FR3081391A1 - TENSION ARCHITECTURE FOR A MOTOR VEHICLE WITH DOUBLE ELECTRIC ROTATING MACHINES - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur une architecture de traction (10) pour véhicule automobile caractérisée en ce qu'elle comporte: - au moins une première machine électrique tournante (11.1) implantée sur un train avant (12.1) du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un premier réducteur de vitesse (13.1) en prise avec un différentiel (14.1) dudit train avant (12.1), et un premier onduleur (18.1) associé à ladite première machine électrique tournante (11.1), - au moins une deuxième machine électrique tournante (11.2) implantée sur un train arrière (12.2) du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un deuxième réducteur de vitesse (13.2) en prise avec un différentiel (14.2) dudit train arrière (12.2), et un deuxième onduleur (18.2) associé à ladite deuxième machine électrique tournante (11.2).The invention relates primarily to a traction architecture (10) for a motor vehicle characterized in that it comprises: - at least a first rotary electrical machine (11.1) located on a front axle (12.1) of the motor vehicle via a first speed reducer (13.1) engaged with a differential (14.1) of said front gear (12.1), and a first inverter (18.1) associated with said first rotary electric machine (11.1), - at least one second electric machine rotating (11.2) mounted on a rear axle (12.2) of the motor vehicle by means of a second speed reducer (13.2) engaged with a differential (14.2) of said rear axle (12.2), and a second inverter (18.2) ) associated with said second rotating electrical machine (11.2).
Description
ARCHITECTURE DE TRACTION POUR VÉHICULE AUTOMOBILE À DOUBLE MACHINES ELECTRIQUES TOURNANTESTRACTION ARCHITECTURE FOR MOTOR VEHICLE WITH DOUBLE ROTATING ELECTRIC MACHINES
La présente invention porte sur une architecture de traction pour véhicule automobile à double machines électriques tournantes.The present invention relates to a traction architecture for a motor vehicle with double rotating electrical machines.
De façon connue en soi, une chaîne de traction hybride comporte un moteur thermique accouplé à une boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage ainsi qu'au moins une machine électrique réversible implantée sur un des trains du véhicule.In a manner known per se, a hybrid traction chain comprises a heat engine coupled to a gearbox by means of a clutch, as well as at least one reversible electric machine installed on one of the trains of the vehicle.
Ces machines électriques sont généralement des machines réversibles aptes à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique, et le cas échéant un roulage électrique. Chaque machine électrique pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif.These electric machines are generally reversible machines capable of operating in a generator mode for recharging a vehicle battery as well as in an engine mode for starting the heat engine, and if necessary electric driving. Each electric machine can also be used to supply energy to the battery during a regenerative braking phase.
On connaît des architectures de traction mises en œuvre sur un réseau électrique 48 Volts du véhicule automobile comportant une machine électrique accouplée à la façade accessoires, ou une machine électrique intégrée dans une boîte de vitesses, ou une machine électrique implantée sur le train arrière du véhicule.Traction architectures are known which are implemented on a 48 Volt electrical network of the motor vehicle comprising an electric machine coupled to the accessory front panel, or an electric machine integrated in a gearbox, or an electric machine located on the rear axle of the vehicle. .
L'invention propose une architecture de traction améliorée particulièrement adaptée pour les marchés des véhicules automobiles électriques à basse vitesse de type LSEV (Low Speed Electrical Machine en anglais).The invention proposes an improved traction architecture which is particularly suitable for the markets of low speed electric motor vehicles of the LSEV type (Low Speed Electrical Machine in English).
