FR3068668A1

FR3068668A1 - Groupe motopropulseur de vehicule a machine electrique motrice suspendue a une traverse hybride

Info

Publication number: FR3068668A1
Application number: FR1756356A
Authority: FR
Inventors: Manuel Chalvet; Adrien Kreis
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2019-01-11
Anticipated expiration: 2037-07-06
Also published as: FR3068668B1

Abstract

Un groupe motopropulseur équipe un véhicule et comprend une machine électrique motrice suspendue à une traverse (TS). Cette traverse (TS) comprend : - une partie principale (PP) réalisée dans une matière plastique rigide et résistante et comprenant deux extrémités (E1-E2) opposées, et - deux inserts principaux (IP1-IP2) réalisés dans une matière métallique, intégrés respectivement dans les extrémités (E1-E2) et comprenant chacun des trous principaux (TP1-TP2) auxquels est couplée une partie de la machine électrique motrice et participant au couplage de la traverse (TS) à des éléments structurels du véhicule.

Description

GROUPE MOTOPROPULSEUR DE VÉHICULE À MACHINE ÉLECTRIQUE MOTRICE SUSPENDUE À UNE TRAVERSE HYBRIDE

L’invention concerne les groupes motopropulseurs qui équipent certains véhicules et qui comprennent une machine électrique motrice suspendue à une traverse.

Certains véhicules, généralement de type automobile, comprennent un groupe motopropulseur (ou GMP) comportant une machine électrique motrice suspendue via des pièces en élastomère à une traverse (ou poutre) qui est solidarisée fixement, soit directement, soit indirectement via des pièces intermédiaires, à des éléments structurels, comme par exemple des brancards. Parfois, cette traverse sert également de pièce d’ancrage fixe pour au moins un autre équipement, comme par exemple une partie au moins de l’électronique de puissance.

Comme le sait l’homme de l’art, les traverses de ce type doivent offrir une tenue suffisante aux contraintes qui peuvent survenir non seulement en présence de vibrations, accélérations liées à la route et reprises de couple, mais également en cas de choc ou d’évènement exceptionnel. Pour ce faire, ces traverses sont souvent réalisées en tôle ou en aluminium moulé, ce qui induit un poids relativement important. En outre, le mode de réalisation de ces traverses nécessite des outillages relativement onéreux.

Afin de réduire le poids, sans réduire la tenue aux contraintes, il a été récemment proposé, notamment dans le document brevet FR 3 037 289, de réaliser ces traverses en aluminium extrudé avec des zones longitudinales pleines comportant des trous de fixation pour le couplage aux éléments structurels et l’ancrage d’équipements. Cependant, de telles traverses demeurent encore relativement lourdes et ne peuvent pas présenter une grande diversité de géométries et de formes.

L’invention a notamment pour but d’améliorer la situation.

Elle propose notamment à cet effet un groupe motopropulseur destiné à équiper un véhicule et comprenant une machine électrique motrice suspendue à une traverse.

Ce groupe motopropulseur se caractérise par le fait que sa traverse comprend :

- une partie principale réalisée dans une matière plastique rigide et résistante et comprenant deux extrémités opposées, et

- deux inserts principaux réalisés dans une matière métallique, intégrés respectivement dans les deux extrémités de la partie principale et comprenant chacun des trous principaux auxquels est couplée une partie de la machine électrique motrice et qui participent au couplage de la traverse à des éléments structurels du véhicule.

On dispose ainsi d’un groupe motopropulseur dont la traverse hybride (plastique/métal) à un poids réduit par rapport à celles de l’art antérieur, et qui présente une importante tenue aux contraintes au niveau de ses deux extrémités, là où transitent les principaux efforts.

Le groupe motopropulseur selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :

- les deux extrémités de la partie principale peuvent être surmoulées sur les inserts principaux en présentant des ouvertures en regard des trous principaux ;

- la matière métallique des inserts principaux peut être choisie parmi un aluminium extrudé, un aluminium de fonderie, et un acier (par exemple de tôle) ;

- la matière plastique de la partie principale peut être une matière thermoplastique chargée en fibres de verre ;

> la matière thermoplastique peut être un polyamide ;

- certains au moins des trous principaux peuvent être traversants ;

- certains au moins des trous principaux peuvent être taraudés ;

- sa partie principale peut comprendre en au moins un endroit situé entre ses deux extrémités un insert auxiliaire de renfort, qui comprend éventuellement des trous auxiliaires permettant un couplage d’une partie au moins d’un équipement du véhicule ;

> chaque insert auxiliaire peut être réalisé dans un matériau composite à fibres continues ;

> certains au moins des trous auxiliaires peuvent être taraudés.

