WO2012160286A1 - Vehicule a boîte de vitesses manuelle muni d'une chaîne de traction hybride et procede d'hybridation associe - Google Patents

Vehicule a boîte de vitesses manuelle muni d'une chaîne de traction hybride et procede d'hybridation associe Download PDF

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WO2012160286A1
WO2012160286A1 PCT/FR2012/051022 FR2012051022W WO2012160286A1 WO 2012160286 A1 WO2012160286 A1 WO 2012160286A1 FR 2012051022 W FR2012051022 W FR 2012051022W WO 2012160286 A1 WO2012160286 A1 WO 2012160286A1
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WO
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vehicle
clutch
engine
clutch device
traction
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PCT/FR2012/051022
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Gaetan CHESNEAU
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Peugeot Citroen Automobiles Sa
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Definitions

  • the invention relates to a manual transmission vehicle equipped with a hybrid drivetrain as well as the associated hybridization method.
  • Hybridization refers to turning a vehicle equipped with a manual transmission thermal traction chain into a hybrid vehicle combining the use of thermal and electrical energy.
  • Hybrid vehicles combine the use of a thermal traction chain formed in particular by a heat engine, a gearbox and wheels, and an electric traction train formed in particular by a battery energy storage and an electric machine.
  • These vehicles generally comprise controlled transmissions, such as for example a robotized gearbox or an automatic gearbox.
  • the management of the coupling member between the heat engine and the transmission that can take in particular the open, sliding or closed states, as well as the management of the transmission (choice and commitment of the report) are then performed by an automaton which interprets the driver's will via man-machine interfaces made available to the driver. These interfaces are formed in particular by the brake pedal and the accelerator pedal. Given the limited number of interfaces, driving the vehicle is simplified.
  • the invention relates to a vehicle comprising:
  • thermal traction chain formed by a heat engine, a clutch device controlled by a clutch control member, a manual gearbox and a differential in relation to the wheels of the vehicle;
  • a traction manager adapted to control the various vehicle traction chains according to the signals from the means for determining the gear ratio engaged and the position sensor associated with the clutch device.
  • the clutch device being connected on the one hand to the engine and on the other hand to the gearbox, the electric traction chain is positioned upstream of the engine.
  • the vehicle characterized in that it comprises a valve deactivation module of the engine.
  • the electric traction chain is positioned downstream of the engine, between the engine and the clutch device.
  • the electric power train comprising an electric machine
  • the vehicle further comprises an additional autonomous coupling member positioned between the engine and the electric power train.
  • the additional coupling member takes the form of a freewheel or a controlled clutch.
  • the means for determining whether the gear ratio is engaged is a position sensor located in the grid of the gearbox.
  • the means for determining whether the gear ratio is engaged is a calculator calculating the ratio between the engine speed and the speed of the wheels.
  • the position sensor associated with the clutch device is a sensor of the position of the clutch abutment.
  • the position sensor associated with the clutch device is a sensor of the position of the clutch pedal.
  • the electric traction chain comprises:
  • the invention further relates to a method of hybridizing a vehicle comprising:
  • thermal traction chain formed by a heat engine, a clutch device controlled by a clutch control member, a manual gearbox and a differential in relation to the wheels of the vehicle; characterized in that it comprises the following steps:
  • FIG. 1 a schematic representation of a first embodiment of the architecture of a hybrid vehicle according to the invention in which the electric traction chain is positioned upstream of the heat engine;
  • Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of the architecture of an automobile hybrid vehicle according to the invention wherein the electric traction chain is positioned downstream of the engine;
  • Figure 3 a schematic representation of two modes of operation in which the hybrid architectures according to the invention of Figures 1 and 2 operates;
  • Figures 4a-4b graphical representations of the start of the hybrid vehicle according to the invention with or without management of the clutch by the driver.
  • FIG. 1 shows a hybrid vehicle 1 made according to a first embodiment of the invention.
  • This vehicle 1 comprises a chain 5 of thermal traction comprising a heat engine 3, a clutch device 30 unmanned controlled by a control member 32 taking for example the form of a clutch pedal, a box 40 manual gearbox actuated by the driver, and a differential 45 connected to wheels 46.
  • a control member 32 taking for example the form of a clutch pedal
  • a box 40 manual gearbox actuated by the driver and a differential 45 connected to wheels 46.
  • non-driven means a clutch device that is not controlled automatically but actuated by the driver via the organ 32 order.
  • the clutch device 30 is connected on the one hand to a shaft of the thermal motor 3 and on the other hand to a primary shaft of the gearbox 40.
  • the secondary shaft of the gearbox 40 is connected to the differential 45 in relation to the wheels 46.
  • the vehicle further comprises a chain 2 of electric traction comprising an electric traction machine 10 connected to a storage device 9 via an inverter January 1.
  • This machine 10 can operate in engine mode in which the inverter 1 1 converts the DC voltage of the storage device 9 into an AC voltage supplying the machine 10 so as to ensure the traction of the vehicle 1.
  • the machine 10 In the energy recovery phase (which is particularly observable during a regenerative braking phase of the vehicle 1), the machine 10 preferably operates in a generator mode in which the inverter 1 1 converts the alternating voltage generated by the machine 10 into a voltage. DC voltage applied to the terminals of the storage device 9 so as to store the energy produced by the machine 10.
  • This storage device 9 is connected to an onboard network 6 associated with a very low voltage storage device 7 via a DC / DC converter 8.
