DISPOSITIF D'ACCOUPLEMENT POUR UNE MOTORISATION HYBRIDE A

FONCTIONNEMENT SELON AU MOINS DEUX MODES ELECTRIQUE/THERMIQUE- ELECTRIQUE DESTINEE A UN VEHICULE

La présente invention est relative à un dispositif d'accouplement pour une motorisation hybride à fonctionnement selon au moins deux modes électrique/thermique-électrique destinée à un véhicule, notamment à un véhicule utilitaire léger. Dans une utilisation urbaine ou industrielle, un véhicule utilitaire électrique apporte plusieurs avantages.

Ainsi, en zone urbaine et périurbaine, le véhicule utilitaire électrique contribue efficacement à réduire la pollution de l'air engendrée par les rejets des véhicules à moteur à combustion de plus en plus nombreux. Ensuite, les nuisances sonores issues des bruits de voirie, comme la collecte de déchets, le nettoyage des rues et l'entretien des espaces verts par exemple, sont considérées comme très gênantes au quotidien, notamment en raison des heures de passage desdits véhicules de voierie. Le véhicule utilitaire électrique ne présente pas de nuisance sonore, ce qui est très appréciable pour les habitants des moyennes et grandes villes.

Comparativement à un véhicule utilitaire à moteur thermique, le véhicule utilitaire électrique est plus performant dans le cas des petits trajets répétitifs, tels que les applications urbaines citées ci-dessus, les collectes diverses, l'arrosage, et la livraison de marchandises, ainsi que certaines applications industrielles de type maintenance ou logistique.

En effet, avec un véhicule utilitaire thermique utilisé en « stop and go », c'est-à- dire sur des trajets courts entrecoupés d'arrêts prolongés, le moteur n'atteint jamais la température idéale pour fonctionner normalement. Plus en détails, on observe une surconsommation de 50 à 80 % pour le 1 ^er kilomètre, de 25 à 50 % pour le 2 ^ème kilomètre, et enfin, à partir du 6 ^ème kilomètre, la consommation devient quasi-normale.

Le véhicule utilitaire électrique se présente comme une solution beaucoup mieux adaptée à une utilisation en « stop and go » car il ne consomme pas d'énergie à l'arrêt, possède un rendement supérieur à 90 % quel que soit le régime moteur, et il inclut généralement un freinage électrique avec récupération d'énergie qui économise les freins.

Donc, sur de petits trajets urbains, souvent encombrés, et afin de faciliter les arrêts fréquents et les manoeuvres répétitives, la plupart des communes s'équipent de véhicules utilitaires légers à motorisation électrique. Cependant, les véhicules à motorisation thermique demeurent utilisés pour les trajets plus longs, étant donné l'autonomie plus élevée des moteurs thermiques. Dans le cas d'une utilisation mixte, c'est-à-dire dans laquelle le véhicule utilitaire doit être utilisé sur des trajets courts entrecoupés d'arrêts prolongés mais aussi sur des trajets plus longs de plusieurs kilomètres, comme par exemple pour aller au lieu de décharge après une collecte ou pour relier différents espaces verts de la ville via les axes principaux, il devient difficile de faire un choix entre une motorisation thermique et une motorisation électrique. C'est un but de la présente invention de permettre la réalisation d'un véhicule, et plus particulièrement d'un véhicule utilitaire léger, cumulant les avantages d'une motorisation électrique sur de courts trajets entrecoupés et ceux d'une motorisation thermique sur de longs trajets.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'accouplement pour une motorisation hybride à fonctionnement selon au moins deux modes

électrique/thermique-électrique destinée à un véhicule, notamment un véhicule utilitaire léger, ladite motorisation hybride comprenant au moins un moteur thermique et au moins un moteur électrique, ledit dispositif d'accouplement comprend un premier arbre d'entraînement couplé au moteur électrique, un deuxième arbre d'entraînement couplé au moteur thermique, et au moins un arbre principal entraînant au moins une roue du véhicule et susceptible d'être accouplé par des premiers, respectivement des deuxièmes, moyens de transmission au premier, respectivement au deuxième, arbre d'entraînement sous l'action de moyens de sélection pouvant prendre une première et une deuxième position, de telle manière que :

