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FR3039243A1 - Vehicule hybride comprenant une suppression de rupture de couple aux changements de mode en propulsion simple - Google Patents

Vehicule hybride comprenant une suppression de rupture de couple aux changements de mode en propulsion simple Download PDF

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FR3039243A1
FR3039243A1 FR1556854A FR1556854A FR3039243A1 FR 3039243 A1 FR3039243 A1 FR 3039243A1 FR 1556854 A FR1556854 A FR 1556854A FR 1556854 A FR1556854 A FR 1556854A FR 3039243 A1 FR3039243 A1 FR 3039243A1
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Abstract

Dans un véhicule hybride où la transmission (6) d'une des machines de traction (2) à l'essieu (4) comprend un train épicycloïdal (9) à deux états cinématiques commandant deux rapports de réduction, l'accouplement responsable de la commutation des états est dédoublé (40, 41) pour éliminer le régime transitoire où le train est libre, et la rupture de couple correspondante.

Description

VEHICULE HYBRIDE COMPRENANT UNE SUPPRESSION DE RUPTURE DE COUPLE AUX CHANGEMENTS DE MODE EN PROPULSION SIMPLE
DESCRIPTION
Le sujet de l'invention présente est un véhicule hybride dans lequel on effectue une suppression de rupture de couple lors de changements de mode en régime de propulsion simple. Un aspect de l'invention est le véhicule lui-même, et un autre est le procédé correspondant.
Une réalisation particulière de véhicule hybride sera d'ores et déjà décrite au moyen de la figure 1. Il comprend un moteurthermique 1, qui est une première machine de traction, et un moteur électrique 2, qui est une seconde machine de traction. D'autres genres de machine de traction pourraient être envisagés, et c'est ainsi que le moteur électrique 2 pourrait être remplacé par une machine hydraulique ou pneumatique.
La puissance délivrée par les machines de traction est transmise à un essieu 4 moteur, muni de roues 5 par lesquelles le véhicule est entraîné, au moyen d'une transmission 6 qu'on va décrire brièvement. Elle comporte un premier train épicycloïdal 7, animé par l'arbre de sortie 8 du moteur thermique 1, et un second train épicycloïdal 9, qui attirera plus l'attention ici et qui est entraîné par l'arbre moteur 10 du moteur électrique 2 et/ou par le premier train épicycloïdal. Une roue dentée de sortie 11 est directement entraînée par le second train épicycloïdal 9 et est reliée à l'essieu 4 par un différentiel 12. Le premier train épicycloïdal 7 entraîne l'essieu 4 par l'intermédiaire du second train épicycloïdal 9, les trains épicycloïdaux 7 et 9 étant donc en série et le premier train épicycloïdal 7 pouvant être considéré comme une branche de la transmission 6 reliant le second train épicycloïdal 9 au moteur thermique 1.
Le pilotage de tels véhicules hybrides peut s'effectuer en régime hybride, ou au contraire en recourant préférentiellement ou exclusivement à l'une ou l'autre des machines de traction : le moteur électrique 2 sera plutôt utilisé en ville pour limiter le bruit et la pollution, et le moteur thermique 1 sur route pour donner des vitesses plus grandes et profiter d'une autonomie plus grande également.
On donne ci-dessous quelques caractéristiques de fonctionnement du véhicule ; un plus grand détail est donné dans le document WO 2015/071088 A, auquel on renvoie si nécessaire, sachant que l'invention pourra être appliquée à des véhicules différents, aussi bien du mode de réalisation décrit ici que des modes de réalisation décrits dans ce document précédent.
Les trains épicycloïdaux 7 et 9 permettent d'imposer des rapports de réduction différents entre chacune des machines de traction et l'essieu 4 au moyen d'états de fonctionnement différents. C'est ainsi que le premier train épicycloïdal 7 comporte un planétaire 14 à arbre creux dans lequel est engagé l'arbre de sortie 8, une couronne 15 également à arbre creux dans laquelle est engagé l'arbre de sortie 8, et un porte-satellites 16, qui constitue un dispositif de sortie du train épicycloïdal 7 et engrène classiquement, par l'intermédiaire de satellites 17 qu'il porte, avec des dentures d'engrenage creusées sur le planétaire 14 et la couronne 15. Les arbres creux sont astreints à des rotations unidirectionnelles par des dispositifs à roue libre 18 et 19. Les éléments de la transmission 6, ainsi que les machines de traction et l'essieu 4, sont maintenus sur ou dans un bâti 29.