Plus précisément, l'invention a pour objet une architecture de traction pour véhicule automobile caractérisée en ce qu'elle comporte:More specifically, the subject of the invention is a traction architecture for a motor vehicle, characterized in that it comprises:
- au moins une première machine électrique tournante implantée sur un train avant du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un premier réducteur de vitesse en prise avec un différentiel dudit train avant, et un premier onduleur associé à ladite première machine électrique tournante,at least one first rotary electric machine installed on a front axle of the motor vehicle by means of a first speed reducer engaged with a differential of said front axle, and a first inverter associated with said first rotary electric machine,
- au moins une deuxième machine électrique tournante implantée sur un train arrière du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un deuxième réducteur de vitesse en prise avec un différentiel dudit train arrière, et un deuxième onduleur associé à ladite deuxième machine électrique tournante.- At least a second rotary electrical machine located on a rear axle of the motor vehicle by means of a second speed reducer engaged with a differential of said rear axle, and a second inverter associated with said second rotary electrical machine.
L'invention permet ainsi, grâce à la redondance d'utilisation des machines électriques tournantes, d'augmenter l'accélération du véhicule automobile purement électrique ainsi que son autonomie et sa fiabilité. En outre, du fait de la symétrie de l'architecture, il sera possible de standardiser certains composants et certaines interfaces afin de faciliter le montage du véhicule automobile et d'en réduire le coût de revient. L'invention permet en outre de limiter les contraintes sur le châssis du véhicule en créant une zone plate facilitant l'intégration des batteries.The invention thus makes it possible, thanks to the redundancy of use of rotating electrical machines, to increase the acceleration of the purely electric motor vehicle as well as its range and reliability. In addition, due to the symmetry of the architecture, it will be possible to standardize certain components and certain interfaces in order to facilitate the mounting of the motor vehicle and reduce the cost price. The invention also makes it possible to limit the stresses on the chassis of the vehicle by creating a flat area facilitating the integration of the batteries.
Selon une réalisation, chaque machine électrique tournante est associée à un dispositif de désaccouplement apte à déconnecter la machine électrique tournante correspondante par rapport aux roues lorsque le véhicule automobile dépasse une vitesse seuil.According to one embodiment, each rotary electric machine is associated with a decoupling device capable of disconnecting the corresponding rotary electric machine with respect to the wheels when the motor vehicle exceeds a threshold speed.
Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante sont connectées, via leur onduleur correspondant, à un réseau électrique ayant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts.According to one embodiment, the first rotary electrical machine and the second rotary electrical machine are connected, via their corresponding inverter, to an electrical network having an operating voltage of less than 60 volts.
Selon une réalisation, le réseau électrique présente une tension de fonctionnement de 48Volts.According to one embodiment, the electrical network has an operating voltage of 48Volts.
Selon une réalisation, chaque machine électrique tournante présente une puissance comprise entre 15kW et 25kW.According to one embodiment, each rotary electric machine has a power of between 15kW and 25kW.
Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante sont configurées pour assurer seules ou en combinaison la traction du véhicule automobile.According to one embodiment, the first rotary electric machine and the second rotary electric machine are configured to provide traction, alone or in combination, for the motor vehicle.
Selon une réalisation, le premier réducteur de vitesse et le deuxième réducteur de vitesse présentent des rapports de réduction différents. Cela permet de garantir un décollage puissant et d'optimiser la consommation électrique à haute vitesse. Dans ce cas, seule la machine électrique associée au petit ratio de vitesse reste connectée aux roues.According to one embodiment, the first speed reducer and the second speed reducer have different reduction ratios. This guarantees powerful takeoff and optimizes power consumption at high speed. In this case, only the electric machine associated with the small speed ratio remains connected to the wheels.
Selon une réalisation, ladite architecture de traction comporte un convertisseur de puissance continu/continu pour interfacer le réseau électrique des machines électriques tournantes avec un réseau de bord du véhicule automobile.According to one embodiment, said traction architecture comprises a DC / DC power converter for interfacing the electrical network of rotating electrical machines with an on-board network of the motor vehicle.
Selon une réalisation, une machine électrique tournante supplémentaire est implantée sur le train avant et/ou le train arrière du véhicule automobile.According to one embodiment, an additional rotary electrical machine is installed on the front axle and / or the rear axle of the motor vehicle.
Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante sont de type synchrone à aimants permanents.According to one embodiment, the first rotary electric machine and the second rotary electric machine are of the synchronous permanent magnet type.
Selon une réalisation, le dispositif de désaccouplement comporte un actionneur à électro-aimant apte à commander l'engagement d'un crabot avec une pièce de liaison reliée à des roues du véhicule automobile.According to one embodiment, the uncoupling device comprises an electromagnet actuator capable of controlling the engagement of a dog clutch with a connecting piece connected to the wheels of the motor vehicle.
L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une architecture de traction telle que précédemment définie.The invention also relates to a motor vehicle characterized in that it comprises a traction architecture as defined above.
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.The invention will be better understood on reading the description which follows and on examining the figures which accompany it. These figures are given only by way of illustration but in no way limit the invention.
La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture de traction pour véhicule automobile selon la présente invention;Figure 1 is a schematic representation of a traction architecture for a motor vehicle according to the present invention;
La figure 2 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'un dispositif de désaccouplement de la machine électrique tournante à haute vitesse.FIG. 2 is a schematic representation of an exemplary embodiment of a device for uncoupling the electrical machine rotating at high speed.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.Identical, similar, or analogous elements retain the same reference from one figure to another.
La figure 1 montre une architecture de traction 10 pour véhicule automobile comportant une machine électrique tournante 11.1 de type réversible implantée sur le train avant 12.1 par l'intermédiaire d'un premier réducteur de vitesse 13.1 en prise avec un différentiel 14.1 dudit train 12.1 muni de roues 16. La machine électrique 11.1 est apte 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 du véhicule. La machine électrique 11.1 est associée à un onduleur de puissance 18.1.FIG. 1 shows a traction architecture 10 for a motor vehicle comprising a rotary electrical machine 11.1 of the reversible type installed on the front axle 12.1 by means of a first speed reducer 13.1 engaged with a differential 14.1 of said train 12.1 provided with wheels 16. The electric machine 11.1 is capable of operating in a generator mode during a regenerative braking phase to recharge a battery as well as in an engine mode to ensure the electric rolling of the vehicle. The electric machine 11.1 is associated with a power inverter 18.1.
Un dispositif de désaccouplement 19.1 de la machine électrique 11.1 est apte à déconnecter la machine électrique 11.1 par rapport aux roues 16 lorsque le véhicule dépasse une vitesse seuil. Cela permet de ne pas dépasser la vitesse maximale autorisée pour la machine électrique 11.1 et de supprimer les pertes à haute vitesse lorsque la machine électrique 11.1 n'est pas utilisée.An uncoupling device 19.1 of the electric machine 11.1 is able to disconnect the electric machine 11.1 relative to the wheels 16 when the vehicle exceeds a threshold speed. This makes it possible not to exceed the maximum speed authorized for the electric machine 11.1 and to eliminate losses at high speed when the electric machine 11.1 is not used.
En outre, une deuxième machine électrique tournante 11.2 de type réversible est implantée sur un train arrière 12.2 par l'intermédiaire d'un deuxième réducteur de vitesse 13.2 en prise avec un différentiel 14.2 dudit train 12.2 muni de roues 16. La machine électrique 11.2 est apte 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 du véhicule. La machine électrique 11.2 est associée à un onduleur de puissance 18.2.In addition, a second rotary electrical machine 11.2 of reversible type is installed on a rear axle 12.2 by means of a second speed reducer 13.2 engaged with a differential 14.2 of said axle 12.2 provided with wheels 16. The electrical machine 11.2 is able to operate in a generator mode during a regenerative braking phase to recharge a battery as well as in an engine mode to ensure the electric rolling of the vehicle. The electric machine 11.2 is associated with a power inverter 18.2.