- dans la première position des moyens de sélection, l'arbre principal est accouplé au premier, respectivement au deuxième, arbre d'entraînement par les premiers, respectivement les deuxièmes, moyens de transmission, et, - dans la deuxième position des moyens de sélection, l'arbre principal est accouplé au premier arbre d'entraînement par les premiers moyens de transmission.

Plus précisément, la présente invention a été développée afin de permettre la réalisation d'un véhicule utilitaire de petit gabarit à motorisation électrique avec utilisation d'une motorisation thermique sur les longs trajets.

De cette manière, grâce au dispositif d'accouplement selon l'invention, il devient possible d'améliorer les capacités d'autonomie des véhicules utilitaires légers à motorisation électrique existants.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels:

- la figure 1 est une représentation sous forme de diagramme d'un mode de réalisation d'un dispositif d'accouplement selon l'invention,

- la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif d'accouplement selon l'invention dans la première position des moyens de sélection,

- la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif d'accouplement selon l'invention dans la deuxième position des moyens de sélection.

Sur le diagramme de la figure 1, sont représentées l'architecture et les relations entre les différents éléments d'une motorisation hybride d'un véhicule équipé d'un dispositif d'accouplement 10 selon l'invention pour un fonctionnement selon au moins deux modes : un mode de fonctionnement électrique et un mode de fonctionnement électrique/thermique, un mode de fonctionnement électrique/thermique dégradé pouvant permettre un mode de fonctionnement thermique supplémentaire. Ladite motorisation hybride comprenant au moins un moteur thermique 12 et au moins un moteur électrique 14, ledit dispositif d'accouplement 10 permet de gérer l'entraînement d'au moins une roue 16 d'un véhicule à partir dudit moteur électrique 14 et dudit moteur thermique 12.

A cet effet, ledit dispositif d'accouplement 10 comprend un premier arbre d'entraînement 18 couplé au moteur électrique 14, un deuxième arbre d'entraînement 20 couplé au moteur thermique 12, et au moins un arbre principal 22 entraînant au moins une roue 16 dudit véhicule. Ledit arbre principal 22 est susceptible d'être accouplé par des premiers, respectivement des deuxièmes, moyens de transmission (24,26) au premier, respectivement au deuxième, arbre d'entraînement (18,20). Afin d'actionner ou de libérer l'accouplement de chacun desdits premiers et deuxièmes moyens de transmission (24,26) a^ec l'arbre principal 22, le dispositif d'accouplement 10 comprend des moyens de sélection 28 pouvant prendre une première et une deuxième position de telle manière que :

- dans la première position des moyens de sélection, l'arbre principal 22 est accouplé au premier, respectivement au deuxième, arbre d'entraînement (18,20) par les premiers, respectivement les deuxièmes, moyens de transmission (24,26), et, - dans la deuxième position des moyens de sélection, l'arbre principal 22 est accouplé au premier arbre d'entraînement 18 par les premiers moyens de transmission 24.

Ainsi, grâce à ses moyens de sélection 28, le dispositif d'accouplement 10 selon l'invention permet de gérer la distribution entre les mouvements transmis par les premier et deuxième arbres d'entraînement (18,20).