  • This converter 8 makes it possible to transform the voltage coming from the storage device 9 into a voltage that is compatible with the voltage of the 6 edge network that is substantially lower than the voltage of the storage device 9.
  • the electric traction chain 2 in particular the electric machine 10, is positioned upstream of the thermal engine 3.
  • upstream and downstream are understood by reference to the torque transmission direction S when a torque is transmitted from the motor 3 or from the electrical machine to the wheels 46.
  • a traction manager 48 ensures in particular the control of the various members 3, 8, 9, 10 in different modes of operation of the vehicle 1. These modes of operation detailed hereinafter with reference to FIG. 3 are formed in particular by:
  • Zero Emission Vehicle Zero Emission Vehicle
  • a hybrid mode 101 comprising in particular a mode 123 called “energy optimization” in which the electrical machine 10 and the thermal engine 3 are activated and where appropriate participate together in the traction of the vehicle 1 ("boost” mode), and a mode 122 called “alternator load shedding” in which the vehicle electrical organs located in particular in the passenger compartment are powered by the storage device 9.
  • the traction manager 48 also manages the starting phase 125 or stop 126 of the thermal engine 3 and the management of the takeoff phases 124 in which the vehicle 1 is passed from zero speed to a non-zero speed.
  • the traction manager 48 proposes, via an optimized gearshift indicator, an optimum ratio for ensuring the energy efficiency of the traction chain 2 in the modes 100 and 101.
  • This optimum ratio is calculated according to the laws of passage used by a controlled gearbox. The laws of passage are determined from the running speed of the vehicle and the will of the driver.
  • the clutch device 30 comprises a thrust sensor 33 of the clutch device 30.
  • the clutch device 30 comprises a sensor 33 of the pedal position of the clutch device 30. In one example, this pedal position sensor 33 of the clutch device 30 is a potentiometer.
  • a position sensor 42 is also used to determine the gear ratio engaged. This position sensor 42 is preferably installed in the grid of the gearbox 40.
  • the sensors 33 and 42 send the traction manager 48 electrical signals corresponding to the actions of the driver respectively on the clutch pedal 32 and on the gearbox 40.
  • This driver 48 interprets the received signals and manages the transient passages. such as starting or shifting by sending commands to elements 3, 8, 9, 10 of the thermal chain and the electric chain 2.
  • the gearbox 40 does not include a sensor 42 and the calculation of the gear ratio engaged is performed by the traction driver 48 as a function of the ratio between the engine speed 3 and the speed of the wheels 46.
  • the electric machine 10 also preferably comprises a module 12 for deactivating the valve of the engine 3. This module 12 improves the energy efficiency of the vehicle 1.
  • FIG. 2 shows a hybrid vehicle 1 made according to a second embodiment of the invention making it possible to limit as much as possible the energy losses of the engine 3.
  • the chain 5 of thermal traction comprises an engine 3, a non-controlled clutch device 30 controlled by a control member 32 taking for example the form of a clutch pedal, a manual gearbox 40 actuated by the driver, a differential 45 connected to wheels 46 and an additional coupling member 60 and autonomous taking for example the form of a free wheel or a controlled clutch device.
  • Unmanned means a device 30 clutch which is not controlled automatically but actuated by the driver via the control member 32.
  • controlled is meant a clutch device that is controlled automatically without requiring action on the part of the driver.
  • the electric traction chain 2 comprises an electric traction machine 10 connected to a storage device 9 via an inverter 1 1.
  • This machine 10 can operate in engine mode in which the inverter 1 1 converts the DC voltage of the storage device 9 into an AC voltage supplying the machine 10 so as to ensure the traction of the vehicle 1.
  • the machine 10 preferably operates in a generator mode in which the inverter 1 1 converts the alternating voltage generated by the machine 10 into a DC voltage applied at the terminals of the storage device 9 so as to store the energy produced by the machine 10.
  • This storage device 9 is connected to an edge network 6 associated with a very low voltage storage device 7 via a reversible DC / DC converter 8 or not.
  • This converter 8 makes it possible to transform the voltage coming from the storage device 9 into a voltage compatible with the voltage of the edge network 6 which is substantially less than the voltage of the storage device 9.
  • the converter 8 makes it possible to transform the voltage of the edge network 6 into a voltage compatible with the voltage of the storage device 9 which is substantially greater than the voltage of the on-board network 6. .
  • the reversible converter 8 thus makes it possible to provide a charging function via the on-board network 6 in the case where the engine 3 of the vehicle 1 is stopped and has no starter on the on-board network 6 and in the case where the storage device 9 is empty.
  • the clutch device 30 is connected on the one hand to the electric machine 10 of the electric traction chain 2 and on the other hand to the shaft Primary 40 gearbox.
  • the secondary shaft of the gearbox 40 is connected to the differential 45 in relation to the wheels 46.
  • the additional independent coupling member 60 is connected on the one hand to the engine 3 and on the other hand to the electric machine 10.
  • the electric traction chain 2, in particular machine 10, is positioned downstream of the engine 3.
  • the machine 10 is positioned between the member 60 and the unmanned clutch device 30.
  • a traction manager 48 ensures in particular the control of the various members 3, 8, 9, 10 and 60 in the various operating modes of the vehicle 1.
  • the vehicle also comprises sensors 33 and 42 indicating the state of activation by the driver of the clutch device 30 and the gearbox 40.
  • Figure 3 shows the different modes of operation of the hybrid vehicle 1 made according to the first or the second embodiment and the conditions of passage from one mode of operation to another.