Un dispositif de désaccouplement 19.2 de la machine électrique 11.2 est apte à déconnecter la machine électrique 11.2 par rapport aux roues 16 lorsque le véhicule dépasse une vitesse seuil. Cela permet de ne pas dépasser la vitesse maximale autorisée pour la machine électrique 11.2 et de supprimer les pertes à haute vitesse lorsque la machine électrique 11.2 n'est pas utilisée.An uncoupling device 19.2 of the electric machine 11.2 is able to disconnect the electric machine 11.2 relative to the wheels 16 when the vehicle exceeds a threshold speed. This makes it possible not to exceed the maximum speed authorized for the electric machine 11.2 and to eliminate losses at high speed when the electric machine 11.2 is not used.
Les deux machines électriques tournantes 11.1, 11.2 sont connectées, via leur onduleur 18.1, 18.2 correspondant, à un premier réseau électrique 21 sur lequel est également branchée la batterie 22. Ce réseau électrique 21 présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. Avantageusement, la tension de fonctionnement du réseau électrique 21 est de 48 Volts. D'autres charges électriques pourront également être connectées sur le réseau électrique 21.The two rotating electrical machines 11.1, 11.2 are connected, via their corresponding inverter 18.1, 18.2, to a first electrical network 21 to which the battery 22 is also connected. This electrical network 21 has an operating voltage of less than 60 volts. Advantageously, the operating voltage of the electrical network 21 is 48 Volts. Other electrical charges may also be connected to the electrical network 21.
Chaque machine électrique 11.1, 11.2 pourra présenter une puissance comprise entre 15kW et 25 kW et fournir un couple compris entre 55Nm et 100Nm en fonction de sa longueur. Les machines électriques 11.1, 11.2 pourront par exemple être des machines de type synchrone à aimants permanents. En variante, le rotor de ces machines électriques 11.1, 11.2 pourra être à excitation. Le circuit de refroidissement des machines électriques 11.1, 11.2 pourra être à base d'eau ou d'huile.Each electric machine 11.1, 11.2 can have a power between 15kW and 25 kW and provide a torque between 55Nm and 100Nm depending on its length. The electric machines 11.1, 11.2 could for example be machines of the synchronous type with permanent magnets. As a variant, the rotor of these electric machines 11.1, 11.2 could be excited. The cooling circuit of electric machines 11.1, 11.2 may be based on water or oil.
Le réseau électrique 21 est interfacé avec un deuxième réseau électrique 26 basse tension par l'intermédiaire d'un convertisseur de puissance continu/continu 27. Le calculateur moteur 28 ainsi que des consommateurs électriques 29 du véhicule de type éclairage, actionneurs de vitres ou de sièges sont connectés au réseau électrique 26. Ce réseau électrique 26 appelé réseau de bord est associé à une batterie 30 présentant une tension de fonctionnement inférieure à celle du premier réseau électrique 21. La tension de fonctionnement du réseau électrique 26 est de préférence de l'ordre de 12 Volts.The electrical network 21 is interfaced with a second low voltage electrical network 26 by means of a DC / DC power converter 27. The engine computer 28 as well as electrical consumers 29 of the vehicle of the lighting type, window actuators or seats are connected to the electrical network 26. This electrical network 26 called on-board network is associated with a battery 30 having an operating voltage lower than that of the first electrical network 21. The operating voltage of the electrical network 26 is preferably of the order of 12 Volts.
Suivant une variante de réalisation, il est possible d'implanter une machine électrique supplémentaire 11.T, 11.2' sur le train avant 12.1 et/ou le train arrière 12.2, afin d'augmenter la puissance et le couple disponible en roulage électrique.According to an alternative embodiment, it is possible to install an additional electric machine 11.T, 11.2 'on the front axle 12.1 and / or the rear axle 12.2, in order to increase the power and the torque available in electric driving.
La première machine électrique tournante 11.1 et la deuxième machine électrique tournante 11.2 sont configurées pour assurer seules ou en combinaison la traction du véhicule automobile. Ainsi, dans le cas où la puissance requise par le véhicule automobile n'est pas élevée, une seule machine électrique peut assurer la traction du véhicule, l'autre machine électrique étant déconnectée pour minimiser les pertes.The first rotary electric machine 11.1 and the second rotary electric machine 11.2 are configured to provide traction, alone or in combination, for the motor vehicle. Thus, in the case where the power required by the motor vehicle is not high, a single electric machine can ensure the traction of the vehicle, the other electric machine being disconnected to minimize losses.