Plus précisément, dans la première position des moyens de sélection 28, au moins une roue 16 est susceptible d'être entraînée par les deux moteurs thermique 12 et électrique 14, et, dans la deuxième position des moyens de sélection 28, ladite roue 16 est susceptible d'être entraînée par le moteur électrique 14 seul. Le dispositif d'accouplement 10 favorise ainsi une gestion d'une motorisation hybride en autorisant un fonctionnement en mode électrique dans lequel seul le moteur électrique 14 est utilisé, ainsi qu'un fonctionnement en mode thermique- électrique dans lequel le moteur thermique 12 est assisté par un moteur électrique 14. Le dispositif selon l'invention comprend des moyens de pilotage 30 actionnables par le conducteur et des moyens de commande 32 adaptés pour au moins contrôler la position des moyens de sélection 28 et le fonctionnement des moteurs thermique 12 et électrique 14 en fonction de différents paramètres relatifs au fonctionnement desdits moteurs et des actions du conducteur sur lesdits moyens de pilotage 30.

Dans un mode de réalisation illustré en figure 1, les moyens de pilotage 30 comprennent au moins un dispositif de sélection du sens de marche 34, comme un commutateur à deux positions avance et recul par exemple, au moins un dispositif

d'αccélérαtion/freinαge 36 du véhicule, notamment une pédale, et au moins un dispositif de sélection 37 du mode de fonctionnement électrique ou thermique- électrique.

Le dispositif de sélection du sens de marche 34 est relié aux moyens de commande 32 afin de leur transmettre l'ordre du sens de marche choisi.

Le dispositif d'accélération/freinage 36 commande directement ou par l'intermédiaire des moyens de commande 32 le fonctionnement du moteur électrique et/ou du moteur thermique 12. Le dispositif de sélection 37 commande directement ou par l'intermédiaire des moyens de commande 32 la position des moyens de sélection 28.

Les moyens de commande 32, leur programmation et les différentes entrées/sorties qu'ils peuvent gérer ne sont pas plus détaillés car ils dépendent de l'utilisation qui est faite du véhicule et, de plus, la réalisation et le choix des paramètres d'entrée/sortie desdits moyens de commande 32 font partie des connaissances de l'homme du métier.

Cependant, un exemple de procédé de gestion d'une motorisation hybride équipée d'un dispositif d'accouplement selon l'invention est donné en fin de cette description.

Le dispositif d'accouplement 10 pour une motorisation hybride comprend évidemment des moyens d'alimentation 38 en énergie électrique. Ces moyens d'alimentation 38 sont reliés aux moyens de commande 32 afin de permettre auxdits moyens de commande 32 de gérer la distribution d'énergie en\re les différents composants du dispositif d'accouplement 10 et le moteur électrique 14. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'accouplement 10 comprend des moyens de désaccouplement du moteur thermique 12 asec le deuxième arbre d'entraînement 20. Ces moyens de désaccouplement permettent d'entraîner l'arbre principal 22

uniquement avec le moteur électrique 14 alors que les moyens de sélection 28 se trouvent dans leur première position, première position dans laquelle ledit arbre principal est accouplé au premier, respectivement au deuxième, arbre d'entraînement (18,20) par les premiers, respectivement les deuxièmes, moyens de transmission (24,26).

Ces moyens de désaccouplement permettent ainsi d'inverser le sens de rotation du moteur électrique 14 par rapport au sens de rotation du moteur thermique 12, notamment pour réaliser une marche arrière, dans la première position des moyens de sélection 28. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le moteur thermique 12 est couplé au deuxième arbre d'entraînement 20 par l'intermédiaire d'un dispositif à transmission variable continue 40, ce dispositif à transmission variable continue 40 étant connu pour adapter par inertie la réduction en fonction du régime moteur. Avantageusement, ledit dispositif à transmission variable continue 40 permet aussi de réaliser le désaccouplement entre le moteur thermique 12 et le deuxième arbre d'entraînement 20.

Toujours dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les premiers moyens de transmission 24 ont un rapport de transmission différent pour chacune des deux positions des moyens de sélection 28.