Les arbres creux sont munis de flasques, respectivement 20 et 21, de mise en prise avec des accouplements 22 et 23 commandés respectifs comportant des portions mobiles, entraînées en rotation par l'arbre de sortie 8 mais coulissantes sur lui, et des mécanismes de commande pour régir ces mouvements coulissants. Le document susmentionné explique que des rapports de vitesses de rotation différents entre l'arbre de sortie 8 et le porte-satellites 16 peuvent être commandés en mettant en prise l'accouplement 22, ce qui solidarise le planétaire 14 avec l'arbre de sortie 8, ou l'accouplement 23, ce qui solidarise la couronne 15 avec l'arbre de sortie 8, ou les deux à la fois, ce qui bloque le train épicycloïdal 7 et le rend complètement solidaire de l'arbre de sortie 8. Et si les deux accouplements 22 et 23 sont relâchés, le premier train épicycloïdal 7 est libre.
Le second train épicycloïdal 9 comprend un planétaire 24 entraîné par le moteur électrique 2, une couronne 25 engrenant avec le porte-satellites 16 du premier train épicycloïdal 7 et un porte-satellites 26, engrenant d'une part avec la roue dentée de sortie 11 par une denture extérieure, et d'autre part avec le planétaire 24 et une denture intérieure de la couronne 25 par des satellites 27. Un troisième accouplement 28 commandé est prévu. Il comprend un élément mobile entraîné par la couronne 25 et apte à la solidariser, dans un premier état extrême, avec le bâti 29, et dans un autre état extrême avec un flasque 30 du planétaire 24. Dans le premier état extrême, le planétaire 24 fait donc tourner le porte-satellites 26 par l'intermédiaire des satellites 27, alors que la couronne 25 est immobile ; dans le second état extrême, le train épicycloïdal 9 est bloqué et le porte-satellites 26 tourne à la même vitesse de rotation que le planétaire 24 ; et à l'état intermédiaire, la vitesse de rotation du porte-satellites 26 dépend à la fois de celle du planétaire 24 et de celle de la couronne 25, imposée par un fonctionnement éventuel du moteur thermique 1. Le premier état extrême correspond à un mode électrique court, à grand rapport de réduction, le second état extrême à un mode électrique long, à rapport de réduction plus réduit entre l'arbre de sortie 10 du moteur électrique 2 et l'essieu 4, et l'état intermédiaire à un régime de puissance distribuée dit « power split ».
Dans le mode électrique long, le moteur thermique peut aussi être utilisé, cela correspond à une utilisation en mode hybride parallèle.
On expose maintenant le problème technique à la source de l'invention. Quand le moteur thermique 1 est arrêté et inactif en régime purement électrique de propulsion, et qu'une commutation du mode électrique court au mode électrique long est demandée au moteur électrique 2, le phénomène suivant apparaît. L'élément mobile du troisième accouplement 28 se dégage du bâti 29 et libère la couronne 25. La prise de l'élément mobile du troisième accouplement 28 avec le flasque 30 est toutefois possible seulement quand leurs vitesses de rotation ont été synchronisées. Comme l'essieu 4 continue à tourner à peu près à la même vitesse pendant cette commutation, le moteur électrique 2 doit décélérer. Le rapport des rapports de réduction est en général important, de l'ordre de 3 environ, et la décélération est donc considérable. Le couple transmis par le moteur électrique 2 à l'essieu 4 doit donc être annulé durant cette phase de synchronisation des régimes pendant la commutation, ce qui empêche le conducteur d'accélérer comme il l'aurait voulu, et peut donner une conduite désagréable. Cette rupture de couple, subie vers le mode électrique long, existe aussi, sous forme d'une rupture opposée (accroissement brusque et important) également désagréable, dans les commutations du mode électrique long vers le mode électrique court.
