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FR3056463B1 - Groupe motopropulseur a double train epicycloidal optimise pour un vehicule de type hybride - Google Patents

Groupe motopropulseur a double train epicycloidal optimise pour un vehicule de type hybride Download PDF

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FR3056463B1
FR3056463B1 FR1659346A FR1659346A FR3056463B1 FR 3056463 B1 FR3056463 B1 FR 3056463B1 FR 1659346 A FR1659346 A FR 1659346A FR 1659346 A FR1659346 A FR 1659346A FR 3056463 B1 FR3056463 B1 FR 3056463B1
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Abstract

La présente invention concerne un groupe motopropulseur de véhicule automobile de type hybride comportant une machine électrique (22), un moteur thermique, un dispositif de variation de vitesse (14) comprenant un premier train épicycloïdal avec un planétaire (34) et une couronne (48) reliés chacun à l'arbre (12) du moteur thermique (10) par un accouplement à commande contrôlée (68, 70) et à une partie fixe du véhicule par un accouplement unidirectionnel (30, 32), et une voie de transmission de mouvement (106, 108a) à un essieu moteur (16), ledit groupe comporte un deuxième train épicycloïdal avec un planétaire (102a) et une couronne (110a) reliés chacun à l'essieu moteur (16) par un accouplement à commande contrôlée (146a). Selon l'invention la couronne (110a) est liée en rotation avec la machine électrique (22) de façon à être entrainée directement en rotation par la machine électrique, et le planétaire du deuxième train est couplé au premier train épicycloïdal.

Description

La présente invention se rapporte à un groupe motopropulseur pour l'entraînement d'un véhicule automobile.
Elle concerne plus particulièrement un groupe motopropulseur pour un véhicule de type hybride.
Comme cela est déjà connu, ce type de véhicule comporte un groupe motopropulseur qui utilise seul ou en combinaison, comme mode d'entraînement en traction/propulsion, un moteur thermique, généralement à combustion interne, avec un dispositif de variation de vitesse et une machine motrice/réceptrice, comme une machine électrique rotative reliée à une source électrique, telle qu'un ou plusieurs accumulateurs électriques ou batteries.
Cette combinaison permet d'optimiser les performances de ce véhicule, tant au niveau de la réduction des émissions de polluants dans l'atmosphère qu'au niveau de la diminution de la consommation en carburant.
Ainsi, lorsque l'on souhaite déplacer le véhicule avec un couple important sur une grande plage de vitesses tout en limitant la génération de gaz d'échappement et de bruit, comme dans un site urbain, l'utilisation de la machine électrique est privilégiée pour entraîner en déplacement ce véhicule.
Par contre, le moteur thermique est utilisé pour déplacer ce véhicule lors d'utilisations où une puissance d'entraînement élevée et une grande autonomie de fonctionnement sont demandées.
Comme cela est déjà connu par la demande de brevet français N° 2 955 165 du demandeur, le groupe motopropulseur de véhicule automobile comprend un moteur thermique avec un arbre relié à un dispositif de transmission à variation de vitesse comportant un train épicycloïdal de moteur avec un planétaire et une couronne reliés chacun à l'arbre du moteur thermique par un accouplement à commande contrôlée et à une partie fixe du groupe par un accouplement unidirectionnel et un porte-satellites transmettant la variation de vitesse à l'essieu moteur du véhicule par l'intermédiaire d'une voie de transmission comportant les éléments compris entre l'arbre du porte-satellites et l'essieu et qui permettent d'assurer la liaison cinématique entre cet arbre et cet essieu.
De façon à augmenter la capacité de variation de vitesse lors de l'entraînement du véhicule par la machine électrique, le demandeur a associé, au dispositif de variation de vitesse du document précité, un autre train épicycloïdal reliant le train épicycloïdal de moteur à une voie de transmission de mouvement à l'essieu moteur de ce véhicule, comme cela est décrit dans la demande de brevet français N° 2 962 697 du demandeur.
Comme cela est déjà connu par la demande de brevet français N° 3013273 du demandeur, le groupe motopropulseur de véhicule automobile comprend un moteur thermique avec un arbre relié à un dispositif de transmission à variation de vitesse comportant un train épicycloïdal de moteur avec un planétaire et une couronne reliés chacun à l'arbre du moteur thermique par un accouplement à commande contrôlée et à une partie fixe du véhicule par un accouplement automatique unidirectionnel, et un essieu moteur.