L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant un groupe motopropulseur du type de celui présenté ci-avant.

Par exemple, la traverse du groupe motopropulseur peut être installée suivant une direction qui présente une désorientation par rapport à une direction transversale du véhicule, elle-même sensiblement perpendiculaire à des côtés latéraux du véhicule.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés (obtenus pour certains en CAO/DAO, d’où le caractère apparemment discontinu de certaines lignes), sur lesquels :

- la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue du dessus, un exemple de traverse d’un groupe motopropulseur selon l’invention, couplée de façon rigide à des éléments structurels et à laquelle est solidarisée de façon non rigide une machine électrique motrice,

- la figure 2 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue de côté, la traverse de la figure 1,

- la figure 3 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un exemple de réalisation d’une traverse d’un GMP selon l’invention,

- la figure 4 illustre schématiquement, dans une vue en coupe dans un plan horizontal (XY), la traverse de la figure 3, et

- la figure 5 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un exemple de réalisation d’un insert principal avant son intégration dans une traverse du type de celles illustrées sur les figures 3 et 4.

L’invention a notamment pour but de proposer un groupe motopropulseur (ou GMP) destiné à équiper un véhicule et comprenant une machine électrique motrice ME suspendue à une traverse TS de type hybride (plastique/métal).

Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule est de type automobile. Il s’agit par exemple d’une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout véhicule comportant un GMP comprenant une machine électrique motrice suspendue à une traverse, et notamment les véhicules terrestres et les véhicules maritimes ou fluviaux.

Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le GMP est de type tout électrique, et donc comprend une machine électrique motrice mais pas de moteur thermique. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de GMP. Elle concerne en effet également les GMPs hybrides, c’est-à-dire comprenant au moins un moteur thermique et au moins une machine électrique motrice suspendue à une traverse.

Sur les figures 1 à 5, la direction X est une direction dite longitudinale du véhicule, laquelle est parallèle aux côtés latéraux de ce dernier, la direction Y est une direction dite transversale du véhicule, laquelle est perpendiculaire à la direction X, et la direction Z est une direction dite verticale, laquelle est perpendiculaire aux directions longitudinale X et transversale Y.

On a schématiquement illustré sur les figures 1 et 2, une partie d’un GMP selon l’invention, équipant un véhicule (très partiellement représenté). Ce GMP comprend notamment une traverse (ou poutre) TS et une machine électrique motrice ME suspendue à cette traverse TS qui est par ailleurs couplée à des éléments structurels ES1 et ES2 du véhicule. Ces éléments structurels ES1 et ES2 peuvent, par exemple, être ce que l’homme de l’art appelle respectivement des brancards gauche et droit.

Selon l’invention, la traverse (ou poutre) TS du GMP comprend une partie principale PP réalisée dans une matière plastique rigide et résistante et deux inserts principaux IPj réalisés dans une matière métallique.

Comme cela apparaît mieux sur les figures 3 et 4, la partie principale PP comprend deux extrémités Ej (j = 1 ou 2) opposées et dans lesquelles sont intégrés respectivement les deux inserts principaux IPj qui comprennent chacun, par ailleurs, des trous principaux TPn auxquels est couplée une partie de la machine électrique motrice ME et qui participent au couplage de cette traverse TS aux éléments structurels ES1 et ES2 du véhicule.