Avec l'invention, on obvie à ce problème technique, grâce à un choix judicieux du système d'accouplement assurant une commutation plus rapide entre les deux rapports de réductions ou modes du moteur électrique 2, ou plus généralement d'une des machines de traction, ce qui réduit ou élimine l'état intermédiaire de ce « power split » où la rupture de couple est sensible.
Un autre avantage de l'invention est que le système d'accouplement modifié permet en général un état de frein de stationnement, par blocage complet de la transmission à l'arrêt des machines de traction.
Sous une forme générale, elle consiste en un véhicule hybride, comprenant une première machine de traction, une seconde machine de traction, un essieu entraîné par la première machine de traction et la seconde machine de traction, une transmission mécanique reliant l'essieu à la première machine de traction et à la seconde machine de traction, la transmission comprenant un train épicycloïdal à deux rapports de réduction entre la seconde machine de traction et l'essieu, le train épicycloïdal comprenant un mécanisme de commutation pour imposer chacun des rapports de réduction, caractérisé en ce que le mécanisme de commutation est dédoublé et comprend un premier mécanisme apte à solidariser et désolidariser deux constituants du train épicycloïdal, et un second mécanisme apte à arrêter et libérer un troisième constituant du train épicycloïdal.
Une action bien synchronisée sur les deux mécanismes remplaçant le mécanisme unitaire de la conception connue permet de réduire sensiblement ou d'éliminer le temps de commutation pendant lequel le mode dit « power split » ou puissance distribuée, dans lequel règne la rupture de couple, s'exerce. Les changements de rapports électriques sont donc beaucoup moins sensibles au conducteur. L'invention ainsi conçue peut être mise en oeuvre de bien des façons, qui seront décrites plus en détail par la suite. On a ainsi une liberté de choix des constituants reliés par le premier mécanisme, et du constituant sur lequel le second mécanisme agit. Les deux constituants du premier mécanisme peuvent ainsi, selon certaines réalisations effectivement proposées pour l'invention, comprendre le planétaire et la couronne, le planétaire et le porte-satellites, ou la couronne et le porte-satellites, et le second mécanisme peut agir soit sur la couronne, soit sur un constituant de la transmission situé entre la première machine de traction et le train épicycloïdal, de manière à bloquer la couronne du train, de manière directe ou non.
Le premier mécanisme peut être un embrayage, au lieu d'un synchroniseur, comme il est proposé dans la réalisation connue ; et le second mécanisme peut être avantageusement un doigt de verrouillage.
Les différents aspects, caractéristiques et avantages de l'invention seront maintenant décrits plus en détail, au moyen des figures suivantes, annexées à titre purement illustratif : - la figure 1 illustre un véhicule hybride connu ; - les figures 2, 3, 4 et 5 illustrent quatre réalisations de l'invention ; - les figures 6, 7 et 8 illustrent une cinquième réalisation de l'invention à trois états de fonctionnement ; - et la figure 9 illustre une sixième réalisation de l'invention.
La figure 2 représente une première réalisation possible de l'invention, dans laquelle le troisième accouplement 28 est remplacé par un embrayage 40 entre le planétaire 24 et la couronne 25. De plus, un doigt de verrouillage 41, dépendant du bâti 29, peut venir en prise avec la couronne 25. Le reste de la conception connue de la figure 1 est inchangé.
Le passage du rapport électrique court au rapport électrique long s'effectue, le moteur thermique 1 étant à l'arrêt, en fermant l'embrayage 40 tout en ouvrant le doigt de verrouillage 41, ce qui libère la couronne 25 et la solidarise immédiatement au planétaire 24. Le régime du moteur électrique 2 diminue en même temps que la vitesse de rotation de la couronne 25 augmente. Une bonne synchronisation des commutations de ces deux mécanismes élimine essentiellement l'état de « power split » obtenu à l'état libre du second train épicycloïdal 9, et donc la rupture de couple.