Dans ce perfectionnement, les accouplements à commande contrôlée comprennent des synchroniseurs contrôlés par des moyens de commande. En particulier, les moyens de commande peuvent comprendre une commande unique reliant en translation les deux synchroniseurs.
Dans un souci constant d'amélioration, le demandeur a encore perfectionné le dispositif de transmission à vitesse variable de ce groupe motopropulseur, notamment en modifiant la disposition conventionnelle du deuxième train épicycloïdal en aval du moteur électrique.
Ainsi, la présente invention concerne un groupe motopropulseur de véhicule automobile de type hybride comportant une machine électrique, un moteur thermique, un dispositif de variation de vitesse du moteur thermique comprenant un premier train épicycloïdal de moteur avec un planétaire et une couronne reliés chacun à l'arbre) du moteur thermique par un accouplement à commande contrôlée et à une partie fixe du véhicule par un accouplement unidirectionnel, et une voie de transmission de mouvement à un essieu moteur, ledit groupe comporte en outre un dispositif de variation de vitesse de la machine électrique comprenant un deuxième train épicycloïdal avec un planétaire et une couronne reliés chacun à un essieu moteur par un accouplement à commande contrôlée, caractérisé en ce que ladite couronne est liée en rotation avec la machine électrique de façon à être entraînée directement en rotation par ladite machine électrique, et en ce que le planétaire dudit deuxième train est couplé audit premier train épicycloïdal. L’accouplement à commande contrôlée du deuxième train épicycloïdal peut être un embrayage synchronisé.
Le rapport de vitesse R peut être inférieur à 2, avec
Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui suit, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : - La figure 1 qui est un schéma montrant un groupe motopropulseur selon l’art antérieur, appliqué à un véhicule hybride, - La figure 2 qui est un schéma montrant une variante d’un groupe motopropulseur selon l’art antérieur, appliqué également à un véhicule hybride, - La figure 3 qui illustre schématiquement un groupe motopropulseur selon la présente invention.
Sur la figure 1, selon l’art antérieur notamment décrit dans le document FR-3013273, le groupe motopropulseur comprend un moteur thermique 10, notamment un moteur à combustion interne, avec un arbre de moteur 12, ici issu du vilebrequin de ce moteur, un dispositif de transmission à variation de vitesse 14 et un essieu moteur 16 qui permet d'entraîner les roues motrices 18 du véhicule, avantageusement par l'intermédiaire d'un pont différentiel 20. L'arbre de moteur 12 a également une fonction d'arbre récepteur mais pour des raisons de simplification de la description, cet arbre sera dénommé arbre moteur de manière à pouvoir le distinguer des autres arbres du dispositif de transmission.
Dans le cadre de l'utilisation de ce groupe motopropulseur pour un véhicule hybride, une machine motrice/réceptrice 22 est associée à ce groupe.
Cette machine motrice/réceptrice est une machine électrique qui est utilisée en tant que moteur électrique pour entraîner les roues du véhicule ou en tant que machine réceptrice pour générer une source de courant servant notamment à recharger les batteries.
Bien entendu, tout autre type de machine motrice/réceptrice peut être utilisée, comme une machine hydraulique ou pneumatique.
Le dispositif de transmission à variation de vitesse 14 comprend un train épicycloïdal 24, dénommé train épicycloïdal de moteur dans la suite de la description, avec deux accouplements à commande contrôlée 68, 70 et deux paliers automatiques unidirectionnels, ici des roues libres 30, 32.
Le train épicycloïdal de moteur 24 comprend un planétaire 34 avec un bandeau 36 denté extérieurement et porté par un flasque monté fixement sur un arbre creux 40, dit arbre de planétaire, venant entourer l'arbre moteur 12 en étant libre en rotation mais fixe en translation par rapport à cet arbre moteur. Cet arbre prend appui dans un palier porté par une partie fixe 46 (bâti ou carter) du groupe motopropulseur par l’intermédiaire de la roue libre 30, baptisée roue libre planétaire.
