national power grid because, unlike conventional hybrid vehicles, it is not recharged in the basic operation of the vehicle, so it is not recharged from its fuel. This additional economic energy replaces the relatively expensive and polluting fuel. A power increase of the electric motor is not even necessary since, apart from starts and small speeds, it is not used at full power. There are significant fuel savings possible without changing the base of the vehicle. In summary, the vehicle according to the invention can have a battery capacity reserve dedicated to charging on the national power grid to provide the vehicle with additional energy that replaces its fuel. The construction makes it possible to group the two epicyclic gear trains in one and the same housing with simplifications: the two trains can be mounted concentrically with a common satellite carrier driven by the heat engine, the two epicyclic gear trains can have a common crown to drive the differential of the bridge, - the trains of negative reason, can be made in the same slot of gears. However for reasons between -0.7 and -0.9, it is no longer possible to insert the satellites between the ring gear and the sun gear. In this case, the train is built on two gear slots, - the differential and the multiplier of the electric motor can be mounted in the same housing, All the satellites are, at least, doubled by their symmetrical to improve the balancing dynamic and mechanical strength. To simplify the presentation, "satellite" 30 means "the satellite and its symmetrical or its counterparts". A first gear train may optionally be inserted between the heat engine and the first epicyclic gear to reduce the speed.

Les transmissions entre les trains épicycloïdaux et le moteur électrique et entre les trains épicycloïdaux et le pont peuvent être de plusieurs types : engrenages, chaînes, courroies, arbres etc... The transmissions between the planetary gear trains and the electric motor and between the epicyclic gear trains and the bridge can be of several types: gears, chains, belts, shafts, etc.

A titre d'exemple non limitatif, pour illustrer le véhicule selon l'invention, nous avons choisi : - Masse du véhicule : 1000 Kg, - Moteur thermique : 100 KW à 3000 tr/mn, 1000-6000 tr/mn, - Moteur électrique et génératrice : 100 KW, 0- 12 000 tr/mn - Développé de roue : 1,75 m - Engrenages : N1=57,N2=46,N3=23,N4=70,N5=116,N6=149,N7=100,N8=125,N9=150,N10=26,N1 1=110,N12=55 Dans ces conditions : - Batterie : 50 Ah pour utilités + 150 Ah pour l'énergie cinétique - Raison du train basses vitesses : -0,38 - Raison du train hautes vitesses : -0,6 - Rapport de pont : 0,26 - Rapport moteur électrique : 2 - A 130 km/h, moteur à 3000 tr/mn, le couple sur les roues égale -2,4 fois le couple du moteur thermique, soit une poussée maxi de 2800 N. - A 0 Km/h le couple sur les roues égale -2,78 fois le couple du moteur électrique, soit une poussée maxi de 900 N. - A 80 km/h moteur à 3000 tr/mn le couple sur les roues égale -3,8 fois le couple du moteur thermique, soit une poussée maxi de 4400 N. - Les diagrammes des vitesses et des puissances disponibles sont donnés en figure 3. FIGURE 1 : La figure 1 représente graphiquement les courbes typiques d'iso rendement d'un moteur thermique afin d'illustrer l'idée directrice permettant d'expliquer l'amélioration du rendement dans un véhicule hybride. En effet, l'import et l'export d'énergie électrique permettent de déplacer le couple et la vitesse du moteur thermique, d'une zone à bas rendement « classique » vers une zone « cible » à bon rendement. FIGURE 2 : La figure 2 schématise l'architecture à deux trains d'engrenages épicycloïdaux (4) et (5) du véhicule hybride selon l'invention. Le moteur thermique (1) et le moteur électrique (2) entrainent en parallèle les deux trains épicycloïdaux qui eux-mêmes entrainent en parallèle le pont (6) couplé aux roues (9) par l'intermédiaire d'un différentiel i. Les arbres pilotes des deux trains épicycloïdaux sont alternativement couplés à une génératrice (3) grâce à un embrayage- débrayage (7). Des réducteurs h et k assurent la compatibilité des vitesses sur la transmission. FIGURE 3 : La figure 3 dans sa partie supérieure, représente la caractéristique vitesse du véhicule en fonction de la vitesse de la génératrice pour une vitesse moteur de 3000 tr /mn. Le segment GA est la caractéristique du train épicycloïdal basses vitesses de raison 0,38, le segment GC est la caractéristique du train épicycloïdal hautes vitesses de raison 0,6, le segment CD est la caractéristique quand la génératrice régule le couple à vitesse constante faible, le segment AB correspond à la marche arrière quand la génératrice dépasse 10890 tr/mn. La figure 3, dans sa partie inférieure, représente le pourcentage de la puissance motrice convertie en électricité pour la haute et la basse vitesse et ce pour une vitesse moteur de 3000 tr /mn. A remarquer qu'à la transition hautes et basses vitesses, soit 80 Km/h pour une vitesse moteur de 3000 tr /mn, seulement 37% de l'énergie motrice est transformée en électricité. Le bas de la Figure 3 donne aussi une idée de la puissance disponible au niveau des roues. By way of non-limiting example, to illustrate the vehicle according to the invention, we have chosen: - Weight of the vehicle: 1000 Kg, - Thermal engine: 100 KW at 3000 rpm, 1000-6000 rpm, - Engine electric and generator: 100 KW, 0-12,000 rpm - Wheel developed: 1.75 m - Gears: N1 = 57, N2 = 46, N3 = 23, N4 = 70, N5 = 116, N6 = 149, N7 = 100, N8 = 125, N9 = 150, N10 = 26, N1 = 110, N12 = 55 Under these conditions: - Battery: 50 Ah for utilities + 150 Ah for kinetic energy - Reason for low speed train: -0.38 - Reason for the high-speed train: -0.6 - Bridge ratio: 0.26 - Electric engine ratio: 2 - At 130 km / h, engine at 3000 rpm, the torque on the wheels equals - 2.4 times the torque of the engine, a maximum thrust of 2800 N. - At 0 Km / h the torque on the wheels is equal to -2.78 times the torque of the electric motor, ie a maximum thrust of 900 N. - At 80 km / h engine at 3000 rpm the torque on the wheels is equal to -3.8 times the torque of the engine, a thrust max. 4400 N. - The diagrams of the speeds and powers available are given in FIG. 3. FIG. 1: FIG. 1 represents graphically the typical curves of iso efficiency of a heat engine in order to illustrate the main idea allowing explain the improved performance in a hybrid vehicle. Indeed, the import and export of electrical energy can move the torque and the speed of the engine, from a "classic" low efficiency zone to a "target" zone with good efficiency. FIG. 2: FIG. 2 schematizes the architecture with two epicyclic gear trains (4) and (5) of the hybrid vehicle according to the invention. The heat engine (1) and the electric motor (2) drive in parallel the two planetary gear trains which themselves drive in parallel the bridge (6) coupled to the wheels (9) via a differential i. The pilot shafts of the two epicyclic gear trains are alternately coupled to a generator (3) by means of a clutch-clutch (7). Reducers h and k ensure the compatibility of speeds on the transmission. FIGURE 3: Figure 3 in its upper part shows the vehicle speed characteristic as a function of the generator speed for an engine speed of 3000 rpm. The GA segment is the characteristic of the low speed epicyclic gear train of 0.38 reason, the GC segment is the characteristic of the high speed epicyclic gear train of 0.6 reason, the CD segment is the characteristic when the generator regulates the low constant speed torque. , the AB segment corresponds to reverse when the generator exceeds 10890 rpm. Figure 3, in its lower part, represents the percentage of the motive power converted into electricity for high and low speed and for a motor speed of 3000 rpm. Note that at high and low speeds, 80 km / h for an engine speed of 3000 rpm, only 37% of the motive power is converted into electricity. The bottom of Figure 3 also gives an idea of the power available at the wheels.