Pour obtenir le passage du rapport long au rapport électrique court, on procède en opérant les mêmes étapes dans l'ordre inverse. Une bonne synchronisation des commutations des mécanismes permet encore de réduire la durée du mode transitoire et la sensation désagréable ressentie par le conducteur. Dès que l'embrayage 40 est ouvert, le régime de la couronne 25, qui entraîne alors le premier train épicycloïdal 7, diminue avant de s'annuler et de se bloquer devant le bâti 29, grâce à l'action des roues libres 18 et 19, qui empêchent la rotation en sens inverse du premier train épicycloïdal 7. Quand cette situation est atteinte, il est possible d'actionner le doigt de verrouillage 41, qui immobilise la couronne 25 dans les deux sens de rotation, tout en autorisant la récupération d'énergie par le moteur électrique 2 durant les décélérations, ainsi que l'utilisation de la marche arrière. La synchronisation des mécanismes est assurée par un réglage du système de commande du véhicule. Le passage du mode long au mode court n'est toutefois pas autorisé pendant une décélération.
Une position de frein de stationnement est obtenue lorsque l'embrayage 40 est fermé et le doigt de verrouillage 41 est en position de blocage, le second train épicycloïdal 9 étant alors complètement arrêté.
Le mode de réalisation de la figure 3 diffère du précédent en ce que le doigt de verrouillage, maintenant 42, est placé de façon à pouvoir bloquer le porte-satellites 16 du premier train épicycloïdal 7. En effet, le porte-satellites 16 et la couronne 25 étant en permanence en engrènement, les phases de fonctionnement restent identiques, et la couronne 25 peut être bloquée de la même façon, quoique indirectement.
Dans la configuration de la figure 4, on retrouve le doigt de verrouillage 41 de la figure 2, mais l'embrayage 40 est ici remplacé par un embrayage 43 servant à solidariser le planétaire 24 du porte-satellites 26. A cet effet, l'arbre du planétaire 24 comporte un allongement 44 au-delà des satellites 27. Le fonctionnement est le même que précédemment, puisque les modes électriques long, correspondant au train épicycloïdal 9 bloqué, et court, correspondent au train épicycloïdal libre avec blocage de la couronne 25, subsistent tels quels.
Dans le mode de réalisation de la figure 5, l'embrayage, maintenant 45, solidarise la couronne 25 au porte-satellites 26. Alors que dans les conceptions précédentes le planétaire 24 s'étend dans un arbre creux de la couronne 25, ici c'est le porte-satellites 26 qui, par un arbre de prolongement 46, pénètre dans cet arbre creux. Le moteur électrique 2 et le planétaire 24 sont placés de l'autre côté de la couronne 25. Ces modifications n'altèrent toutefois toujours pas le fonctionnement de l'invention tel qu'il a été exposé à propos des réalisations précédentes.
Les figures 6, 7 et 8 représentent un autre mode de réalisation de l'invention, qui comporte un embrayage 40 semblable à celui de la figure 2, alors que l'accouplement 23 de la réalisation de la figure 1 est remplacé par un accouplement 48 à trois positions. A l'état de la figure 6, l'accouplement 48 n'exerce aucune solidarisation ; à l'état intermédiaire, représenté à la figure 7, il solidarise l'arbre de sortie 8 du moteur thermique 1 à la couronne 15 du premier train épicycloïdal 7 ; et à l'état de la figure 8, qui n'a pas d'équivalent à la figure 1, il verrouille l'arbre de sortie 8 et la couronne 15 au bâti 29, et en conséquence, il bloque aussi la couronne 25 du second train épicycloïdal 9. Le blocage total du premier train épicycloïdal 7 est alors accompli dans les deux sens de rotation lorsque le planétaire 14 et l'arbre 8 sont couplés au moyen de l'embrayage 22, ce qui permet une récupération d'énergie par le moteur électrique 2 durant les phases de décélération, ainsi que l'utilisation de la marche arrière.
Par rapport aux premiers modes de réalisation, un accouplement a été supprimé. Pour obtenir un frein de stationnement, l'accouplement 48 doit être mis à la position de la figure 8 et les autres accouplements doivent être aussi en prise.