Ce train comprend également une couronne 48 dentée intérieurement, placée concentriquement au planétaire, et un voile 52 relié à un arbre creux 54, dit arbre de couronne, venant entourer l'arbre moteur 12 en étant libre en rotation mais fixe en translation par rapport à cet arbre moteur. Cette couronne est reliée par l'intermédiaire de son arbre 54 à la partie fixe (bâti ou carter) du groupe motopropulseur par la roue libre 32, baptisée roue libre de couronne, placée à distance de son extrémité libre.
Bien entendu, les deux roues libres 30 et 32 sont placées de manière telle que la couronne 48 et le planétaire 34 ne puissent tourner que dans le même sens et préférentiellement dans le même sens que l'arbre moteur 12.
Le train épicycloïdal de moteur comprend un porte-satellites 58 avec avantageusement trois satellites 60, en forme de roue à denture extérieure, placés dans un même intervalle angulaire l'un par rapport à l'autre (ici à 120°) et engrenant avec la couronne et le planétaire.
Pour cela, la couronne, le bandeau 36 du planétaire et les satellites 60 sont situés dans un même plan, ici dans un plan vertical en considérant la figure 1.
Ces satellites sont portés chacun par un axe horizontal en étant libres en rotation mais fixes en translation sur celui-ci. Ces axes de satellites sont portés par une paroi verticale 64 reliée à un palier tubulaire 66, dit palier de porte-satellites, qui vient entourer l'arbre de planétaire 40 en étant libre en rotation sur celui-ci.
Les extrémités libres des arbres creux du planétaire et de la couronne sont reliées chacune à l'arbre moteur respectivement par un accouplement 68 et 70.
Pour cela l’extrémité de l’arbre creux 54 de la couronne porte une surface conique de friction et une portée cylindrique dentée.
Comme cela est bien connu, l’embrayage 70 comprend un moyeu de solidarisation denté extérieurement et intérieurement, qui porte un baladeur avec une denture intérieure et une bague conique de synchronisation, de préférence à friction.
Pour relier l’extrémité de l’arbre creux à l'arbre 12, il est nécessaire dans un premier temps de synchroniser la vitesse de l'arbre avec celle de l'extrémité.
Pour cela, le baladeur est entraîné en déplacement axial vers l'extrémité considérée par tous moyens connus, comme par un organe de contrôle sous la forme d'une fourchette actionnée par un levier 98 qui agit sur le baladeur. Ce déplacement a pour effet d'amener la bague conique de friction en coopération avec la surface conique de friction portée par l'extrémité de l'arbre creux, ce qui permet de synchroniser alors la vitesse de l'arbre creux par rapport à celle du moyeu. Dés que la vitesse de l'arbre creux atteint celle du moyeu, et par conséquent celle de l'arbre moteur, le déplacement axial du baladeur est poursuivi de manière à ce que sa denture intérieure vienne coopérer avec la portée cylindrique dentée de l'extrémité de l'arbre creux. Une fois cette coopération réalisée, ceci permet d'assurer une liaison à rotation sans possibilité de glissement entre les arbres creux et l'arbre moteur.
Un embrayage 68 est disposé coté moteur sur l’arbre moteur 12. Sa commande est par exemple sous forme d’un levier 96 dont l’action permet la solidarisation de l’arbre moteur 12 avec l’arbre creux du planétaire 40 pour obtenir l’autre rapport de vitesse du premier train épicycloïdal.
Comme mieux visible sur la figure 1, le dispositif de transmission comprend un autre train épicycloïdal additionnel 100, dénommé dans la suite de la description train épicycloïdal de machine électrique, placé sur un arbre 102 sensiblement parallèle à l'arbre moteur 12 et supporté par des paliers intégrés à la partie fixe du groupe moto propulseur.
Pour assurer la liaison à rotation entre les deux trains, deux bandeaux de liaison dentés 106, 108 sont amenés à coopérer. L'un des bandeaux de liaison 106 est porté par le porte-satellites 58 du train épicycloïdal de moteur 24 et coopère à engrènement avec l'autre 108 des bandeaux qui est porté par la couronne 110 du train épicycloïdal de machine 100.
Cette couronne comprend également un bandeau d'entraînement denté intérieurement porté par un flasque fixé sur un palier tubulaire 116 entourant l'arbre 102.
Ce bandeau d'entraînement coopère avec un porte-satellites 111 comprenant avantageusement trois satellites 118, en forme de roue à denture extérieure, portés par des axes de satellites et placés dans un même intervalle angulaire l'un par rapport à l'autre (ici à 120°) et engrenant avec la denture du bandeau d'entraînement de la couronne 110. Les axes de satellites sont portés par un voile fixé sur un palier tubulaire 120 entourant l'arbre 102.
