FR3075700A1 - Chaine de traction amelioree de vehicule automobile comprenant deux machines electriques tournantes - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur une chaîne de traction (10) pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte: - une première machine électrique tournante (11), - une deuxième machine électrique tournante (12), - la première machine électrique tournante (11) étant en permanence accouplée avec des roues (13) d'un train (14) du véhicule automobile, - la deuxième machine électrique tournante (12) étant accouplée aux roues (13) dudit train (14) par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement (16) ayant au moins un premier rapport de vitesse (R1), un deuxième rapport de vitesse (R2), ainsi qu'une position neutre (N) dans laquelle la deuxième machine électrique tournante (12) est désaccouplée des roues (13) du train (14) du véhicule automobile.
Description
CHAÎNE DE TRACTION AMÉLIORÉE DE VÉHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT DEUX MACHINES ÉLECTRIQUES TOURNANTES
La présente invention porte sur une chaîne de traction améliorée de véhicule automobile comprenant deux machines électriques tournantes.
De façon connue en soi, une machine électrique tournante peut être implantée sur le train avant ou sur le train arrière d'un véhicule automobile dans le cadre d'une application électrique ou hybride. Cette machine électrique est apte à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique dans le cas d'une application hybride. Cette machine est également apte à fonctionner en mode générateur pour fournir de l'énergie à la batterie du véhicule.
La machine électrique est reliée au train par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement. Généralement, le rapport de démultiplication du dispositif d'accouplement est choisi suffisamment grand pour permettre un décollage électrique et un roulage électrique du véhicule automobile. Toutefois, lorsque la vitesse du véhicule dépasse un seuil, il existe un risque que l'entraînement de la machine électrique par les roues du véhicule engendre des pertes électriques ainsi qu'une détérioration de la machine électrique dont la vitesse de rotation maximale est dépassée.
La demanderesse a proposé de résoudre ce problème en utilisant un dispositif d'accouplement à deux rapports de vitesse interposé entre la machine électrique et le train du véhicule. La machine électrique peut ainsi assurer un roulage électrique à basse vitesse lorsque le premier rapport est engagé et un roulage ainsi qu'une récupération d'énergie optimum à haute vitesse lorsque le deuxième rapport de vitesse est engagé.
Une telle configuration engendre toutefois des chutes de couple du fait de la nécessité de réduire le couple de la machine électrique tournante lors d'un changement de rapport. L'invention vise notamment à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une chaîne de traction pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte: - une première machine électrique tournante, - une deuxième machine électrique tournante, - la première machine électrique tournante étant en permanence accouplée avec des roues d'un train du véhicule automobile, - la deuxième machine électrique tournante étant accouplée aux roues dudit train par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement ayant au moins un premier rapport de vitesse, un deuxième rapport de vitesse, ainsi qu'une position neutre dans laquelle la deuxième machine électrique tournante est désaccouplée des roues du train du véhicule automobile. L'invention permet ainsi de limiter les chutes de couple lors d'un changement de rapport de vitesse étant donné que la première machine électrique tournante est toujours en prise avec les roues. En outre, les pertes énergétiques sont faibles à haute vitesse, ce qui permet d'augmenter l'autonomie du véhicule. Le fait d'utiliser deux machines électriques permet également d’optimiser les points de fonctionnement de chacun des deux machines pour augmenter le rendement global du systèr maximiser la récupération énergétique au freinage. On réduit en conséquence les émissions de dioxyde de carbone augmente l’autonomie en km d’un véhicule électrique. Par ailleurs, l'invention permet de disposer d'un couple important à basse vitesse procurant un bon agrément de conduite. L'architecture selon l'invention présente également un caractère économique, dans la mesure où elle peut être mise en œuvre avec des applications 48 Volts et ne nécessite le développement que d'un seul actionneur pour assurer le passage d'un rapport de vitesse à l'autre. On note également que l'invention permet de remplir les critères de redondance imposés par les véhicules automobiles autonomes grâce à l'utilisation combinée de deux machines électriques tournantes.
Selon une réalisation, ladite chaîne de traction est configurée de telle façon qu'à basse vitesse du véhicule automobile, le premier rapport de vitesse ou la position neutre est sélectionné en fonction d'un besoin en couple du véhicule.
Selon une réalisation, ladite chaîne de traction est configurée de telle façon qu'à haute vitesse du véhicule automobile, le deuxième rapport de vitesse ou la position neutre est sélectionné en fonction d'un besoin en couple du véhicule.
Selon une réalisation, un ratio de réduction de vitesse entre une vitesse de la première machine électrique tournante et une vitesse des roues est compris entre 5:1 et 20:1, et vaut de préférence 10:1.