FIGURE 4 : La figure 4 schématise, en coupe transversale, les deux trains épicycloïdaux, le train A dédié aux basses vitesses et le train 1.1 dédié aux vitesses élevées. Le train A se compose du satellite N2 monté fou sur le châssis entraîné par le moteur thermique (1), d'une couronne N6 entrainant le pont (6) par l'intermédiaire du pignon N7 et d'un planétaire N1 couplable à la génératrice (3) à l'aide de l'embrayage (7). Le train µ comprend le satellite N3 monté fou sur le châssis entraîné par le monteur thermique (1), d'une couronne N5 entrainant le pont (6) par l'intermédiaire du pignon N7 et d'un planétaire N4 couplable à la génératrice (3) par l'intermédiaire de l'embrayage (7). Le châssis porte satellite entrainé par le moteur thermique est aussi entrainé par le moteur électrique (2) grâce au multiplicateur N11 et N12. Le pont (6) est entrainé par les couronnes couplées (5) et (6) des trainsµ et a par l'intermédiaire du réducteur N10, N9 et N8. Le pont (6) entraîne les arbres de roues (8) par l'intermédiaire du différentiel et des cardans non représentés. FIG. 4: FIG. 4 schematizes, in cross-section, the two epicyclic gear trains, the train A dedicated to low speeds and the gear train 1.1 dedicated to high speeds. The train A consists of the N2 satellite mounted insane on the chassis driven by the heat engine (1), a crown N6 driving the bridge (6) via the pinion N7 and a sun gear N1 coupled to the generator (3) using the clutch (7). The train μ comprises the N3 satellite mounted on the frame driven by the thermal fitter (1), a N5 ring driving the bridge (6) via the pinion N7 and a sun gear N4 coupled to the generator ( 3) via the clutch (7). The satellite carrier chassis driven by the heat engine is also driven by the electric motor (2) through the multiplier N11 and N12. The bridge (6) is driven by the coupled rings (5) and (6) trainsμ and a through the gearbox N10, N9 and N8. The bridge (6) drives the wheel shafts (8) via the differential and not shown universal joints.