  • the thermal engine 3 is stopped, the clutch device 30 is closed and a gear ratio engaged.
  • the vehicle 1 can then behave as an electric vehicle operating thanks to the energy present in the low-voltage storage device 9. This energy is transmitted to the machine 10 which transforms it into mechanical energy in order to drive the wheels 46.
  • the mode 100 "ZEV” is activated by the traction manager 48 when the speed of the vehicle 1 is less than a certain number of times. 108 threshold and when the state of charge of the storage device 9 is greater than a certain threshold 109.
  • the threshold 108 is of the order of 20 km / h and the threshold 109 of the state of charge of the storage device 9 is of the order of 50%.
  • Mode 100 reduces fuel consumption and efficiently utilizes the energy recovered during a deceleration.
  • the storage device 9 is recharged by recovering the kinetic energy via the electric machine 10 during braking of the vehicle.
  • Mode 100 "ZEV" is selected by default by the driver 48. However, this default selection can be inhibited by the driver via a button.
  • the take-off phase 124 of the vehicle 1 is carried out with the management of the clutch device 30, the accelerator and the gear ratio engaged by the driver.
  • the engine 3 then has a minimum speed of the order of 800 rpm, or 800 * 2.5 considering the reduction of the belt.
  • the speed of the engine 3 is increased before closing the clutch.
  • Figure 4a shows the evolution of the engine speed (see curve Nmot), the speed of the primary shaft of the gearbox 40 (see curve Narb), the depression of the clutch pedal 32 (see curve Emb), depressing the accelerator pedal (see curve Acc) during the take-off phase 124 of the vehicle 1 depending on the actions of the driver in time when the driver manages the clutch device.
  • the clutch pedal 32 is fully depressed and the accelerator pedal is fully released.
  • the driver gradually depresses the accelerator pedal while keeping pressed the clutch pedal 32 which has the effect of gradually increasing the engine speed Nmot up to 1000 rpm.
  • the driver continues to gradually depress the accelerator pedal while gradually releasing the clutch pedal 32 which has the effect of gradually increasing the speed of the primary shaft of the box 40 of speeds.
  • the clutch pedal 32 is fully released so that the speed of the primary shaft is coincident with that of the motor.
  • the take-off phase 124 of the vehicle 1 is carried out with the management of the accelerator and of the gear ratio engaged by the driver without management of the clutch device 30 by the driver. driver.
  • the machine 10 drives the motor 3, which presents a risk of excitation of the moving load of the engine 3.
  • the valve deactivation module 12 avoids this by moving the eigen modes of the engine. The valve deactivation module 12 thus makes it possible to improve the energy savings of the hybrid vehicle 1 made according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 4b shows the evolution of the engine speed (see curve Nmot), the speed of the primary shaft of the gearbox 40 (see curve Narb), the depression of the clutch pedal (see curve Emb), depressing the accelerator pedal (see curve Acc) depending on the actions of the driver in time when the latter does not manage the clutch device 30.
  • the Nmot engine speed substantially follows the variations of depression of the accelerator pedal.
  • the threshold 1 10 is of the order of 20 km / h and the threshold 1 1 1 1 of the state of charge of the storage device 9 is of the order of 50%.
  • the vehicle 1 can operate in two 130,140 life stages interacting with each other and according to which the engine is respectively on or off.
  • the vehicle 1 can operate in the mode 122 called "alternator shedding" in which the electrical auxiliaries are powered by the storage device 9.
  • the electric machine 10 can be used in combination with the thermal engine 3, when the engine 3 operates in a zone of lower efficiency in order to improve the efficiency of the vehicle 1.
  • phase 126 When the driver 48 detects in phase 126 that the driver lifts his foot off the accelerator pedal or a stop of the vehicle 1, we go from phase 130 to phase 140 in which the engine 3 thermal is stopped.
  • the storage device 9 is recharged and the electrical auxiliaries are powered by the kinetic energy recovery by means of the 10 electric machine.
  • the vehicle 1 is a rechargeable hybrid vehicle in which the storage device 9 and the storage devices 7, 9 are reloaded on a terminal in order to improve the autonomy of the "ZEV" mode.
  • the recharge of these storage devices 7, 9 is provided by a charging socket connecting the storage device 9 and the 220V network.

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Abstract

L'invention concerne essentiellement un véhicule (1) comportant : - une chaîne (5) de traction thermique formée par un moteur thermique (3), un dispositif (30) d'embrayage commandé par un organe (32) de commande d'embrayage, une boîte (40) de vitesses manuelle, ainsi qu'un différentiel (45) en relation avec des roues (46) du véhicule (1), caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - une chaîne de traction électrique (2) installée en amont du dispositif (30) d'embrayage et de la boîte de vitesses (40), - un moyen (42) pour déterminer le rapport de vitesse engagé, - un capteur (33) de position associé au dispositif (30) d'embrayage, et - un gestionnaire de traction (48) apte à commander les différentes chaînes de traction (2, 5) du véhicule (1) en fonction des signaux issus du moyen (42) pour déterminer le rapport de vitesse engagé et du capteur (33) de position associé au dispositif (30) d'embrayage.

