Brevet FR2463335A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne une transmission à division de puissance pour véhicules à moteur thermique, en particulier pour véhicules automobiles, du type comprenant, entre un arbre d'entrée et un arbre de sortie, un ensemble mécanique comprenant trois trains réducteurs, un convertisseur composé de deux éléments, et un dispositif d'accouplement pour relier sélectivement l'un des éléments du convertisseur à deux des trains réducteurs et diviser la plage des rapports de transmission en deux zones juxtaposées dans cha cune desquelles la transmission fonctionne sur un mode différent. Dans les transmissions à division de -puissance, la puissance à transmettre est divisée en deux parties transitant l'une par le convertisseur et l'autre par l'ensemble mécanique. La puissance dérivée dans le convertisseur doit toutefois être aussi faible que possible. En effet, comme celui-ci a un rendement nettement moins élevé que celui de 11 ensemble mécanique, la transmission garde un bon rendement à condition que cette puissance derivée soit la plus faible possible. Les solutions que l'on propose actuellement pour réduire la proportion de puissance transitant par le convertisseur consistent à diviser la plage des rapports de transmission en plusieurs zones de fonctionnement juxta- posées, ces zones étant séparées l'une de l'autre au niveau d'un point d'adaptation et correspondant chacune à un mode de fonctionnement déterminé. C'est par exemple la solution qui a été adoptée dans la réalisation des transmissions decrites dans le brevet français nO 73 25481 publié souple nO 2 237 446. L'augmentation du nombre des modes de fonctionnement, bien quelle ait l'avantage de permettre l'utilisation d'un convertisseur d'enc6mbrement réduit, conduit toutefois à la réalisation'de transmissions de plus en plus complexes. De ce fait, les constructeurs sont amenés à faire un compromis entre la complexité de la transmission et la puissance dérivée dans le convertisseur. Les transmissions à division de puissance utilisées sur les véhicules automobiles doivent avoir une raison de l'ordre de 3 à 3,5 à pleine puissance du moteur afin de pouvoir satisfaire aux conditions de démarrage et de vitesse maximum du véhicule. On rappelera ici que la raison d'une transmission pour un régime donné du moteur thermique correspond à ltétendue de la plage des rapports susceptibles d'être couverts à ce régime et -qu'elle est égale au quotient des rapports de transmission maximum et minimum permis sur cette plage. Du fait de leurs nombreux avantages, en particulier celui de permettre au rapport de transmission de varier de façon continue, les transmissions à division de puissance peuvent contribuer a une meilleure utilisation du moteur thermique en permettant le maintien de celui-ci sur sa courbe de automobile consommation spécifique minimum: Or, comme sur un véhieulelles demandes en puissance sont habituellement faibles comparativement à la puissance maximum du moteur, la transmission, pour que celui-ci soit maintenu sur sa courbe de consommation spécifique minimum, doit avoir une raison assez grande, par exemple de l'ordre de 6 à 8. D'après les observations précédentes, on remarque donc qutà haut régime, c'est-à-dire à pleine puissance, une raison de 3 à 3,5 est suffisante pour assurer les conditions du démarrage et de vitesse maximum, alors qu'à bas régime, c'est-a-dire à faible puissance, une raison de 6 à8 est nécessaire pour maintenir le moteur sur sa courbe optimum de fonctionnement. Pour répondre à un tel cahier des charges, certaines transmissions sont actuellement prévues avec une raison de 6 à 8. Elles ne sont toutefois pas conçues pour fonctionner sur seulement deux modes. Dans ce cas en effet, elles auraient une puissance apparente importante, et par conséquent un fort dimensionnement. De plus, une grande partie de la puissance à transmettre transiterait par leur convertisseur, ce qui diminuerait leur rendement. Pour surmonter ces aifficultées, les constructeurs préfèrent actuellement réaliser ces transmissions en prévoyant trois ou quatre modes juxtaposés. De cette façon, les transmissions peuvent effectivement avoir une puissance apparente et une puissance dérivée du meme ordre de grandeur que celles d'une transmission ayant une raison de 3 à 3,5. Par contre elles ont une structure extremement complexe, ce qui rend leur construction difficile et onereuse. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet une transmission à division de puissance du type sus-mentionné, qui se caractérise en ce que sa raison varie en fonction du régime du moteur, entre une valeur minimum comprise entre 3 et 3,5 à haut régime et une valeur maximum comprise entre 6.et 8 a bas régime, et en ce que sa plage d'utilisation sur le second mode s'étend entre une valeur minimum à haut régime et une valeur maximum à bas régime, l'étendue de cette plage étant réduite à haut régimc afin que quel que soit le régime du moteur thermique, les vitesses et les couples des éléments du convertisseur ne d6pas- sent jamais leurs valeurs maximum à haut régime. Les vitesses des éléments du convertisseur étant proportionnelles au régime du moteur, elles atteignent leur valeur maximum lorsque le moteur est à son régime maximum, c'est-à-dire lorsque la raison de la transmission a une valeur de 3 à 3,5. Les couples de ces éléments atteignent quant à eux leur valeur maximum dans la zone des bas rapports couverts avec la raison de 3 à 3,5. On sait par ailleurs que la puissance apparente des éléments du convertisseur est définie par le produit de leur vitesse maximum par leur couple maximum et qu'elle est représentative du dimensionnement du convertisseur. Pour que le dimensionnement du convertisseur ne soit pas augmente du fait de l'augmentation de la raison à bas régime, il convient donc que la puissance apparente des éléments soit à bas régime au plus égale à leur puissance apparente à haut régime. Or, c'est précisément ce qui est rendu possible grâce à la transmission conforme à l'invention. Selon un premier mode de réalisation, la transmission conforme à l'invention comporte trois trains épicyeloldaux et présente trois points d'adaptation, ses trains étant choisis pour que les rapports minimum et maximum de transmission soient confondus respectivement avec le premier et le troi sienne points d'adaptation. La transmission ne peut de cette façon fonctionner en régénération de puissance. Sa mécanique n' est donc pas surchargée, ce qui lui permet d'avoir le meilleur rendement possible sur toute la plage des deux modes. Selon un second mode de réalisation, la transmission selon l'invention comporte deux trains épicycloldaux et un train d'engrenage lui permettant de fonctionner en sortie couplée, et elle présente deux points d'adaptation, ses trains étant choisis pour que le rapport minimum de transmission soit plus petit que le rapport correspondant au premier point d'adaptation et pour que le rapport maximum de transmission soit confondu avec le deuxième point d'adaptation. La encore, cette transmission a le meilleur rendement possible sur toute la plage des deux modes puisqu'elle nc peut fonctionner en régénération de puissance. Avantageusement, la transmission comporte un convertisseur dont les deux éléments sont identiques. Grâce à cette disposition particulière, la maintenance devient plus facile. Par ailleurs, les coûts de fabrication peuvent être abaissés puisque la production peut être lancée en plus grande série. On notera ici que c'est en choisissant le point d'adaptation correspondant au changement de mode qu'il est possible d'utiliser un convertisseur ayant deux éléments identiques. Connaissant la raison a satisfaire à pleine puissance, il convient en effet de déterminer le rapport de transmission correspondant au changement de mode de telle façon que le produit du couple maximum par la vitesse maximum pour chaque élément soit identique. Pour optimaliser la transmission, il convient par ailleurs que, sur sa plage d'utilisation sur le second mode, les deux éléments de son convertisseur soient utilisés au maximum de leur puissance apparente et qu'ils puissent donc atteindre chacun le couple et la vitesse maximum permis. Cette condition ne peut toutefois être satisfaite que si le cahier des charges de la transmission et la plage d'utilisation du moteur thermique le permettent. Deux modes d'exécution de la présente invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'une transmission à division de puissance conforme à l'invention - la figure 2 est un diagramme représentant lsévolution de la vitesse V des éléments du convertisseur de cette transmission en fonction du rapport de transmission r, la vitesse de ces éléments étant représentée lorsque le moteur est à son régime maximum (5500 t/mn) et à son régime minimum (1500 t/mn); - la