Ces satellites coopèrent également à engrènement avec un planétaire 122, lié en rotation avec l'arbre 102, qui comprend un bandeau denté extérieurement et porté par un flasque.
Bien entendu, comme pour le train épicycloïdal de moteur thermique 24, le bandeau de la couronne 110, le bandeau denté du planétaire et les satellites sont situés dans un même plan, ici dans un plan vertical en considérant la figure 1.
Le flasque du porte-satellites comprend également un bandeau 124 denté extérieurement qui coopère avec une autre roue dentée 126 liée à l'essieu moteur 16 en formant ainsi une voie de transmission de mouvement entre le train épicycloïdal de machine 100 et l'essieu 16. L'arbre 102 porte fixement une autre roue dentée 142 qui coopère avec le rotor 144 de la machine électrique 22, ici par l'intermédiaire d'une courroie crantée ou d'une chaîne.
Le train épicycloïdal de machine 100 porte également un accouplement à commande contrôlée 146 permettant de relier sa couronne 110, soit à la roue dentée fixe 142, soit à la partie fixe 46 du groupe motopropulseur.
De manière avantageuse, cet accouplement comprend un synchroniseur 148, dit synchroniseur de machine, avec deux positions d'accouplement et une position neutre. Ce synchroniseur est porté fixement en rotation par le palier tubulaire de la couronne 110 et est prévu pour coopérer, sous l'effet d'un moyen de commande 150, soit à la roue dentée fixe 142, soit à la partie fixe 46 du groupe motopropulseur.
Certaines configurations de l'ensemble du groupe motopropulseur vont être maintenant décrites à titre d'exemple pour des modes de traction/propulsion utilisant le moteur thermique.
Pour la position active de l’embrayage 68 et la position inactive du synchroniseur 70 (rapport de vitesse 1), la rotation de l'arbre 12 du moteur thermique 10 entraîne en rotation le planétaire 34. La rotation du planétaire entraîne à son tour en rotation les satellites 60 puis le porte-satellites 58.
Cette rotation du porte-satellites est ensuite transmise au travers des bandeaux de liaison 106, 108 à la couronne 110 du train épicycloïdal de machine qui transmet le mouvement de rotation à son porte-satellites et à l'essieu au travers de la voie de transmission de mouvement entre ce train et l'essieu 16. A l'inverse, pour la position active du synchroniseur 70 et la position inactive de l’embrayage 68 (rapport de vitesse 2), la rotation de l'arbre 12 du moteur thermique 10 entraîne en rotation la couronne 48 qui entraîne en rotation les satellites 60 puis le porte-satellites 58.
Cette rotation du porte-satellites est ensuite transmise au travers des bandeaux de liaison 106, 108 à la couronne 110 du train épicycloïdal de machine qui transmet le mouvement de rotation à son porte-satellites et à l'essieu au travers de la voie de transmission de mouvement entre ce train et l'essieu 16.
Dans la configuration où les embrayages 68 et 70 sont tous deux en position active (rapport de vitesse 3), la rotation de l'arbre 12 du moteur thermique 10 entraîne en rotation la couronne 48 ainsi que le planétaire 34 et en conséquence le porte-satellites 58. Cette rotation du porte-satellites est ensuite transmise au travers des bandeaux de liaison 106, 108 à la couronne 110 du train épicycloïdal de machine qui transmet le mouvement de rotation à son porte-satellites et à l'essieu au travers de la voie de transmission de mouvement entre ce train et l'essieu 16.
De manière a encore plus simplifié le groupe motopropulseur, il est prévu d'utiliser un seul moyen de commande pour contrôler les deux embrayages 68, 70.
On note que dans cette architecture, l’embrayage du planétaire se trouve entre le carter boite de vitesse (partie fixe 46) et le moteur et que l’embrayage synchronisé de la couronne est à l’opposé, sur l’arbre moteur 12.
La figure 2 décrit une variante du groupe motopropulseur hybride selon la figure 1 portant uniquement sur un autre mode de réalisation des deux accouplements 68 et 70 (figure 1) liés au premier train épicycloïdal 24. Les accouplements du premier train épicycloïdal comportent deux embrayages à friction 200 et 201 associés respectivement aux planétaires et à la couronne du premier train. Cette construction compacte permet l’installation des embrayages coté moteur thermique et un regroupement des deux leviers de commande.