Description

VEHICULE A BOÎTE DE VITESSES MANUELLE MUNI D'UNE CHAÎNE DE TRACTION HYBRIDE ET PROCEDE D'HYBRIDATION ASSOCIE
[01] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[02] L'invention concerne un véhicule à boîte de vitesses manuelle muni d'une chaîne de traction hybride ainsi que le procédé d'hybridation associé. Par « hybridation », on entend le fait de transformer un véhicule muni d'une chaîne de traction thermique à boîte de vitesses manuelle en un véhicule hybride combinant l'utilisation d'une énergie thermique et électrique.
[03] ETAT DE LA TECHNIQUE [04] Les véhicules hybrides combinent l'utilisation d'une chaîne de traction thermique formée notamment par un moteur thermique, une boîte de vitesses et des roues, et une chaîne de traction électrique formée notamment par une batterie de stockage d'énergie et une machine électrique.
[05] Ces véhicules comportent généralement des transmissions pilotées, comme par exemple une boîte de vitesses robotisée ou une boîte de vitesses automatique. La gestion de l'organe de couplage entre le moteur thermique et la transmission pouvant prendre notamment les états ouvert, glissant, ou fermé, ainsi que la gestion de la transmission (choix et engagement du rapport) sont alors réalisés par un automate qui interprète la volonté du conducteur via des interfaces homme-machine mises à la disposition du conducteur. Ces interfaces sont formées notamment par la pédale de frein et la pédale d'accélérateur. Compte tenu du nombre limité d'interfaces, la conduite du véhicule est simplifiée.
[06] On connaît également des architectures hybrides simplifiées de véhicule thermique dans lesquelles une chaîne électrique de traction est positionnée en amont de la boîte de vitesses et de l'embrayage. Toutefois, dans ce type d'architecture, les boîtes de vitesses sont pilotées, ce qui augmente le coût de revient du système. En outre, ce type d'architecture n'est pas adaptable à des architectures de véhicules classiques comportant une boîte de vitesses manuelle. [07] Il existe donc le besoin d'une architecture hybride à bas coût permettant de s'adapter facilement à des chaînes de traction thermiques comportant une boîte de vitesses manuelle non pilotée.
[08] OBJET DE L'INVENTION [09] L'invention a notamment pour but de combler ce besoin.
[010] A cet effet, l'invention concerne un véhicule comportant :
- une chaîne de traction thermique formée par un moteur thermique, un dispositif d'embrayage commandé par un organe de commande d'embrayage, une boîte de vitesses manuelle, ainsi qu'un différentiel en relation avec des roues du véhicule,
caractérisé en ce qu'il comporte en outre :
- une chaîne de traction électrique installée en amont du dispositif d'embrayage et de la boîte de vitesses,
- un moyen pour déterminer le rapport de vitesse engagé,
- un capteur de position associé au dispositif d'embrayage, et
- un gestionnaire de traction apte à commander les différentes chaînes de traction du véhicule en fonction des signaux issus du moyen pour déterminer le rapport de vitesse engagé et du capteur de position associé au dispositif d'embrayage. [011] En conservant la boîte de vitesse manuelle et l'embrayage non piloté, les modifications apportées à la chaîne de traction du véhicule thermique classique sont mineures. Cela permet, outre de faciliter l'hybridation du véhicule, de réduire son coût de revient et d'optimiser l'efficacité énergétique du véhicule. [012] Selon une réalisation, le véhicule comporte un indicateur de changement de rapport optimisé sur un tableau de bord.
[013] Selon une réalisation, le dispositif d'embrayage étant relié d'une part au moteur thermique et d'autre part à la boîte de vitesses, la chaîne de traction électrique est positionnée en amont du moteur thermique. [014] Selon une réalisation, véhicule caractérisé en ce qu'il comporte un module de désactivation de soupapes du moteur thermique. [015] Selon une réalisation, la chaîne de traction électrique est positionnée en aval du moteur thermique, entre le moteur thermique et le dispositif d'embrayage.
[016] Selon une réalisation, la chaîne de traction électrique comportant une machine électrique, le véhicule comporte en outre un organe de couplage additionnel autonome positionné entre le moteur thermique et la chaîne de traction électrique.
[017] Selon une réalisation, l'organe de couplage additionnel prend la forme d'une roue libre ou d'un embrayage piloté. [018] Selon une réalisation, le moyen pour déterminer si le rapport de vitesse est engagé est un capteur de position situé dans la grille de la boîte de vitesses.
[019] Selon une réalisation, le moyen pour déterminer si le rapport de vitesse est engagé est un calculateur calculant le rapport entre le régime moteur et le régime des roues.
[020] Selon une réalisation, le capteur de position associé au dispositif d'embrayage est un capteur de la position de la butée d'embrayage.
[021] Selon une réalisation, le capteur de position associé au dispositif d'embrayage est un capteur de la position de la pédale d'embrayage. [022] Selon une réalisation, la chaîne de traction électrique comporte :
- une machine électrique,
- un dispositif de stockage d'énergie, et
- un onduleur assurant la mise en relation entre la machine électrique et le dispositif de stockage d'énergie. [023] L'invention concerne en outre un procédé d'hybridation d'un véhicule comportant :
- une chaîne de traction thermique formée par un moteur thermique, un dispositif d'embrayage commandé par un organe de commande d'embrayage, une boîte de vitesses manuelle, ainsi qu'un différentiel en relation avec des roues du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- ajouter une chaîne de traction électrique installée en amont du dispositif d'embrayage et de la boîte de vitesses,
- ajouter un moyen pour déterminer le rapport de vitesse engagé,
- ajouter un capteur de position associé au dispositif d'embrayage, et
- ajouter un organe de commande apte à commander les différentes chaînes de traction du véhicule en fonction des signaux issus du moyen pour déterminer le rapport de vitesse engagé et du capteur de position associé au dispositif d'embrayage. [024] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[025] 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. Elles montrent : [026] Figure 1 : une représentation schématique d'un premier mode de réalisation de l'architecture d'un véhicule hybride selon l'invention dans lequel la chaîne de traction électrique est positionnée en amont du moteur thermique ;
[027] Figure 2 : une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'architecture d'un véhicule hybride automobile selon l'invention dans lequel la chaîne de traction électrique est positionnée en aval du moteur thermique ;
[028] Figure 3 : une représentation schématique de deux modes de fonctionnement dans lesquels fonctionne les architectures hybrides selon l'invention des Figures 1 et 2 ;
[029] Figures 4a-4b : des représentations graphiques du démarrage du véhicule hybride selon l'invention avec ou sans gestion de l'embrayage par le conducteur.
