Brevet FR2484587A1 — publié le 19811218

Botté de vitesses automatique à quatre vitesses à train ras- sembleur-inverseur. La présente invention concerne les changements de vi- tesses épicycloidaux. Suivant un type connu de changement de vitesses épicy- cloidal, ses arbres menés et menant sont disposés concen- triquement et il comporte un planétaire central commun à deux trains et deux couronnes dont l'une indépendante formant le l, premier train est liée à un embrayage d'entrée El. L'autre couronne du deuxième train, correspondant à l'arbre de sortie, est liée également en rotation au porte-satellites du premier train. Le porte-satellites du deuxième train peut être immo- bilisé par un frein FI. Le planétaire commun aux deux trains peut être lié en rotation à l'arbre d'entrée par un embrayage E2 ou immobilisé par un frein F2. Un tel changement de vitesses permet, par l'utilisation simultanée de deux organes de commande embrayages et/ou freins, d'obtenir trois rapports de vitesses et une marche arrière sur l'arbre de sortie, en l'occurrence sur la couronne du deuxième train. Dans la disposition selon l'invention un train épicy- cloldal complexe est ajouté au mécanisme décrit ci-dessus et donné à titre d'exemple, l'invention pouvant s'appliquer également à d'autres types de mécanismes connus à trois vi- tesses ou plus pour en modifier les caractéristiques. Les problèmes essentiels que vise à résoudre l'invention sont: ) accroître le nombre des rapports et la gamme des vitesses; 2 ) améliorer le rendement sur les rapports les plus fréquemment utilisés; ) conserver intégralement les avantages du convertis- seur de couple sur le premier rapport et sur la marche ar- j5 rière; ) réduire le coat de l'évolution du mécanisme en con- servant la plus grande partie du mécanisme classique à trois rapports; ) accroître la puissance transmise par le mécanisme. Les mécanismes connus utilisant le 'pontage' du conver- tisseur sur un ou plusieurs des rapports supérieurs donnent une solution aux problèmes 2 et 3, mais avec l'inconvénient d'une certaine brutalité lors de la phase de couplage et de la perte de l'amortissement par le fluide hydraulique. L'adjonction d'un train épicycloidal supplémentaire convenablement lié aux éléments du mécanisme à trois vitesses permet de façon connue d'accroître le nombre de rapports, ce qui résoud les problèmes 1, 3 et éventuellement 4. L'introduction dans la chaîne cinématique d'un dispositif à division de puissance permet de façon connue d'améliorer le rendement de l'ensemble puisque seulement une partie de la puissance transmise passe par le convertisseur et est affectée par le rendement dudit convertisseur. De tels dispositifs résolvent les problèmes 2 et 3. Le but final de l'invention est de résoudre tous ces pro- blèmes à la fois. L'invention consiste à utiliser le principe de la divi- 2C sion de puissance à l'aide d'un train 'rassembleur-inverseurl qui est ajouté au mécanisme à trois vitesses et lié en rota- tion à ce dernier par un organe commun. Ledit mécanisme "rassembleur-inverseurO est disposé de telle sorte que l'un des planétaires est lié en rotation à la turbine du convertisseur alors que l'autre planétaire est l'élément commun de sortie du mécanisme à trois vitesses dont la chaîne cinématique assure une liaison en rotation, pour les rapports désirés, directement avec l'arbre moteur. Ledit train rassembleur-inverseur comporte deux groupes >C de satellites montés sur un unique porte-satellites qui est l'élément de sortie de puissance. Le premier groupe de satel- lites engrène avec le planétaire de turbine; le deuxième groupe de satellites longs engrène 10) avec les satellites du premier groupe, 20) avec un planétaire commun avec le méca- nisme à trois vitesses, 30) avec une couronne comportant un dispositif d'immobilisation F3. Z484587 D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel la fig. 1 est une vue schématique en coupe longitudinale Q d'un mécanisme à quatre rapports de marche avant et une marche arrière; la fig. 2 est une vue schématique en coupe transversale du train rassembleur-inverseur. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessous, et donné à OC titre d'exemple non limitatif, la transmission comprend selon les fig. 1 et 2, un convertisseur hydrocinétique de couple 1 et une boîte de vitesses à trains épicycloidaux 2. Le conver- tisseur de couple comprend de manière classique trois élé- ments: l'impulseur ou pompe 3 relié au moteur d'entraînement du véhicule non représenté sur la fig. 1 et entraînant la pompe de servitude 5' de la boite de vitesses par l'intermé- diaire d'un arbre 4 qui traverse la boite de vitesses 2; une turbine 6 dont l'arbre 5 constitue l'un des arbres d'entrée de la botte de vitesses 2 et unf réacteur 7 monté par l'intermé- (C diaire d'un dispositif de roue libre 8. Un deuxième arbre d'entrée 27 relie l'impulseur 3 à la boîte de vitesses. Les trains épicycloidaux 2 sont logés dans le carter 9 du mécanisme. Un premier trains double reçoit directement une partie du couple moteur par l'arbre d'entrée 27 et le transmet au train rassembleur, lequel train rassembleur reçoit par ailleurs la partie du couple moteur transmise depuis la turbine 6 par l'arbre 5. MI Le couple résultant des différentes caractéristiques des trains épicycloidaux se transmet, par l'arbre de sortie 10 et deux pignons de descente 11 et 12, au couple conique 13 qui transmet le couple aux roues du véhicule par l'intermédiaire d'un différentiel classique. Les différents rapports de transmission-sont obtenus au moyen d'un premier embrayage El, un deuxième embrayage E2, un premier frein Fl, un deuxième frein F2 et un troisième frein F3. Les deux embrayages et les trois freins peuvent être commandés hydrauliquement de manière classique. Dans la pra- tique on peut utiliser des embrayages multidisques soumis à l'action d'un piston recevant la pression d'huile d'un fluide hydraulique. Le premier embrayage El est utilisé pour les rapports de marche avant en seconde, troisième et quatrième. Il transmet le couple provenant directement de l'impulseur 3 à la couronne dentée 15 qui se trouve en prise avec un premier jeu de pignon O satellites 16 montés sur un premier châssis portesatellites 17. Le premier châssis porte-satellites 17 est lié en rota- tion à une deuxième couronne à double denture intérieure 18 et extérieure 22. Le deuxième embrayage E2 transmet le couple à un plané- taire double 19, lequel planétaire double 19 peut être immobi- lisé par un frein F2 par rapport au carter 9. Le premier frein Fl est susceptible de bloquer le deu- xième châssis porte-satellites 20 supportant un deuxième jeu C de pignons satellites 21 en prise avec la denture intérieure 18 de la deuxième couronne et avec le planétaire 19. Le train rassembleur-inverseur, ajouté au mécanisme à train épicycloldal double connu décrit ci-dessus, comporte un planétaire 28 qui reçoit le couple transmis par la turbine 6 par l'intermédiaire de l'arbre 5 et un châssis porte-satel- lites 24 qui transmet le couple total de l'ensemble du méca- nisme par l'arbre 10 vers les pignons de descente Il et 12. Le châssis porte-satellites 24 supporte deux jeux de pignons satellites: un premier jeu de pignons satellites 25 -C qui engrènent d'une part avec le planétaire 28, d'autre part avec les pignons satellites longs 23 du deuxième jeu; lesdits pignons satellites longs 23 engrènent par ailleurs avec la denture extérieure 22 de la couronne commune avec le train double décrit ci-dessus, et également avec la couronne 26. Ladite couronne 26 peut être immobilisée par l'action d'un