La cinématique de l’entrainement par le moteur électrique 22 est identique à la description de la figure 1.
La figure 3 décrit la variante selon l’invention concernant une nouvelle disposition cinématique du deuxième train épicycloïdal associé à la machine électrique 22.
Contrairement à l’art antérieur, la couronne 110a du second train épicycloïdal 100a est directement entraînée en rotation par le rotor de la machine électrique 22, par un ensemble de pignons ou par une courroie crantée ou par des chaînes. Par directement, il faut comprendre que la rotation de l’arbre du rotor de la machine électrique 22 entraîne la rotation de la couronne 110a du deuxième train épicycloïdal.
Le planétaire 122a, qui est porté par un arbre tubulaire de planétaire 123a, est ici couplé au porte satellites du premier train épicycloïdal 24 par l’intermédiaire du bandeau de liaison par engrenage 108a. Par conséquent, le porte satellites 111 a du deuxième train est lié en rotation avec l’essieu moteur 16.
Un accouplement 146a permet de sélectionner l’un des deux rapports de vitesse obtenu par le deuxième train épicycloïdal. De préférence, cet accouplement est un embrayage synchronisé. En position 1, l’arbre du planétaire est lié au bâti 46, l’essieu moteur est alors entraîné par l’intermédiaire du porte satellites, lui-même entraîné par la couronne 110a et les satellites. En position 2, l’embrayage lie le planétaire au porte-satellites, obtenant le deuxième rapport de vitesse du deuxième train épicycloïdal
Ce perfectionnement de la transmission permet d’obtenir tous les modes de fonctionnement réalisés par les différentes combinaisons des positions des actuateurs et ces modes de fonctionnement sont strictement identiques à ceux décrits dans l’art antérieur.
Cette nouvelle architecture permet d’obtenir également d’autres gammes de vitesses à partir des deux rapports de la motorisation électrique.
En considérant le rapport suivant R:
Le rapport court est obtenu lorsque l’actuateur A3 est en position 1, et le rapport long est obtenu lorsque A3 est en position 2.
Avec l’architecture de l’art antérieur, R ne peut être que supérieur à 2, alors que selon l’invention le rapport R peut être inférieur à 2. Ainsi, cette architecture est particulièrement avantageuse lorsqu’une plus importante plage de vitesse du véhicule est nécessaire sur le rapport court. Il est alors ainsi possible d’éviter des changements de rapports électriques sur cette plage de vitesse véhicule plus
étalée. Cette possibilité est d’autant plus avantageuse que la machine électrique est plus puissante.

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS 1) Groupe motopropulseur de véhicule automobile de type hybride comportant une machine électrique (22), un moteur thermique, un dispositif de variation de vitesse (14) du moteur thermique comprenant un premier train épicycloïdal de moteur avec un planétaire (34) et une couronne (48) reliés chacun à l'arbre (12) du moteur thermique (10) par un accouplement à commande contrôlée (68, 70) et à une partie fixe du véhicule par un accouplement unidirectionnel (30, 32), et une voie de transmission de mouvement (106, 108) à un essieu moteur (16), ledit groupe comporte en outre un dispositif de variation de vitesse de la machine électrique (22) comprenant un deuxième train épicycloïdal avec un planétaire (102a) et une couronne (110a), chacun des deux trains épicycloïdaux étant reliés à un essieu moteur (16) par un accouplement à commande contrôlée (146a) caractérisé en ce que la couronne (110a) du deuxième train épicycloïdal est liée en rotation avec la machine électrique (22) de façon à être entraînée directement en rotation par ladite machine électrique, et en ce que le planétaire dudit deuxième train est couplé au porte-satellites dudit premier train épicycloïdal par l’intermédiaire du bandeau de liaison par engrenage (108a).
  2. 2) Groupe motopropulseur selon la revendication 1, dans lequel l’accouplement à commande contrôlée (146a) du deuxième train épicycloïdal est un embrayage synchronisé.
  3. 3) Groupe motopropulseur selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le rapport de vitesse R est inférieur à 2, avec
  4. 4) Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un groupe motopropulseur selon l'une des revendications 1 à 3.
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