[030] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [031] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
[032] La Figure 1 montre un véhicule 1 hybride réalisé selon un premier mode de réalisation de l'invention. [033] Ce véhicule 1 comporte une chaîne 5 de traction thermique comportant un moteur thermique 3, un dispositif 30 d'embrayage non piloté commandé par un organe 32 de commande prenant par exemple la forme d'une pédale d'embrayage, une boîte 40 de vitesses manuelle actionnée par le conducteur, et un différentiel 45 relié à des roues 46. Par « non piloté », on entend un dispositif 30 embrayage qui n'est pas commandé automatiquement mais actionné par le conducteur par l'intermédiaire de l'organe 32 de commande.
[034] Le dispositif 30 d'embrayage est relié d'une part à un arbre du moteur 3 thermique et d'autre part à un arbre primaire de la boîte 40 de vitesses. L'arbre secondaire de la boîte 40 de vitesses est relié au différentiel 45 en relation avec les roues 46.
[035] Le véhicule comporte en outre une chaîne 2 de traction électrique comportant une machine 10 électrique de traction reliée à un dispositif 9 de stockage par l'intermédiaire d'un onduleur 1 1 . Cette machine 10 peut fonctionner en mode moteur suivant lequel l'onduleur 1 1 transforme la tension continue du dispositif 9 de stockage en une tension alternative alimentant la machine 10 de manière à assurer la traction du véhicule 1 . En phase de récupération d'énergie (observable notamment lors d'une phase de freinage récupératif du véhicule 1 ), la machine 10 fonctionne de préférence en mode générateur suivant lequel l'onduleur 1 1 transforme la tension alternative générée par la machine 10 en une tension continue appliquée aux bornes du dispositif 9 de stockage de manière à stocker l'énergie produite par la machine 10.
[036] Ce dispositif 9 de stockage est relié à un réseau de bord 6 associé à un dispositif 7 de stockage très basse tension via un convertisseur 8 continu/continu. Ce convertisseur 8 permet de transformer la tension issue du dispositif 9 de stockage en une tension compatible avec la tension du réseau 6 de bord qui est sensiblement inférieure à la tension du dispositif 9 de stockage.
[037] La chaîne 2 de traction électrique, en particulier la machine 10 électrique, est positionnée en amont du moteur 3 thermique. Dans ce document, les termes « amont », « aval » sont entendus par référence au sens S de transmission du couple lorsqu'un couple est transmis du moteur 3 ou de la machine 10 électrique vers les roues 46.
[038] Un gestionnaire de traction 48 assure notamment la commande des différents organes 3, 8, 9, 10 dans différents modes de fonctionnement du véhicule 1 . Ces modes de fonctionnement détaillés ci-après en référence avec la Figure 3 sont formés notamment par :
- un mode 100 dit mode « ZEV » (Zéro Emission Vehicle) dans lequel seule la machine 10 électrique assure la traction du véhicule 1 .
- un mode 101 hybride comportant notamment un mode 123 dit « d'optimisation énergétique » dans lequel la machine 10 électrique et le moteur 3 thermique sont activés et le cas échéant participent ensemble à la traction du véhicule 1 (mode « boost »), ainsi qu'un mode 122 dit de « délestage alternateur » dans lequel les organes électriques du véhicule situés notamment dans l'habitacle sont alimentés par le dispositif 9 de stockage.
- des modes 120, 121 de « freinage récupératif » dans lesquels on récupère l'énergie cinétique du véhicule 1 à l'aide de la machine 10 électrique fonctionnant en mode générateur.
[039] Le gestionnaire de traction 48 assure également la gestion de la phase de démarrage 125 ou d'arrêt 126 du moteur 3 thermique ainsi que la gestion des phases 124 de décollage dans lesquelles on fait passer le véhicule 1 d'une vitesse nulle à une vitesse non nulle.
[040] En outre, le gestionnaire de traction 48 propose, via un indicateur de changement de rapport optimisé, un rapport optimum pour assurer l'efficacité énergétique de la chaîne 2 de traction dans les modes 100 et 101 . Ce rapport optimum est calculé en fonction des lois de passage utilisées par une boîte de vitesse pilotée. Les lois de passage sont déterminées à partir de la vitesse de roulage du véhicule et de la volonté du conducteur. [041] Par ailleurs, le dispositif 30 d'embrayage comporte un capteur 33 de butée du dispositif 30 d'embrayage. En variante ou en complément, le dispositif 30 d'embrayage comporte un capteur 33 de position de la pédale du dispositif 30 d'embrayage. Dans un exemple, ce capteur 33 de position de la pédale du dispositif 30 d'embrayage est un potentiomètre.