frein F3 ou d'un verrouillage. Le fonctionnement d'un mécanisme à train épicycloidal double associé à un train rassembleur-inverseur selon l'in- vention est le suivant: Pour obtenir le premier rapport de vitesse, les freins Fl ô et F2 sont serrés, ce qui permet d'immobiliser le planétaire double 19 et le chassis porte-satellites 20, donc la couronne 18-22. Le couple moteur passe intégralement par la turbine et la vitesse obtenue ne dépend que de la raison Ra du train formé par la couronne 22 et le planétaire 28. Cette vitesse a pour valeur relative 1 de la vitesse de turbine. i +Ra Pour obtenir les deuxième et troisième rapports de vi- tesse, le train rassembleur ajoute le couple transmis depuis la turbine par le planétaire 28 au couple transmis à travers le train double directement depuis l'impulseur par la couronne 18-22. La vitesse obtenue à l'arbre de sortie 10, c'est-à-dire la vitesse du châssis porte-satellites 24, est liée aux vites- ses relatives du planétaire 28 (turbine) et de la couronne SO 18-22 par la relation: Vitesse sortie =-. vitesse turbine + Ra vitesse mécanisme. La vitesse mécanisme dépend des éléments qui sont immobi- lisés par les freins Fl et F2, l'entrée du couple se faisant pour ces deux rapports de marche avant par l'embrayage El. ) Le deuxième rapport est obtenu par serrage du frein Fl, ce qui correspond à l'immobilisation du deuxième châssis porte-satellites 20. Le troisième rapport est obtenu par serrage du frein F2, ce qui correspond à l'immobilisation du planétaire double 19. Pour obtenir le quatrième rapport de vitesse, le train rassembleur intervient comme pour les deuxième et troisième rapports, mais dans ce cas, la vitesse d'entrée de la couronne 18-22 est égale à la vitesse de l'impulseur. Ceci est obtenu par l'utilisation simultanée des deux embrayages El.et E2 ce qui entraîne la rotation en bloc du train double du mécanisme. Ce quatrième rapport donne une vitesse relative infé- rieure ou au plus égale à la vitesse moteur suivant le glis- sement dans le convertisseur. Pour obtenir la marche arrière, seul le frein F3 est serré, ce qui immobilise la couronne 26. Le couple moteur passe intégralement par la turbine et la vitesse obtenue-ne dépend que de la raison Rr du train formé par la couronne 26 et le planétaire 28. Cette vitesse, a pour valeur relative - 1v de la vitesse turbine. 1+Rr Pour illustrer les possibilités et les avantages de l'ad- jonction d'un train épicycloidal rassembleur-inverseur, selon l'invention, à un mécanisme à train planétaire double donnant ç trois vitesses en marche avant, on donne ci-dessous un exemple de réalisation Soit un mécanisme à trois vitesses de gamme 2,5 dont les rapports de vitesses sont 0,4 pour la première 0,667 pour la deuxième, et 1,000 pour la troisième. L'adjonction d'un train rassembleur-inverseur de raison Ra = 2,4 fait passer la gamme à 1 + Ra soit 3,4 soit un accroissement de 41,6% de la gamme sans tenir compte du glis- sement du convertisseur. Le premier rapport obtenu a pour valeur = 0,294 vitesse turbine. Les second et troisième rapports ont une valeur donnée par la relation donnée ci-dessus: Vitesse sortie = 1+Ra vitesse turbine + Ra vitesse mécanisme = _f _+Ra vl -1+Ra = 0,294 vitesse turbine + 0,706 vitesse mécanisme ce qui donne tous calculs faits des valeurs de 0,576 pour le second rapport et 0,765 pour le troisième rapport; quand au quatrième rapport sa valeur est encore 1,000. Le rapport de marche arrière est, comme le rapport de * première, indépendant des caractéristiques du mécanisme ini- tial. Pour des raisons d'encombrement, et comme il peut être vu sur la fig. 2, le nombre de dents de la couronne 26 est impé- rativement très supérieur au nombre de dents de la couronne 22, donc la raison Rr du train épicycloldal de marche arrière ou inverseur