Selon une réalisation, le premier rapport de vitesse présente un ratio de réduction de vitesse entre une vitesse de la deuxième machine électrique tournante et une vitesse des roues compris entre 10:1 et 50:1, et valant de préférence 30:1. (aprèrs réflexion c’est mieux adaptée)
Selon une réalisation, le deuxième rapport de vitesse présente un ratio de réduction de vitesse entre une vitesse de la deuxième machine électrique tournante et une vitesse des roues compris entre 2:1 et 10:1, et valant de préférence 5:1.
Selon une réalisation, la première machine électrique tournante est une machine à excitation rotorique apte à être désexcitée lorsque la vitesse du véhicule devient supérieure à un seuil.
Selon une réalisation, la deuxième machine électrique tournante est du type synchrone à aimants permanents.
Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique sont d'un même type, par exemple du type synchrone à aimants permanents. L'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant une chaîne de traction telle que précédemment définie.
Selon une réalisation, la chaîne de traction est montée sur un train avant dudit véhicule automobile.
Selon une réalisation, la chaîne de traction est montée sur un train arrière dudit véhicule automobile. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture de traction pour véhicule automobile selon la présente invention;
La figure 2 est une représentation schématique des réseaux électriques interfacés mis en œuvre dans la présente invention.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.
La figure 1 montre une chaîne de traction 10 pour véhicule automobile comportant une première machine électrique tournante 11 et une deuxième machine électrique tournante 12. Les machines électriques 11,12 sont aptes à fonctionner dans un mode générateur lors d'une phase de freinage récupératif pour recharger une batterie, ainsi que dans un mode moteur pour assurer un roulage électrique ou hybride du véhicule dans le cas où ce dernier comporte également un moteur thermique. Chaque machine électrique 11, 12 est associée à un onduleur qui pourra être fixé à l'arrière de la machine ou être séparé de la machine. Un circuit de refroidissement des machines électriques 11,12 pourra être à base d'eau ou d'huile.
La première machine électrique 11 est avantageusement une machine à excitation rotorique (synchrone ou asynchrone). La machine électrique 11 pourra être désexcitée lorsque la vitesse du véhicule devient supérieure à un seuil. La machine électrique 11 est en permanence accouplée avec des roues 13 d'un train 14 du véhicule. Ce train pourra être le train avant ou le train arrière du véhicule automobile. Avantageusement, un ratio de réduction de vitesse entre une vitesse de la première machine électrique 11 et une vitesse des roues 13 est compris entre 5:1 et 20:1, et vaut de préférence 10:1. La notation X:1 signifie que lorsque la machine électrique 11 fait X tours, les roues 13 font 1 tour.
La deuxième machine électrique 12 est avantageusement une machine électrique du type synchrone à aimants permanents. La deuxième machine électrique 12 est accouplée aux roues 13 du train 14 par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement 16 ayant au moins deux rapports de vitesse R1, R2 et une position neutre N dans laquelle la deuxième machine électrique 12 est désaccouplée des roues 13 du véhicule automobile.
Le premier rapport de vitesse R1 présente un ratio de réduction de vitesse entre une vitesse de la deuxième machine électrique 12 et une vitesse des roues 13 qui est compris entre 10:1 et 50:1, et vaut de préférence 30:1. Le deuxième rapport de vitesse R2 présente un ratio de réduction de vitesse entre une vitesse de la deuxième machine électrique 12 et une vitesse des roues 13 qui est compris entre 2:1 et 10:1, et vaut de préférence 5:1.
La chaîne de traction 10 est configurée de telle façon qu'à basse vitesse du véhicule automobile, c’est-à-dire lorsque la vitesse du véhicule est inférieure à un premier seuil S1, le premier rapport de vitesse R1 ou la position neutre N est sélectionné en fonction d'un besoin en couple du véhicule. En outre, la chaîne de traction 10 est configurée de telle façon qu'à haute vitesse, c’est-à-dire lorsque la vitesse du véhicule devient égale ou supérieure au seuil S1, le deuxième rapport de vitesse R2 ou la position neutre est sélectionné en fonction d'un besoin en couple du véhicule. Le seuil S1 est par exemple compris entre 40km/h et 100km/h.
Dans l'exemple représenté, le dispositif d'accouplement 16 comporte un crabot 19 solidaire en rotation avec un arbre 20 de la deuxième machine électrique 12 tout en étant mobile axialement, suivant les flèches F, pour lier sélectivement en rotation un pignon fou 21, c’est-à-dire libre en rotation lorsqu'il n'est pas craboté, du premier rapport de vitesse R1 ou un pignon fou 22 du deuxième rapport de vitesse R2. La position intermédiaire du crabot 19 dans laquelle ce dernier n'est pas lié au pignon 21, ni au pignon 22, permet de désaccoupler mécaniquement la machine électrique 12 par rapport au roues 13 à haute vitesse et correspond à la position neutre N.