[042] On utilise également un capteur 42 de position permettant de déterminer le rapport de vitesse engagé. Ce capteur 42 de position est installé de préférence dans la grille de la boîte de vitesses 40.
[043] Les capteurs 33 et 42 envoient au gestionnaire 48 de traction des signaux électriques correspondant aux actions du conducteur respectivement sur la pédale 32 d'embrayage et sur la boîte de vitesses 40. Ce gestionnaire 48 interprète les signaux reçus et gère les passages transitoires comme le démarrage ou les changements de vitesses en envoyant des ordres aux éléments 3, 8, 9, 10 de la chaîne 5 thermique et de la chaîne 2 électrique. [044] En variante, la boîte de vitesses 40 ne comporte pas de capteur 42 et le calcul du rapport de vitesse engagé est effectué par le gestionnaire 48 de traction en fonction du rapport entre le régime du moteur 3 et le régime des roues 46.
[045] La machine électrique 10 comporte également de préférence un module 12 de désactivation de soupape du moteur 3. Ce module 12 permet d'améliorer l'efficacité énergétique du véhicule 1 .
[046] La Figure 2 montre un véhicule 1 hybride réalisé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention permettant de limiter au maximum les pertes énergétiques du moteur 3. [047] A cet effet, la chaîne 5 de traction thermique comporte un moteur 3 thermique, un dispositif 30 d'embrayage non piloté commandé par un organe 32 de commande prenant par exemple la forme d'une pédale d'embrayage, une boîte 40 de vitesses manuelle actionnée par le conducteur, un différentiel 45 relié à des roues 46 ainsi qu'un organe de couplage 60 additionnel et autonome prenant par exemple la forme d'une roue libre ou d'un dispositif d'embrayage piloté. Par « non piloté », on entend un dispositif 30 embrayage qui n'est pas commandé automatiquement mais actionné par le conducteur par l'intermédiaire de l'organe 32 de commande. Par « piloté », on entend un dispositif d'embrayage qui est commandé automatiquement sans qu'il nécessite une action de la part du conducteur. [048] La chaîne 2 de traction électrique comporte une machine 10 électrique de traction reliée à un dispositif 9 de stockage par l'intermédiaire d'un onduleur 1 1 . Cette machine 10 peut fonctionner en mode moteur suivant lequel l'onduleur 1 1 transforme la tension continue du dispositif 9 de stockage en une tension alternative alimentant la machine 10 de manière à assurer la traction du véhicule 1 . En phase de récupération d'énergie (observable notamment lors d'un freinage du véhicule 1 ), la machine 10 fonctionne de préférence en mode générateur suivant lequel l'onduleur 1 1 transforme la tension alternative générée par la machine 10 en une tension continue appliquée aux bornes du dispositif 9 de stockage de manière à stocker l'énergie produite par la machine 10.
[049] Ce dispositif 9 de stockage est relié à un réseau de bord 6 associé à un dispositif 7 de stockage très basse tension via un convertisseur 8 continu/continu réversible ou non. Ce convertisseur 8 permet de transformer la tension issue du dispositif 9 de stockage en une tension compatible avec la tension du réseau 6 de bord qui est sensiblement inférieure à la tension du dispositif 9 de stockage.
[050] Dans le cas où le convertisseur 8 est réversible, ce convertisseur 8 permet de transformer la tension du réseau 6 de bord en une tension compatible avec la tension du dispositif 9 de stockage qui est sensiblement supérieure à la tension du réseau 6 de bord.
[051] Le convertisseur 8 réversible permet ainsi d'assurer une fonction de recharge par le réseau 6 de bord dans le cas où le moteur 3 du véhicule 1 est arrêté et ne possède pas de démarreur sur le réseau 6 de bord et dans le cas où le dispositif 9 de stockage est vide. [052] Le dispositif 30 d'embrayage est relié d'une part à la machine 10 électrique de la chaîne 2 de traction électrique et d'autre part à l'arbre primaire de la boîte 40 de vitesses. L'arbre secondaire de la boîte 40 de vitesses est relié au différentiel 45 en relation avec les roues 46.
[053] L'organe 60 de couplage additionnel autonome est relié d'une part au moteur 3 et d'autre part à la machine 10 électrique. La chaîne 2 de traction électrique, en particulier machine 10, est positionnée en aval du moteur 3. En effet, dans ce mode de réalisation, la machine 10 est positionnée entre l'organe 60 et le dispositif 30 d'embrayage non piloté.
[054] De manière analogue au gestionnaire 48, un gestionnaire de traction 48 assure notamment la commande des différents organes 3, 8, 9, 10 et 60 dans les différents modes de fonctionnement du véhicule 1 .
[055] Le véhicule comporte également des capteurs 33 et 42 renseignant l'état d'activation par le conducteur du dispositif 30 d'embrayage et de la boîte de vitesses 40.
[056] La Figure 3 montre les différents modes de fonctionnement du véhicule 1 hybride réalisé suivant le premier ou le deuxième mode de réalisation ainsi que les conditions de passage d'un mode de fonctionnement à un autre.