La traverse TS du GMP constitue ainsi une pièce hybride (plastique/métal) de poids réduit par rapport à celles qui sont réalisées en tôle, en aluminium moulé, ou en aluminium extrudé avec des parties pleines. De plus, cette traverse présente une importante tenue aux contraintes au niveau de ses deux extrémités Ej, là où transitent les principaux efforts, à savoir ceux qui sont liés à la chaîne de traction (comme par exemple les reprises de couple et les accélérations liées à l’excitation de la route) et ceux qui sont induits par un accident. On comprendra en effet qu’entre les deux extrémités Ej la partie principale PP n’a pas besoin de supporter des efforts aussi importants que ceux qu’elle supporte au niveau de ses extrémités Ej, et donc elle peut être réalisée dans une matière plastique de faible poids dès lors qu’elle offre une tenue appropriée (ou raideur suffisante) pour l’endurance vibratoire. En fait, cette partie principale PP est principalement dimensionnée pour supporter d’éventuels équipements autres que la machine électrique motrice ME, comme on le verra plus loin. Ce dimensionnement, moins sévère que celui des extrémités Ej avec leurs inserts principaux IPj, peut être assuré par le choix de la matière plastique et/ou l’architecture (ou dessin) de la partie principale PP.

Afin d’optimiser l’intégration des inserts principaux IPj dans les deux extrémités Ej de la partie principale PP, ces extrémités Ej peuvent être surmoulées sur les inserts principaux IPj en présentant des ouvertures en regard de leurs trous principaux TPn. Pour ce faire, les inserts principaux IPj peuvent être initialement placés dans le moule qui est utilisé pour réaliser la partie principale PP, puis la matière plastique est injectée dans ce moule. En variante, on pourrait envisager de réaliser un emmanchement en force des inserts principaux IPj.

A titre d’exemple, la matière plastique dans laquelle est réalisée la partie principale PP peut être une matière thermoplastique chargée en fibres de verre (courtes ou longues). Par exemple, cette matière thermoplastique peut être un polyamide. Cela permet en effet d’obtenir une adhésion de qualité entre les inserts principaux IPj métalliques et les extrémités Ej en matière plastique.

Egalement à titre d’exemple, la matière métallique dans laquelle sont réalisés les inserts principaux IPj peut être un aluminium extrudé, un aluminium de fonderie, et un acier (par exemple de tôle). L’aluminium extrudé nécessite des investissements réduits, et offre de bonnes caractéristiques mécaniques pour une masse relativement faible. L’acier offre une tenue mécanique au choc élevée. L’aluminium de fonderie permet de réaliser de nombreuses géométries et formes, y compris complexes, et offre une masse relativement faible.

Un exemple de réalisation non limitatif de traverse TS est illustré sur les figures 3 et 4. Par ailleurs, l’un des deux inserts principaux IPj (ici IP1) de la traverse TS des figures 3 et 4 est illustré sur la figure 5. La forme et la géométrie de cet insert principal IP1 ne sont ici données qu’à titre illustratif.

On notera que certains au moins des trous principaux TPn peuvent être traversants afin de permettre le passage d’une vis ou d’un boulon MF. En variante ou en complément, certains au moins des trous principaux TPn peuvent être taraudés afin de permettre le vissage d’une partie filetée d’une vis ou d’un boulon MF. Dans ce cas, la hauteur du filetage interne d’un trou principal TPn taraudé est de préférence au moins égale à environ 20 mm lorsque la vis (ou le boulon) est de type M10.

Dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, la machine électrique motrice ME est suspendue à la face inférieure de la traverse TS au moyen de deux pattes de fixation PF solidarisées à cette dernière (TS) au niveau de trous principaux TP2 (n = 2), seulement visibles sur les figures 3 et 4 et ici de type traversant.

Par exemple, et comme illustré non limitativement sur la figure 2, ces pattes de fixation PF peuvent comprendre une partie centrale évidée dans laquelle est logée étroitement une pièce en élastomère PE qui est solidarisée à une patte de support PS, elle-même solidarisée fixement à une partie de la machine électrique motrice ME. Chaque pièce en élastomère PE est chargée de filtrer les vibrations induites par la machine électrique motrice ME (de préférence dans les trois directions de l’espace), et présente, par exemple, une forme cylindrique circulaire. Dans ce cas, la partie centrale évidée de chaque patte de fixation PF est circulaire.

Par ailleurs, chaque patte de fixation PF est solidarisée à la face inférieure de la traverse TS via au moins une vis ou un boulon MF, et de préférence deux (comme dans l’exemple illustré).

De plus, chaque patte de fixation PF peut, par exemple, être réalisée en métal (par exemple en aluminium ou en acier), ou en matière plastique rigide et résistante.