figure 3 est un diagramme représentant la variation du couple C des éléments du convertisseur en fonction du rapport de transmission r ;; - la figure 4 est un schéma d'une autre transmission à division de puissance, cette transmission étant à sortie couplée la figure 5 est un diagramme représentant ltévolution de la vitesse V des éIémentsTconvertisseur de cette transmission en fonction du rapport de transmission r, le moteur étant à son régime maximum (5500 t/mn) et à son régime minimum (1500 t/mn) ; et, - la figure 6 est un diagramme représentant la variation du couple C des éléments du convertisseur de cette transmission en fonction du rapport de transmission r. La transmission à division de puissance représentée sur la figure 1 est plus spécialement destinéé à être montée sur un véhicule automobile. Elle comprend, entre un arbre d'entrée 1 et un arbre de sortie 2, un ensemble mécanique comportant trois trains épicycloidaux 10, 20, 30, et un convertisseur compose de deux éléments E1, E2 qui sont de préférence hydrostatiques mais qui peuvent être mécaniques, électriques ou hydrauliques. Dans le mode de réxlisation représenté, l'arbre d'entrée 1 et l'arbre de sortie 2 sont reliés simultanément à chacun des trois trains épicycloldaux 10, 20, 30 de ensemble mécanique. Plus précisément, l'arbre d'entrée 1 est solidaire - du planétaire 11 du train épicycloldal 10 - de la couronne 23 du train épicycloidal 20 ; et - du porte-staellites 32 du train épicycloldal 30. Quand à l'arbre de sortie 2, il est solidaire - du porte-satellites 12 du train epicycloidal 10 ; - du porte-satellites 22 du train épicycloldal 20 ; et - du planétaire 31 du train épieyeloidal 30. Le troisième élément de chaque train épicyclqldal est par ailleurs relié à un des deux éléments E1, E2 du convertisseur par l'intermédiaire d'engrenages. Dans l'exemple décrit ici, le planétaire ?1 du train épieycloidal 20 entraîne en permanence ltélément E2 par l'intermédiaire d'un pignon 21' dont il est solidaire et qui engrène avec un pignon 3 calé sur l'arbre 4 de cet élément. De plus, les couronnes 13 et 33 des trains épicyeloidaux 10 et 30 entrainent respectivement deux pignons 5 et 6 montés libres en rotation sur l'arbre 7 de ltélément E1.Un dispositif d'accouplement 8, pouvant par exemple être un crabot, permet de solidariser à volonté l'arbre 7 avec le pignon 5 ou avec le pignon 6, et ainsi d'entrainer l'élément E1 soit au moyen du train épicycloldal 10, soit au moyen du train épicyeloidal 30. La figure 2 montre l'évolution des vitesses des éléments E1 et E2 en fonction du rapport de transmission r, d'une part quand le moteur du véhicule atteint son régime maximum NEMAX , et d'autre part quand il atteint son régime minimum NEMIN Pour de simples questions de commodité, les évolutions de la vitesse de l'élément E1 ont été représentées en pointille alors que celles de la vitesse de l'elenient E2 l'ont été par des traits continus. Sur cette figure, il apparait deux zones justaposées A et B correspondant chacune à un mode de fonctionnement de la transmission, et trois valeurs particulières r1, r2, r3 du rapport de transmission r pour lesquelles la vitesse de l'un des éléments du convertisseur est nulle. On notera ici que la vitesse de l'élément E1 est nulle' pour les valeurs r1 et r3 tandis que celle de l'élément E2 est nulle pour la valeur r2. On notera également que la puissance dérivée dans les éléments E1 et E2 est nulle pour les valeurs r1, r2 et rB, celles-cidéfinissant trois points d'adaptation au niveau desquels la puissance dérivée dans le convertisseur est nulle. Le premier mode s'étend de r à r2 et correspond aux faibles valeurs du rapport de transmission. Le pignon 5 est alors solidaire de l'arbre 7 tandis que le pignon 6 est libre en rotation. Le deuxième mode s'entend quant à lui de r2 à r3 et correspond aux valeurs élevées du rapport de transmission. Dans ce cas, le pignon 6 est solidaire de l'arbre 7 alors que le pignon 5 est libre en rotation. Le changement de mode s'effectue en r2 au moyen du dispositif d'accouplement 8, ce changement s'effectuant alors que les pignons 5 et 6 ont des vitesses égales et des couples nuls. Il convient par ailleurs de remarquer que les rapports de transmission minimum et maximum atteints avec la transmission conforme à l'invention se trouvent au niveau des deux points d'adaptation correspondant aux valeurs r1 et r3. Considérons en premier lieu