[057] Dans le premier mode 100, dit mode « ZEV » (« Zéro-Emission Vehicle » en anglais), le moteur 3 thermique est à l'arrêt, le dispositif 30 d'embrayage est fermé et un rapport de vitesse engagé. Le véhicule 1 peut alors se comporter comme un véhicule électrique fonctionnant grâce à l'énergie présente dans le dispositif 9 de stockage basse tension. Cette énergie est transmise à la machine 10 qui la transforme en énergie mécanique afin d'entraîner les roues 46. [058] Le mode 100 « ZEV » est activé par le gestionnaire 48 de traction lorsque la vitesse du véhicule 1 est inférieure à un certain seuil 108 et lorsque l'état de charge du dispositif 9 de stockage est supérieur à un certain seuil 109. Dans un exemple, le seuil 108 est de l'ordre de 20 km/h et le seuil 109 de l'état de charge du dispositif 9 de stockage est de l'ordre de 50%. [059] Le mode 100 « ZEV » permet de réduire la consommation de carburant et d'utiliser efficacement l'énergie récupérée lors d'une décélération. A cet effet, dans la phase 120 de « freinage récupératif », le dispositif 9 de stockage se recharge par récupération de l'énergie cinétique via la machine 10 électrique lors du freinage du véhicule.
[060] Le mode 100 « ZEV » est sélectionné par défaut par le gestionnaire 48. Cependant, cette sélection par défaut peut être inhibée par le conducteur via un bouton.
[061] De préférence, dans le mode 100 « ZEV » du premier mode de réalisation (cf. Figure 1 ), la phase 124 de décollage du véhicule 1 s'effectue avec gestion du dispositif 30 d'embrayage, de l'accélérateur et du rapport de vitesse engagé par le conducteur. Le moteur 3 présente alors un régime minimal de l'ordre de 800 tr/min, soit 800*2,5 en considérant la démultiplication de la courroie. Lors du décollage, on augmente le régime du moteur 3 thermique avant de fermer l'embrayage.
[062] Plus précisément, la Figure 4a montre l'évolution du régime moteur (cf. courbe Nmot), de la vitesse de l'arbre primaire de la boîte 40 de vitesses (cf. courbe Narb), de l'enfoncement de la pédale 32 d'embrayage (cf. courbe Emb), de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur (cf. courbe Acc) lors de la phase 124 de décollage du véhicule 1 en fonction des actions du conducteur dans le temps lorsque le conducteur gère le dispositif 30 d'embrayage.
[063] Plus précisément, à un instant tO, la pédale d'embrayage 32 est enfoncée complètement et la pédale d'accélérateur est totalement relâchée. Entre les instants tO et t1 , le conducteur enfonce progressivement la pédale de l'accélérateur tout en gardant enfoncée la pédale d'embrayage 32 ce qui a pour effet d'augmenter progressivement le régime moteur Nmot jusqu'à 1000 tr/min. Entre les instants t1 et t2, le conducteur continue d'enfoncer progressivement la pédale d'accélérateur tout en relâchant progressivement la pédale d'embrayage 32 ce qui a pour conséquence d'augmenter progressivement la vitesse de l'arbre primaire de la boîte 40 de vitesses. A l'instant t2, la pédale d'embrayage 32 est totalement relâchée de sorte que la vitesse de l'arbre primaire se confond avec celle du moteur. [064] En variante, dans le mode 100 « ZEV », la phase 124 de décollage du véhicule 1 s'effectue avec gestion de l'accélérateur et du rapport de vitesse engagé par le conducteur sans gestion du dispositif 30 d'embrayage par le conducteur. Cela permet de simplifier l'interface homme/machine, mais peut provoquer un désagrément sur le ressenti du conducteur et un endommagement du groupe motopropulseur. En effet, la machine 10 entraîne le moteur 3, ce qui présente un risque d'excitation de la charge mobile du moteur 3. Le module 12 de désactivation de soupape permet d'éviter cela en déplaçant les modes propres du moteur. Le module 12 de désactivation de soupape permet ainsi d'améliorer les gains d'énergie du véhicule 1 hybride réalisé selon le premier mode de réalisation de l'invention.
[065] Plus précisément, la Figure 4b montre l'évolution du régime moteur (cf. courbe Nmot), de la vitesse de l'arbre primaire de la boîte 40 de vitesses (cf. courbe Narb), de l'enfoncement de la pédale d'embrayage (cf. courbe Emb), de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur (cf. courbe Acc) en fonction des actions du conducteur dans le temps lorsque ce dernier ne gère pas le dispositif 30 d'embrayage. Dans ce cas, on remarque que le régime moteur Nmot suit sensiblement les variations d'enfoncement de la pédale d'accélérateur. [066] Lorsque la vitesse du véhicule 1 dépasse un certain seuil 1 10 ou lorsque l'état de charge du dispositif 9 de stockage est inférieur à un certain seuil 1 1 1 , le véhicule 1 passe dans un deuxième mode 101 de fonctionnement dit mode « hybride ». Dans un exemple, le seuil 1 10 est de l'ordre de 20 km/h et le seuil 1 1 1 de l'état de charge du dispositif 9 de stockage est de l'ordre de 50%.
[067] Dans le mode 101 hybride, le véhicule 1 peut fonctionner dans deux phases de vie 130,140 interagissant entre elles et suivant lesquelles le moteur thermique est respectivement allumé ou éteint.
[068] Dans la phase de vie 130, le moteur 3 thermique étant démarré, le véhicule 1 peut fonctionner dans le mode 122 dit de « délestage alternateur » dans laquelle les auxiliaires électriques sont alimentés par le dispositif 9 de stockage. Dans le mode 123 « d'optimisation énergétique », la machine 10 électrique peut être utilisée en combinaison avec le moteur 3 thermique, lorsque le moteur 3 fonctionne dans une zone de moindre rendement afin d'améliorer le rendement du véhicule 1 .