De cette manière, le rapport de transmission est adapté selon que le moteur électrique 14 est utilisé seul ou avec le moteur thermique 12. De manière plus détaillée, les premiers moyens de transmission 24 comprennent au moins un premier dispositif de transmission 42 de rapport de transmission β> dans la première position des moyens de sélection 28 et au moins un deuxième dispositif de transmission 44 de rapport de transmission Y dans la deuxième position des moyens de sélection 28, et, les deuxièmes moyens de transmission 26 comprennent au moins un troisième dispositif de transmission 46

de rapport de transmission a dans la première position des moyens de sélection 28.

De plus, chacun des rapports a, β> et Y est adapté pour obtenir un fonctionnement du (ou des) moteur(s) sur sa (leur) plage(s) de fonctionnement optimale(s), notamment à proximité de son(leur) point nominal(aux) de fonctionnement, pour chacune des deux positions des moyens de sélection 28.

Comme l'illustrent schématiquement les figures 2 et 3, les premier, deuxième et troisième dispositifs de transmission (42,44,46) se présentent de préférence sous la forme de liaisons à engrenages, au moins une première roue dentée (48,50,52) étant solidaire en rotation de l'arbre d'entraînement correspondant (18,20) et au moins une deuxième roue dentée (54,56,58) étant susceptible d'être solidarisée en rotation avec l'arbre principal 22. Afin d'actionner ou de libérer l'accouplement de chacun desdits premier, deuxième et troisième dispositif de transmission (42,44,46) avec l'arbre principal 22, lesdits moyens de sélection 28 comprennent :

- au moins un premier dispositif d'accouplement 60 de l'arbre principal 22 avec le premier dispositif de transmission 42 de rapport de transmission β> dans la première position des moyens de sélection 28,

- au moins un deuxième dispositif d'accouplement 62 de l'arbre principal 22 avec le deuxième dispositif de transmission 44 de rapport de transmission Y dans la deuxième position des moyens de sélection 28,

- au moins un troisième dispositif d'accouplement 64 de l'arbre principal 22 avec le troisième dispositif de transmission 46 de rapport de transmission a dans la première position des moyens de sélection 28.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les premier, deuxième et troisième dispositifs d'accouplement (60,62,64) sont solidaires en rotation de l'arbre principal 22, libres en translation selon une direction sensiblement

parallèle à l'axe dudit arbre principal 22 et permettent d'effectuer un couplage mécanique, notamment par engrenage, en\re ledit arbre principal 22 et le dispositif de transmission (42,44,46) correspondant. De plus, les moyens de sélection 28 comprennent des moyens de déplacement 66 en translation desdits premier, deuxième et troisième dispositifs d'accouplement (60,62,64).

De cette manière, lors du changement de position des moyens de sélection 28 ordonnés par les moyens de commande 32 ou directement par le dispositif de sélection 37 du dispositif d'accouplement selon l'invention, les moyens de déplacement 66 en translation permettent d'engager/désengager, ou d'embrayer/débrayer, ledit couplage mécanique entre l'arbre principal 22 et lesdits dispositifs de transmission (42,44,46).

Toujours dans un mode de réalisation préféré du dispositif d'accouplement 10 pour une motorisation hybride, et dans le cas où ladite motorisation entraîne au moins un train de roues 68 composé d'au moins deux roues 16 parallèles et non alignées selon la direction d'avancement du véhicule, le dispositif d'accouplement 10 pour une motorisation hybride comprend un différentiel 70 entre l'arbre principal 22 et les deux roues dudit train de roues 68. Le dispositif d'accouplement 10 selon l'invention propose donc une conception relativement simple, ce qui peut lui permettre de réaliser un accouplement entre un moteur thermique et un moteur électrique dans un encombrement minimal. Cette caractéristique s'avère être très avantageuse voire nécessaire pour une application de l'invention à des véhicules utilitaires légers.

D'autre part, une conception simplifiée conduit aussi à des coûts réduits de fabrication, ce qui ne peut être considéré comme négligeable. Un exemple de procédé de gestion d'une motorisation hybride mettant en oeuvre un dispositif d'accouplement selon l'invention va maintenant être décrit. Il s'agit d'un exemple non limitatif tant pour l'application que pour les étapes dudit procédé.