les vitesses prises par les éléments E1 et E2 lorsque le régime du moteur atteint sa valeur maximum NEMAX qui est ici égale à 5500 t/mn. On constate que l'élément E1 atteint sa vitesse maximum NMAX lors du changement de mode, c'est-à-dire en r2, alors que ltélément E2 atteint la sienne lorsque le rapport de transmission prend la valeur rM située entre r2 et r3.Il convient de noter que la valeur rM est déterminée en supposant que la vitesse maximum de ltélément E2 est égale à Considérons maintenant les vitesses prises par les éléments E1 et E2 lorsque le régime du moteur atteint sa valeur minimum NEMIN, ici 1500 t/mn On voit que la vitesse de ltélément E1 reste nettement inférieure à la vitesse NMAX atteinte à haut régime alors que celle de l'élément E2 est au maximum égale à NMAX, valeur qu'elle atteint lorsque le rapport de transmission est égal à r3. Naturellement pour un régime intermédiaire du moteur, la vitesse maximum de ltélément E1 reste encore inférieure à NMAX alors que celle de l'élément E2 est au maximum égale à NMAX. Le schéma de la figure 3 représente la variation des couples des éléments E1 et E2. On voit ainsi que le couple de ltélément E2 atteint sa valeur maximum CMAX en r2 et s' annule en r1 et r3, alors que celui de l'élément E1 prend une valeur maximum égale à C pour la valeur r1, s'annule en r2 et reste inférieur à C. pour la valeur r3, ceci étant dû au fait que l'élément Et n'est pas utilise à sa puissance apparente maximum sur le deuxième mode. La raison de la transmission qui vient outre décrite varie en fonction du régime du moteur. Elle est de 3 à 3,5 à plein régime, c'est-a-dire sur la plage des rapports allant de r1 à r M et de 6 à 8 à bas régime, c'est-à-dire sur la plage des rapports allant de r1 à r3. Les puissances apparentes des éléments du convertisseur ont quant à elles des valeurs qui, quel que soit le régime du moteur, ne dépassent jamais les valeurs maximum qu'elles prennent à haut regime, cette condition étant satisfaite en limitant à haut régime l'étendue de la plage utilisable sur le deuxième mode, ce qui est obtenu en fixant le point rM. La transmission à division de puissance représentée sur la figure 4 est dite à sortie couple. Elle comprend entre un arbre d'entrée la et un arbre de sortie 2a, un ensemble mécanique comportant deux trains épicycloïdaux 1Oa, 20a et un convertisseur composé de deux éléments E la et E2a L'arbre d'entrée la est solidaire de la couronne 13a du train épicycloidal 10a et du poste satellites 22a du train épicycloïdal 20a. Quant à l'arbre de sortie 2a, il est solidaire du porte-satellites 12a du train 10a et du planétaire 21a du train 20a. Le planétaire lia du train iOa entralne par ailleurs en permanence l'élement Ela par l'intermédiaire d'un pignon 11'a dont il est solidaire et qui engrène avec un pignon 3a calé sur- l'arbre 4a de cet élément.En outre, la couronne 23a du train 20a. entraîne un pignon 5a monté libre en rotation sur l'arbre 7a de ltélément E2a Un pignon 6a, calé sur l'arbre de sortie 2a, engrène avec un pignon 8a monté libre en rotation sur l'arbre 7a de l'élément E2 . Par ailleurs un dispositif d'accouplement 9a est prévu pour solidariser à volonté l'arbre 7a avec le pignon 5a ou avec le pignon 8a et entrainer ainsi l'élément E2a soit au moyen du train épicycloïdal 20a soit au moyen du pignon 6a. La figure 5 montre l'évolution des vitesses des éléments E la et E22 en fonction du rapport de transmission r, et ce pour les régimes moteur maximum et et minimum NEMIN. Sur cette figure, où les évolutions de la vitesse de ltélément E la sont représentées en pointillés tandis que celles de la vitesse de l'élément E2a sont représentées par des traits continus, on note l'existence de deux zonesjustaposées Aa et Ba correspondant chacune à un mode de fonctionnement de la transmission, ainsi que celle de deux valeurs particulières r1 et r2 du rapport de transmission pour lesquelles les vitesses des éléments E la et E2 sont respectivement nulles. Ces valeurs r1 et r2 définissent deux points d'adaptation au niveau desquels la puissance dérivée dans le convertisseur est nulle. Considérons maintenant les vitesses des éléments E la et E2a, d'abord lorsque le régime du moteur atteint sa valeur maximum NEMAX. On constate ainsi que l'élément E2 atteint sa vitesse maximum NMAX en r1, c 'est-à-dire lors du changement de mode, et que l'élément E la atteint la sienne lorsque le rapport de