Le premier réducteur de vitesse 13.1 et le deuxième réducteur de vitesse 13.2 pourront présenter des rapports de réduction différents. Cela permet de garantir un décollage puissant et d'optimiser la consommation électrique à haute vitesse. Dans ce cas, seule la machine électrique associée au petit ratio de vitesse reste connectée aux roues.The first speed reducer 13.1 and the second speed reducer 13.2 may have different reduction ratios. This guarantees powerful takeoff and optimizes power consumption at high speed. In this case, only the electric machine associated with the small speed ratio remains connected to the wheels.
Comme on peut le voir sur la figure 2, un dispositif de désaccouplement 19.1, 19.2 pourra comporter un actionneur à électro-aimant 32 apte à commander l'engagement d'un crabot 33 avec une pièce de liaison 34 correspondante reliée aux roues 16 du véhicule. Pour des raisons de sécurité, le dispositif 19.1, 19.2 est par défaut dans un état déverrouillé si aucun courant n'est appliqué à l'électro-aimant 32.As can be seen in Figure 2, a decoupling device 19.1, 19.2 may include an electromagnet actuator 32 capable of controlling the engagement of a dog clutch 33 with a corresponding connecting piece 34 connected to the wheels 16 of the vehicle . For security reasons, the device 19.1, 19.2 is by default in an unlocked state if no current is applied to the electromagnet 32.
Pour faire passer le dispositif 19.1, 19.2 d'un état déverrouillé à un état verrouillé, la machine électrique 11.1, 11.2 synchronise son régime avec celui des roues 16 au rapport de démultiplication près. Lors de la reconnexion, le contrôle du courant est effectué, de sorte que l'actionneur à électro-aimant 32 engage le crabot 33 dans la pièce de liaison 34.To switch the device 19.1, 19.2 from an unlocked state to a locked state, the electric machine 11.1, 11.2 synchronizes its speed with that of the wheels 16 to the nearest gear ratio. During the reconnection, the current is checked, so that the electromagnet actuator 32 engages the dog clutch 33 in the connecting piece 34.
Suivant un exemple de mise en œuvre, la synchronisation et la connexion de la machine électrique 11.1, 11.2 avec les roues 16 présente une durée inférieure à 600 ms. La consommation de courant de l'électroaimant 32 ne doit pas être supérieure à 5A et est de préférence inférieure à 2A lorsque le dispositif de désaccouplement 19.1, 19.2 est à l'état verrouillé.According to an example of implementation, the synchronization and connection of the electric machine 11.1, 11.2 with the wheels 16 has a duration of less than 600 ms. The current consumption of the electromagnet 32 should not be more than 5A and is preferably less than 2A when the uncoupling device 19.1, 19.2 is in the locked state.
Le dispositif 19.1, 19.2 comporte au moins un capteur 35 apte à renvoyer la position du crabot 33 afin que le calculateur moteur 28 et/ou l'unité de commande dédiée puisse confirmer la reconnexion de la machine électrique tournante 11.1, 11.2.The device 19.1, 19.2 comprises at least one sensor 35 capable of returning the position of the dog clutch 33 so that the engine computer 28 and / or the dedicated control unit can confirm the reconnection of the rotary electrical machine 11.1, 11.2.
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.Of course, the foregoing description has been given by way of example only and does not limit the scope of the invention from which one would not depart by replacing the various elements with any other equivalent.
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.Furthermore, the different features, variants, and / or embodiments of the present invention can be combined with one another in various combinations, insofar as they are not incompatible or mutually exclusive of one another.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2022160948A1 (en) * | 2021-01-29 | 2022-08-04 | 中国第一汽车股份有限公司 | Electric drive system and vehicle |
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