Ainsi, dans le cas d'un véhicule utilitaire léger destiné à effectuer de petits trajets entrecoupés ainsi que de plus longs trajets sur des voies plus rapides, deux modes principaux de fonctionnement de ladite motorisation vont pouvoir être utilisés : le mode électrique et le mode thermique-électrique. A chacun de ces modes de fonctionnement correspond une utilisation particulière du véhicule équipé du dispositif d'accouplement selon l'invention. Lors de l'utilisation dudit véhicule, le conducteur doit choisir à l'arrêt le mode de fonctionnement, soit un mode de fonctionnement électrique ou soit un mode de fonctionnement thermique-électrique. Pour une utilisation urbaine sur des trajets courts et entrecoupés d'arrêts prolongés, le conducteur privilégiera le mode électrique de ladite motorisation hybride.

Pour cela, les moyens de commande 32 ou le dispositif de sélection 37 ordonnent aux moyens de sélection 28 de se placer dans leur deuxième position de manière que l'arbre principal 22 soit accouplé par les premiers moyens de transmission 24 au premier arbre d'entraînement 18 couplé au moteur électrique 14, et lesdits moyens de commande 32 gèrent la rotation dudit moteur électrique dans un premier sens correspondant au sens d'avancement du véhicule et à une vitesse dépendant de l'action du conducteur sur le dispositif d'accélération/freinage 36. Dans une utilisation urbaine et extra-urbaine sur des trajets plus longs, le conducteur privilégiera le mode thermique-électrique.

Pour cela, les moyens de commande 32 ou le dispositif de sélection 37 ordonnent aux moyens de sélection 28 de se placer dans leur première position de manière que l'arbre principal 22 soit accouplé au premier, respectivement au deuxième, arbre d'entraînement (18,20) par les premiers, respectivement les deuxièmes, moyens de transmission (24,26) et, les moyens de commande 32 et/ou le dispositif d'accélération/freinage 36 gèrent la rotation desdits moteurs électrique 14 et thermique 12.

Lors d'une utilisation dite en mode thermique-électrique dégradé du dispositif d'accouplement selon l'invention, seul le moteur thermique 12 est utilisé pour entraîner l'arbre principal 22. Le moteur électrique demeure toujours couplé audit arbre principal 22 mais il n'est pas alimenté en énergie électrique par les moyens de commande 32.

Enfin, que ce soit dans une utilisation en mode électrique ou thermique- électrique, lors d'un freinage ou d'un relâchement du dispositif d'accélération/freinage 36, le procédé de gestion prévoit d'utiliser le moteur électrique 14 en tant que génératrice, les moyens de commande 32 renvoyant l'énergie électrique ainsi produite aux moyens d'alimentation 38 en énergie.

Lorsque le conducteur décide de reculer avec le véhicule, il agit sur le dispositif de sélection 34 du sens de marche indépendamment du mode sélectionné électrique ou thermique-électrique. Le changement d'état du dispositif de sélection 34 conduit les moyens de commande 32 à inverser le sens de rotation du moteur électrique 14 par rapport au sens de rotation du moteur thermique 12.

Ladite marche arrière s'effectue toujours grâce à l'entraînement du moteur électrique 14, indépendamment du mode de fonctionnement électrique ou thermique-électrique choisi avec le dispositif de sélection 37, grâce aux moyens de désaccouplement entre le moteur thermique 12 et le deuxième arbre d'entraînement 20.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, lors d'une marche arrière dans le mode thermique-électrique, c'est le dispositif à transmission variable continue 40 qui permet de désaccoupler le moteur thermique 12 du deuxième arbre d'entraînement 20 afin que l'arbre principal 22 soit uniquement entraîné par le moteur électrique 14.