[069] Lorsque le gestionnaire 48 détecte dans la phase 126 que le conducteur lève le pied de la pédale d'accélérateur ou une mise à l'arrêt du véhicule 1 , on passe de la phase 130 à la phase 140 dans laquelle le moteur 3 thermique est arrêté.
[070] Lorsque le gestionnaire 48 détecte dans la phase 125 une demande d'accélération de la part du conducteur ou une mise en mouvement du véhicule 1 , on repasse de la phase de vie 140 à la phase de vie 130 dans laquelle le moteur 3 thermique est redémarré. Le moteur 3 thermique est redémarré de préférence à l'aide de la machine 10 électrique.
[071] Par ailleurs, lors de la phase 121 dite de « freinage récupératif » se produisant dans le mode 101 hybride, le dispositif 9 de stockage se recharge et les auxiliaires électriques sont alimentés par la récupération de l'énergie cinétique au moyen de la machine 10 électrique.
[072] Dans une variante, le véhicule 1 est un véhicule hybride rechargeable dans lequel le dispositif 9 de stockage ainsi que les dispositifs 7, 9 de stockage sont rechargés sur une borne afin d'améliorer l'autonomie du mode 100 « ZEV ». [073] La recharge de ces dispositifs 7, 9 de stockage est assurée par une prise de charge mettant en relation le dispositif 9 de stockage et le réseau 220V.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Véhicule (1 ) comportant :
- une chaîne (5) de traction thermique formée par un moteur thermique (3), un dispositif (30) d'embrayage commandé par un organe (32) de commande d'embrayage, une boîte (40) de vitesses manuelle, ainsi qu'un différentiel (45) en relation avec des roues (46) du véhicule (1 ),
caractérisé en ce qu'il comporte en outre :
- une chaîne de traction électrique (2) installée en amont du dispositif (30) d'embrayage et de la boîte de vitesses (40),
- un moyen (42) pour déterminer le rapport de vitesse engagé,
- un capteur (33) de position associé au dispositif (30) d'embrayage, et
- un gestionnaire de traction (48) apte à commander les différentes chaînes de traction (2, 5) du véhicule (1 ) en fonction des signaux issus du moyen (42) pour déterminer le rapport de vitesse engagé et du capteur (33) de position associé au dispositif (30) d'embrayage.
2. Véhicule selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un indicateur de changement de rapport optimisé sur un tableau de bord.
3. Véhicule selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, le dispositif (30) d'embrayage étant relié d'une part au moteur (3) thermique et d'autre part à la boîte (40) de vitesses, la chaîne (2) de traction électrique est positionnée en amont du moteur (3) thermique.
4. Véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un module (12) de désactivation de soupapes du moteur (3) thermique.
5. Véhicule selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chaîne (2) de traction électrique est positionnée en aval du moteur (3) thermique, entre le moteur (3) thermique et le dispositif (30) d'embrayage.
6. Véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chaîne (2) de traction électrique comportant une machine électrique (10), le véhicule (1 ) comporte en outre un organe de couplage (60) additionnel autonome positionné entre le moteur (3) thermique et la chaîne (2) de traction électrique.
7. Véhicule selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de couplage (60) additionnel prend la forme d'une roue libre ou d'un embrayage piloté.
8. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen (42) pour déterminer si le rapport de vitesse est engagé est un capteur (42) de position situé dans la grille de la boîte (40) de vitesses.
9. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen (42) pour déterminer si le rapport de vitesse est engagé est un calculateur calculant le rapport entre le régime moteur et le régime des roues.
10. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le capteur (33) de position associé au dispositif (30) d'embrayage est un capteur (33) de la position de la butée d'embrayage.
1 1 . Véhicule selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le capteur (33) de position associé au dispositif (30) d'embrayage est un capteur (33) de la position de la pédale d'embrayage.
12. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que la chaîne de traction électrique (2) comporte :
- une machine électrique (10),
- un dispositif (9) de stockage d'énergie, et
- un onduleur (1 1 ) assurant la mise en relation entre la machine électrique (10) et le dispositif (9) de stockage d'énergie.
13. Procédé d'hybridation d'un véhicule (1 ) comportant :
- une chaîne (5) de traction thermique formée par un moteur thermique (3), un dispositif (30) d'embrayage commandé par un organe (32) de commande d'embrayage, une boîte (40) de vitesses manuelle, ainsi qu'un différentiel (45) en relation avec des roues (46) du véhicule (1 ),
caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- ajouter une chaîne de traction électrique (2) installée en amont du dispositif (30) d'embrayage et de la boîte de vitesses (40),
- ajouter un moyen (42) pour déterminer le rapport de vitesse engagé,
- ajouter un capteur (33) de position associé au dispositif (30) d'embrayage, et
- ajouter un organe de commande (48) apte à commander les différentes chaînes de traction (2, 5) du véhicule (1 ) en fonction des signaux issus du moyen (42) pour déterminer le rapport de vitesse engagé et du capteur (33) de position associé au dispositif d'embrayage (30).
PCT/FR2012/051022 2011-05-25 2012-05-09 Vehicule a boîte de vitesses manuelle muni d'une chaîne de traction hybride et procede d'hybridation associe WO2012160286A1 (fr)

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