En l'occurrence, le pignon 21 du premier rapport R1 coopère avec un pignon 23 solidaire en rotation de l'arbre 24 de la première machine électrique 11.
Le pignon 22 du deuxième rapport R2 coopère avec un pignon 25 solidaire de l'arbre 24 de la première machine électrique 11. Le pignon 22 du deuxième rapport de vitesse R2 est également lié en rotation avec un pignon 26 monté libre en rotation sur l'arbre 20 de la deuxième machine électrique 12. Ce pignon 26 est en prise avec un différentiel 27 monté sur le train portant les roues 13.
On décrit ci-après le chemin du couple lors des différentes positions du dispositif d'accouplement 16. Lorsque le crabot 19 est en position neutre N, seule la première machine électrique 11 peut transmettre du couple au roues 13 via le pignon 25 et les pignons 22, 26 montés fous sur l'arbre 20 tout en étant connectés au différentiel 27. Il est à noter que les deux pignons 22, 26 pourraient être remplacés par un pignon unique.
Lorsque le premier rapport de vitesse R1 est engagé, le couple de la deuxième machine électrique 12 est transmis via le pignon 21, le pignon 23, les pignons 25, 22, et 26 ainsi que le différentiel 27. La première machine électrique 11 pourra également transmettre du couple aux roues 13 ou non en fonction du besoin.
Lorsque le deuxième rapport de vitesse R2 est engagé, le couple de la deuxième machine électrique 12 est transmis via les pignons 22, 26 ainsi que le différentiel 27. La première machine électrique 11 pourra également transmettre du couple aux roues 13 ou non en fonction du besoin.
Comme on peut le voir sur la figure 2, les deux machines électriques tournantes 11, 12 sont connectées à un premier réseau électrique 28 sur lequel sont également branchées deux batteries 29, 30 pour une redondance de fonction. Ce réseau électrique 28 présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. Avantageusement, la tension de fonctionnement du réseau électrique est de 48 Volts. D'autres charges électriques 31 pourront également être connectées sur le réseau électrique 28. La même architecture s’applique aussi sur la haute tension.
Chaque machine électrique 11,12 pourra présenter une puissance comprise entre 10kW et 25 kW (ou plus dans le cas de haute tension) et fournir un couple compris entre 20Nm et 2QQNm (ou plus dans le cas de haute tension) notamment en fonction de sa longueur. Le réseau électrique 28 est interfacé avec un deuxième réseau électrique 33 basse tension par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu 34. Un démarreur 35 optionnel assurant les démarrages à froid d'un éventuel moteur thermique (dans le cas d'une configuration hybride), ainsi que des consommateurs électriques 36 du véhicule de type éclairage, actionneurs de vitres ou de sièges, et contrôle moteur, sont connectés au réseau électrique 33. Ce réseau électrique 33 associé à une batterie 37 présente une tension de fonctionnement inférieure à celle du premier réseau électrique 28. La tension de fonctionnement du réseau électrique 28 est de préférence de l'ordre de 12 Volts t (pour les camions).
Dans un mode de réalisation particulier, il sera également possible d'intégrer les onduleurs des machines électriques 11,12 ainsi que le convertisseur 34 à l'intérieur d'un même boîtier.
Suivant une configuration hybride particulière, les deux machines électriques 11, 12 et le dispositif d'accouplement 16 sont implantés sur le train arrière d'un véhicule automobile comportant en outre un moteur thermique assurant la traction du train avant.
Le véhicule ayant une masse de l'ordre de 1500kg, la première machine électrique 11 à excitation rotorique pourra présenter une puissance de 12kW et un couple maximal de 55N.m, tandis que la deuxième machine électrique 12 de type synchrone à aimants permanents pourra présenter une puissance de 12kW et un couple maximal de 30N.m.
Les machines électriques 11, 12 pourront être connectées sur le réseau électrique continu de 48V. Les machines électriques 11,12 pourront partager le même circuit de refroidissement.
La chaîne de traction 10 pourra être pilotée suivant la stratégie suivante. Au décollage, l'engagement du premier rapport R1 permet de garantir un couple aux roues 13 supérieur à 1700N.m, ce qui correspond à une accélération supérieure à 2.5m/s2.
Le changement vers le deuxième rapport de vitesse R2 est effectué lorsque la vitesse du véhicule atteint le seuil S1, par exemple de l'ordre de 50km/h.
Afin d'augmenter l'accélération, les deux machines électriques 11, 12 peuvent fournir du couple simultanément.