On notera, comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, que la machine électrique motrice ME peut être également couplée, via une autre pièce en élastomère PE’, à un autre élément structurel ES3 du véhicule. Cet autre élément structurel ES3 peut, par exemple, être ce que l’homme de l’art appelle un berceau. Ce dernier (ES3) est généralement installé sensiblement suivant la direction transversale Y du véhicule. Cette autre pièce en élastomère PE’ est chargée d’amortir suivant la direction longitudinale X les vibrations induites par la production de couple. Par ailleurs, cette autre pièce en élastomère PE’ est solidarisée à la machine électrique motrice ME via une autre patte de fixation PF’ de cette dernière (ME).

Comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, la traverse TS peut être solidarisée (ou couplée) aux éléments structurels ES1 et ES2 indirectement, via respectivement deux pièces de couplage PC1 et PC2. La solidarisation de ces pièces de couplage PC1 et PC2 à la traverse TS se fait au moyen de moyens de fixation MF (comme par exemple des vis ou boulons) qui coopèrent avec des trous principaux TP1 (n = 1) définis dans les deux inserts principaux IPj. Ici, chaque pièce de couplage PCj est plus précisément solidarisée à la face supérieure de la traverse TS au niveau d’une paire de trous principaux TP1 définis dans l’un des inserts principaux IPj.

Ces pièces de couplage PC1 et PC2 peuvent, par exemple, être réalisées en métal (par exemple en aluminium ou en acier), ou en matière plastique rigide et résistante.

On notera que dans une variante de réalisation non illustrée, la traverse TS pourrait être solidarisée directement aux éléments structurels ES1 et ES2.

On notera également que les pièces de couplage PC1 et PC2 peuvent être différentes entre elles, voire très différentes, ou bien identiques.

On notera également, bien que cela n’apparaisse pas sur les figures, que l’une des pièces de couplage PCj (par exemple PC1) peut être éventuellement agencée pour assurer un déport vers le haut suivant la direction verticale Z, et/ou l’autre pièce de couplage PCj’ (par exemple PC2) peut être éventuellement agencée pour assurer un déport vers le bas suivant la direction verticale Z.

Par ailleurs, comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, la traverse TS peut être installée dans le véhicule sensiblement parallèlement à la direction transversale Y. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, la traverse TS pourrait être installée dans le véhicule suivant une direction générale qui est légèrement désorientée par rapport à la direction transversale Y (dans le plan XY). Dans ce cas, l’angle de désorientation peut, par exemple, être compris entre environ 3° et environ 20°.

Bien que cela n’apparaisse pas sur les figures, la traverse TS peut éventuellement comprendre sur l’un au moins des bords transversaux BT1 et BT2 de sa partie principale PP au moins un bossage suivant la direction longitudinale X. Ce type de bossage est destiné à permettre la fixation d’élément(s) sous le capot du véhicule, comme par exemple un flexible, une canalisation, une pompe, un composant électronique, un compresseur, avec un positionnement suivant la direction longitudinale X potentiellement plus favorable sur le plan de l’implantation et/ou du montage. L’axe des bossages peut être également suivant la direction verticale Z afin de faciliter le positionnement des composants sur la traverse TS.

Par ailleurs, et bien que cela n’apparaisse par sur les figures 3 à 5, la partie principale PP peut comprendre en au moins un endroit situé entre ses deux extrémités Ej un insert auxiliaire de renfort destiné à renforcer localement la partie principale PP là où l’on a besoin d’augmenter la raideur.

On notera que l’un au moins des inserts auxiliaires peut éventuellement comprendre des trous auxiliaires permettant un couplage d’une partie au moins d’un équipement EP du véhicule (autre que la machine électrique motrice ME). Dans ce cas, l’insert auxiliaire renforce localement la partie principale PP là où l’on a besoin d’augmenter la raideur pour permettre le couplage d’un équipement EP, comme par exemple une partie au moins de l’électronique de puissance, ou un accessoire (voir figure 2). On notera également que certains au moins des éventuels trous auxiliaires peuvent être éventuellement taraudés afin de permettre un vissage sans écrou rapporté d’une partie filetée d’une vis ou d’un boulon MF destiné(e) à coupler un équipement, éventuellement via un support.