FIGURE 5 : La figure 5, en coupe transversale, montre l'intégration dans le véhicule du bloc moteur organisé en tranches successives avec le moteur thermique (1), les trains épicycloïdaux (4) et (5), le pont (6), l'embrayage (7) et le moteur électrique (2) et enfin la génératrice (3), le tout formant un bloc moteur entre les roues (9) du véhicule. FIG. 5: FIG. 5, in transverse section, shows the integration into the vehicle of the engine block organized in successive slices with the heat engine (1), the planetary gear trains (4) and (5), the bridge (6), the clutch (7) and the electric motor (2) and finally the generator (3), all forming a motor unit between the wheels (9) of the vehicle.

Claims

REVENDICATIONS1. véhicule hybride, selon l'invention, caractérisé par REVENDICATIONS1. véhicule hybride, selon l'invention, caractérisé par l'architecture de sa transmission de puissance avec un moteur thermique et un moteur électrique entrainant en parallèle deux trains d'engrenages épicycloïdaux de raisons différentes , eux-mêmes entrainant en parallèle le pont et dont les arbres pilotes sont alternativement couplés à une génératrice électrique. REVENDICATIONS1. hybrid vehicle according to the invention, characterized by CLAIMS1. hybrid vehicle, according to the invention, characterized by the architecture of its power transmission with a heat engine and an electric motor driving in parallel two gear sets epicyclic different reasons, themselves driving in parallel the bridge and whose Pilot shafts are alternately coupled to an electric generator.

2. véhicule hybride selon la revendication 1, caractérisé par un train épicycloïdal dédié aux vitesses faibles du véhicule avec une raison comprise entre-0,1 et - 0,5 et un train épicycloïdal dédié aux vitesses élevées du véhicule avec une raison comprise entre-0,5 et -0,9. 2. hybrid vehicle according to claim 1, characterized by an epicyclic gear train dedicated to the low speeds of the vehicle with a reason between -0.1 and -0.5 and a planetary gear train dedicated to the high speeds of the vehicle with a reason included- 0.5 and -0.9.

3. véhicule hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux arbres pilotes des deux trains épicycloïdaux sont alternativement couplés et découplés quand la vitesse de la génératrice égale la vitesse de l'arbre moteur. 3. hybrid vehicle according to claim 1, characterized in that the two drive shafts of the two planetary gear trains are alternately coupled and decoupled when the speed of the generator equals the speed of the drive shaft.

4. véhicule hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux trains d'engrenages épicycloïdaux sont concentriques avec un châssis porte satellites 20 commun entrainé par le moteur thermique. 4. hybrid vehicle according to claim 1, characterized in that the two epicyclic gear trains are concentric with a common satellite carrier chassis 20 driven by the engine.

5. véhicule hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux trains d'engrenages épicycloïdaux ont une couronne commune pour entrainer le différentiel du pont. 5. Hybrid vehicle according to claim 1, characterized in that the two epicyclic gear trains have a common ring to drive the differential of the bridge.

6. véhicule hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que la génératrice peut passer en régulation de couple à vitesse constante faible quand la vitesse du véhicule dépasse la vitesse autorisée sur autoroute. 6. Hybrid vehicle according to claim 1, characterized in that the generator can switch to torque control at low constant speed when the speed of the vehicle exceeds the authorized speed on the highway.

7. véhicule hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que, l'essentiel de l'énergie électrique produite par la génératrice, moins la consommation des auxiliaires, est immédiatement consommée dans le moteur électrique, alors que l'énergie électrique récupérée de l'énergie cinétique du véhicule est consommée dès l'accélération suivante. 7. hybrid vehicle according to claim 1, characterized in that, most of the electrical energy produced by the generator, minus the consumption of auxiliaries, is immediately consumed in the electric motor, while the electrical energy recovered from the The kinetic energy of the vehicle is consumed as soon as the next acceleration.

8. véhicule hybride selon les revendications 1 et 7, caractérisé par une réserve de capacité batterie dédiée à la recharge sur le réseau électrique national pour apporter au véhicule un complément d'énergie qui se substitue à son carburant. 8. hybrid vehicle according to claims 1 and 7, characterized by a battery capacity reserve dedicated to charging on the national power grid to provide the vehicle with additional energy that replaces its fuel.

9. véhicule hybride selon les revendications 1 et 7, caractérisé par une résistance blindée immergée dans le fluide de refroidissement du moteur thermique afin de recevoir l'excès d'énergie électrique quand la batterie est pleine. 9. hybrid vehicle according to claims 1 and 7, characterized by a shielded resistor immersed in the cooling fluid of the engine to receive excess electrical energy when the battery is full.