Au-delà d'un deuxième seuil de vitesse S2 par exemple de l'ordre de 130km/h, le rapport neutre N est engagé pour minimiser les pertes électriques en désaccouplant la deuxième machine électrique 12 par rapport aux roues 13. La première machine électrique 11 pourra être désexcitée pour limiter les pertes électriques. Compte tenu du faible délai pour exciter le rotor, elle pourra assurer une récupération quasi-immédiate d'énergie électrique au freinage.
Lors de décélérations à vitesse très élevée, par exemple de l'ordre de 170km/h, le deuxième rapport R2 est engagé pour la récupération d'énergie.
Le crabot 19 pourra par exemple être déplacé par un actionneur piloté par une unité de commande 32 notamment en fonction des seuils de vitesse S1 et S2, tel que montré sur la figure 1.
Suivant une configuration électrique particulière, les deux machines électriques 11, 12 et le dispositif d'accouplement 16 sont implantés sur le train avant ou arrière d'un véhicule automobile de petit gabarit, par exemple de l'ordre de 1000kg.
La première machine électrique 11 et la deuxième machine électrique 12 sont des machines électriques de type synchrone à aimants permanents présentant une puissance de 12kW et un couple maximal de 30N.m. Les machines électriques 11, 12 pourront être connectées sur un réseau électrique de 48V. Les machines électriques 11, 12 pourront partager le même circuit de refroidissement.
La chaîne de traction 10 pourra être pilotée suivant la stratégie suivante. Au décollage, l'engagement du premier rapport R1 permet de garantir un couple aux roues 13 engendrant une accélération supérieure à 3m/s2.
Le deuxième rapport de vitesse R2 est engagé lorsque la vitesse du véhicule atteint un seuil de 95km/h afin d'optimiser l'accélération ainsi que la récupération d'énergie au freinage.
Lorsque le véhicule atteint une vitesse stabilisée de l'ordre de 100km/h, le rapport de vitesse N est engagé pour minimiser les pertes électriques en désaccouplant la machine électrique 12 par rapport aux roues 13.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Chaîne de traction (10) pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte : - une première machine électrique tournante (11), - une deuxième machine électrique tournante (12), - la première machine électrique tournante (11) étant en permanence accouplée avec des roues (13) d'un train (14) du véhicule automobile, - la deuxième machine électrique tournante (12) étant accouplée aux roues (13) dudit train (14) par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement (16) ayant au moins un premier rapport de vitesse (R1), un deuxième rapport de vitesse (R2), ainsi qu'une position neutre (N) dans laquelle la deuxième machine électrique tournante (12) est désaccouplée des roues (13) du train (14) du véhicule automobile.
- 2. Chaîne de traction (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est configurée de telle façon qu'à basse vitesse du véhicule automobile, le premier rapport de vitesse (R1) ou la position neutre (N) est sélectionné en fonction d'un besoin en couple du véhicule.
- 3. Chaîne de traction (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle est configurée de telle façon qu'à haute vitesse du véhicule automobile, le deuxième rapport de vitesse (R2) ou la position neutre (N) est sélectionné en fonction d'un besoin en couple du véhicule.
- 4. Chaîne de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'un ratio de réduction de vitesse entre une vitesse de la première machine électrique (11) tournante et une vitesse des roues (13) est compris entre 5:1 et 20:1, et vaut de préférence 10:1.
- 5. Chaîne de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le premier rapport de vitesse (R1) présente un ratio de réduction de vitesse entre une vitesse de la deuxième machine électrique tournante (12) et une vitesse des roues (13) compris entre 10:1 et 50:1, et valant de préférence 30:1.
- 6. Chaîne de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le deuxième rapport de vitesse (R2) présente un ratio de réduction de vitesse entre une vitesse de la deuxième machine électrique tournante (12) et une vitesse des roues (13) compris entre 2:1 et 10:1, et valant de préférence 5:1.
- 7. Chaîne de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la première machine électrique tournante (11) est une machine à excitation rotorique apte à être désexcitée lorsque la vitesse du véhicule devient supérieure à un seuil.
- 8. Chaîne de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la deuxième machine électrique tournante (12) est du type synchrone à aimants permanents.
- 9. Chaîne de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la première machine électrique tournante (11) et la deuxième machine électrique (12) sont d'un même type, par exemple du type synchrone à aimants permanents.
- 10. Véhicule automobile comportant une chaîne de traction (10) telle que définie selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- 11. Véhicule automobile selon la revendication 10, caractérisé en ce que la chaîne de traction (10) est montée sur un train avant dudit véhicule automobile.
- 12. Véhicule automobile selon la revendication 10, caractérisé en ce la chaîne de traction (10) est montée sur un train arrière dudit véhicule automobile.
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