transmission prend la valeur rM située entre r1 et r2, cette valeur r M étant déterminée en supposant que la vitesse maximum de E1a est égale à NMAX Lorsque le régime du moteur atteint sa valeur minimum NEMIN, la vitesse de ltélément E2a reste nettement inférieure à la vitesse NMAX atteinte à haut régime.Par contre, la vitesse maximum de l'élément E la est encore égale àN MAX Pour un régime intermédiaire du moteur, la vitesse maximum de l'élément E2 est toujours inférieure à N alors que celle de l'élément E la reste égale à N Leschéma de la figure 6 représente la variation des couples des elle ments E la et E2 en fonction du rapport de transmission. Le couple de l'élé- ment E atteint sa valeur maximum CMAX pour les rapports inférieurs à r1 et la diminue ensuite pour s'annuler en r2. Quant au couple de l'élément E2 s il prend deux valeurs maximum égales à CMAX, l'une pour un rapport de transmis sion r inférieur à r et l'autre lorsque le rapport de transmission est égal m 1 à r2. Il est à noter que sur le deuxième mode, les éléments E la et E2 sont utilisés à leur puissance apparente maximum. La raison de la transmission représentée à la figure 4 est de 3 à 3,5 à plein régime, c'est-à-dire sur la plage des rapports s'étendant de r à rM, et de 6 à 8 à bas régime, c'est-à-dire sur la plage des rapports s'eten- dant de r à r2. Quant aux puissances apparentes des éléments du convertisseur, m 2 elles restent inférieures aux valeurs maximum qu'elles prennent à haut régime. Bien entendu, les rapports de transmission minimum et maximum atteints avec la transmission selon la figure 4 correspondent respectivement aux valeurs r et m r2' Les deux transmissions qui viennent d'être décrites présentent de nombreux avantages. D'abord, elles ne fonctionnent que sur deux modes, ce qui conduit à une grande simplification technologique. Leur raison varie en outre en fonction du régime du moteur de telle sorte que le moteur peut être maintenu sur sa courbe de consommation specifique minimum. Enfin, elles comportent un convertisseur dont l'encombrement, qui est celui prévu pour la raison à haut régime, n'est pas augmenté du fait de la grande valeur de celle-ci à bas régime REVENDICATIONS 1.Transmission à division de puissance pour véhicules à moteur thermique, en particulier pour véhicules automobiles, du type comprenant, entre un arbre d'entrée et un arbre de sortie, un ensemble mécanique comprenant trois trains réducteurs, un convertisseur composé de deux éléments, et un dispositif d'accouplement pour relier sélectivement l'un des éléments du convertisseur à deux des trains réducteurs et diviser la plage des rapports de transmission en deux zones juxtaposees dans chacune desquelles la transmission fonctionne sur un mode différent, ladite transmission étant caractdrisée en ce que sa raison varie en fonction du régime du moteur, entre une valeur minimum comprise entre 3 et 3,5 à haut régime et une valeur maximum comprise entre 6 et 8 à bas régime, et en ce que sa plage d'utilisation sur le second mode s'étend entre une valeur minimum à haut régime et une valeur maximum à bas régime, l'étendue de cette plage entant réduite à haut régime afin que quel que soit le régime du moteur thermique, les vitesses et les couples des éléments du convertisseur ne dépassent jamais leurs valeurs maximum à haut régime. 2. Transmission selon la revendication 1, caractériséeen ce qu'elle comporte trois trains epicycloi"daux et présente trois points d'adaptation, ses trains étant choisis pour que les rapports minimum et maximum de transmission soient confondus respectivement avec le premier et le troisième pointsd'adaptation. 3. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux trains épicyeloidaux et un train d'engrenage lui permettant de fonctionner en sortie couple, et en ce qu'elle présente deux points d'adaptation, ses trains étant choisis pour que le rapport minimum de transmission soit plus petit que le rapport correspondant au premier point d'adaptation et pour que le rapport maximum de transmission soit confondu avec-le deuxième point d'adaptation. 4. Transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractériséeen ce que les deux éléments de son convertisseur sont identiques. 5. Transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, sur sa plage d'utilisation sur le second mode, les deux éléments de son convertisseur sont utilisés au maximum de leur puissance apparente.