Par exemple, chaque insert auxiliaire peut être réalisé dans un matériau composite à fibres continues. Dans ce cas, chaque insert auxiliaire peut être réalisé par surmoulage sur la partie principale PP. Ce surmoulage peut être réalisé dans le moule utilisé pour réaliser la partie principale PP, après que la matière plastique de cette dernière (PP) ait été injectée dans ce moule, ou bien sur l’insert auxiliaire préalablement intégré dans le moule avant le surmoulage du plastique. Cela permet, par exemple, d’augmenter la raideur en flexion de la traverse TS en venant mettre sur les deux toiles supérieures de cette dernière (TS) une fine couche de matière composite en fibres continues.

Dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 2, une partie au moins de l’électronique de puissance EP du véhicule est solidarisée à la face supérieure de la partie principale PP de la traverse TS au moyen de moyens de fixation (comme par exemple des vis ou boulons) qui coopèrent avec des trous auxiliaires définis dans des inserts auxiliaires (non visibles).

En variante, au lieu d’adjoindre à la partie principale PP des inserts auxiliaires de renfort, on peut plus simplement lui adjoindre des écrous, par exemple lorsqu’on la réalise dans son moule. Ces écrous sont ainsi immobilisés fixement et de façon très solide par rapport à la partie principale PP. On notera que ces écrous peuvent être également assemblés à la traverse TS à l’aide de moyens de clippage dans une contreforme prévue à cet effet.

Le GMP selon l’invention offre plusieurs avantages par rapport à un GMP comprenant une traverse en tôle ou en aluminium moulé ou encore en aluminium extrudé à parties pleines, parmi lesquels :

- une réduction de la masse,

- une grande liberté de géométrie et de forme de sa traverse, qui permet d’utiliser juste ce qu’il faut de matière, là où il faut, pour assurer le compromis tenue / masse,

- une adaptabilité de forme de sa traverse en fonction de l’environnement et des besoins d’implantation d’équipements. Notamment, on peut envisager de réaliser une traverse non plane, par exemple avec des extrémités situées à des altitudes différentes (pour optimiser les éléments structurels supportant la traverse),

- la possibilité d’intégrer des fonctions dans sa traverse, par exemple en supprimant des supports intermédiaires entre sa traverse et des composants à coupler, ce qui induit des réductions de temps de montage et de coût.

Claims

REVENDICATIONS

1. Groupe motopropulseur de véhicule, ledit groupe motopropulseur comprenant une machine électrique motrice (ME) suspendue à une traverse (TS), caractérisé en ce que ladite traverse (TS) comprend i) une partie principale (PP) réalisée dans une matière plastique rigide et résistante et comprenant deux extrémités (Ej) opposées, et ii) deux inserts principaux (IPj) réalisés dans une matière métallique, intégrés respectivement dans lesdites extrémités (Ej) et comprenant chacun des trous principaux (TPn) auxquels est couplée une partie de ladite machine électrique motrice (ME) et participant au couplage de ladite traverse (TS) à des éléments structurels (ES1, ES2) dudit véhicule.
2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites extrémités (Ej) de la partie principale (PP) sont surmoulées sur lesdits inserts principaux (IPj) en présentant des ouvertures en regard desdits trous principaux (TPn).
3. Groupe motopropulseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite matière métallique des inserts principaux (IPj) est choisie parmi un aluminium extrudé, un aluminium de fonderie, et un acier.
4. Groupe motopropulseur selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite matière plastique de la partie principale (PP) est une matière thermoplastique chargée en fibres de verre.
5. Groupe motopropulseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite matière thermoplastique est un polyamide.
6. Groupe motopropulseur selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite partie principale (PP) comprend en au moins un endroit situé entre ses deux extrémités (Ej) un insert auxiliaire de renfort.
7. Groupe motopropulseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit insert auxiliaire est réalisé dans un matériau composite à fibres continues.
8. Véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend un groupe motopropulseur selon l’une des revendications précédentes.
9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite traverse (TS) du groupe motopropulseur est installée suivant une direction présentant une désorientation par rapport à une direction transversale dudit

5 véhicule, elle-même sensiblement perpendiculaire à des côtés latéraux dudit véhicule.
10. Véhicule selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu’il est de type automobile.