Et si l'accouplement 48 est à la position de la figure 8, l'actionnement des autres accouplements 22 et 40 permet le changement des rapports électriques entre le court et le long, aussi bien durant des phases d'accélération que de décélération.
Le démarrage du moteur thermique 21 n'est toutefois pas possible à cet état de la figure 8.
Dans la réalisation de la figure 9, l'accouplement 48 n'est pas utilisé, mais un doigt de verrouillage 49 de la couronne 15 au carter 29 existe et permet d'obtenir de la même façon que dans la réalisation précédente le blocage du premier train épicycloïdal 7 en couplant l'arbre 8 au planétaire 14 et à la couronne 15 par les accouplements 22 et 23 en plus du verrouillage de la couronne 15Le rapport électrique court est alors ainsi obtenu.
En mode de propulsion thermique, le blocage de la couronne 15 avec le doigt de verrouillage 49 permet de disposer d'un frein moteur au premier rapport du moteur thermique 1 (l'accouplement 22 étant en prise).
Le doigt de verrouillage 49 pourrait aussi être disposé sur le planétaire 14, avec le même effet de blocage du premier train épicycloïdal 7. Un frein moteur sur le second rapport du moteur thermique 1 (l'accouplement 23 étant en prise) pourrait être obtenu.
Une position de frein de stationnement serait possible avec tous les accouplements et le doigt d'embrayage en prise. (Le mode de réalisation de la figure 2 pourrait être accompli avec deux synchronisateurs sur le premier train épicycloïdal 7. De même, la réalisation des figures 6 à 8 pourrait être appliquée avec des synchronisateurs sur le premier train épicycloïdal 7. Enfin, la position de l'actionneur 48 et de l'autre accouplement pourrait être intervertie sur le premier train épicycloïdal 7, de manière à bloquer complètement le planétaire 14 et l'arbre de sortie 8 au carter 29. Le blocage de la couronne 15 resterait possible en mettant l'accouplement 23 en prise.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS 1) Véhicule hybride, comprenant une première machine de traction (1), une seconde machine de traction (2), un essieu (4) entraîné par la première machine de traction et/ou la seconde machine de traction, une transmission (6) mécanique reliant l'essieu (4) à la première machine de traction (1) et à la seconde machine de traction (2), la transmission comprenant un train épicycloïdal (9) à deux rapports de réduction entre la seconde machine de traction (2) et l'essieu (4), le train épicycloïdal (9) comprenant un mécanisme de commutation pour imposer chacun des rapports de réduction, caractérisé en ce que le mécanisme de commutation est dédoublé et comprend un premier mécanisme (40, 43, 45) apte à solidariser et désolidariser deux constituants du train épicycloïdal, et un second mécanisme (41, 42, 48, 49) apte à arrêter et libérer un troisième constituant du train épicycloïdal.
  2. 2) Véhicule hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième constituant (25) du train épicycloïdal est aussi l'un desdits deux constituants.
  3. 3) Véhicule hybride selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le troisième constituant du train épicycloïdal est une couronne (25) dudit train.
  4. 4) Véhicule hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux constituants du train épicycloïdal incluent un planétaire (24) dudit train épicycloïdal (9).
  5. 5) Véhicule hybride selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux constituants du train épicycloïdal incluent une couronne (25) dudit train.
  6. 6) Véhicule hybride selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux constituants du train épicycloïdal incluent un porte-satellites (26) dudit train.
  7. 7) Véhicule hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier mécanisme (40, 43, 45) est un embrayage.
  8. 8) Véhicule hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le second mécanisme (41, 42, 49) est un doigt de verrouillage.
  9. 9) Véhicule hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le second mécanisme (48, 49) est situé sur une partie (7) de la transmission (6) située entre le train épicycloïdal (9) et la première machine de traction (1).
  10. 10) Véhicule hybride selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite partie de la transmission est un autre train épicycloïdal, et le second mécanisme (48) est un accouplement à deux états d'accouplement, dont un état de blocage dudit autre train (7).
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