est supérieure à celle Ra du train rassembleur. Dans l'exemple de réalisation ci-dessus, le train épicy- cloidal de marche arrière a pour raison Rr = 3,4 ce qui donne un rapport de vitesse de - ____ = 0,227. p - -f -+Rr = La transmission du couple moteur se fait uniquement par le convertisseur pour les rapports de première et de marche arrière, ce qui permet d'utiliser intégralement les caracté- ristiques de multiplication de couple dudit convertisseur. Par contre, pour les rapports de seconde, troisième et quatrième, le couple de sortie est la somme du couple Ct four- ni par la turbine, et du couple Cm fourni par le mécanisme à train planétaire double, les deux couples étant liés par la relation = 1 Le couple fourni par la turbine croît proportionnellement au glissement pour des glissements faibles, mais le rapport des couples passant respectivement par le convertisseur et directement par le mécanisme reste constant pour les trois rapports utilisant le mécanisme. Suivant l'exemple donné ci-dessus, si le train rassem- bleur a une raison Ra = 2,4; l/Ra = 0,416 le couple passant par le convertisseur n'est que de 1 = -- = 0,294 du couple 1+Ra 3,4 de sortie. Si l'on admet que le rendement du convertisseur peut pas- ( ser de 0,8 à 0,9 lorsque le couple transmis est divisé par 3,4, la comparaison des pertes permet de constater les avan- tages de l'adjonction d'un train rassembleur-inverseur selon l'invention. En effet, les pertes qui étaient de 0,2 sont réduites à 0,1 x 0,294 = 0, 0294; le rendement passe ainsi de 0,8 à 1 - 0,0294 = 0,9706 soit une amélioration de 21% environ en ce qui concerne l'utilisation du convertisseur de couple à puissance transmise équivalente. En ce qui concerne la possibilité évoquée ci-dessus d'ac- croître la puissance transmise par un dimensionnement correct t du train rassembleur tout en conservant les caractéristiques du mécanisme à train planétaire double, elle résulte des rapports des coupes Ct et Cm indiqués ci-dessus. A titre d'exemple, si le couple Cm maxi est de 1 mN (capacité du mécanisme initial) le couple maxi à la sortie du train rassembleur- inverseur suivant l'exemple ci-dessous pourra être de Cm (1 + 1/Ra) = 1,416 mN. Une autre caractéristique particulièrement intéressante du train rassembleur-inverseur selon l'invention, est sa com- pacité: Des mécanismes comportant des trains épicycloidaux utili- sés en division de puissance ont été proposés sur différents types de transmission associant un convertisseur de couple avec un mécanisme à plusieurs rapports de transmission. Dans ces réalisations le train à division de puissance est juxtaposé à un ou plusieurs trains épicycloidaux. 1C Dans la disposition selon l'invention l'élément de liai- son en rotation du mécanisme initial à trois rapports et du train rassembleur-inverseur est un seul et unique élément com- portant, comme il peut être vu sur les fig. 1 et 2, une den- ture intérieure 18 et une denture extérieure 22, ce qui permet de réduire l'encombrement axial. Cet unique élément 18-22 joue le rôle de couronne pour le train planétaire initial et de planétaire pour le train ras- sembleur-inverseur. Le tableau ci-dessous résume le fonctionnement du dis- >- correspondance sur chaque ligne horizontale, une croix indi- quant le ou les éléments activés pour obtenir ce rapport. El E2 Fl F2 F3 X X 2 X X 3 X X 4 X X AR X L'exemple de réalisation et ses caractéristiques sont donnés à titre indicatif. Il est évident qu'un tel train rassembleur-inverseur peut être associé à d'autres types de mécanismes à plusieurs rapports de vitesses et avoir des ca- ractéristiques propres différentes sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Changement de vitesses à train épicycloldal associé à un convertisseur de couple (1) entraîné par un moteur, carac- térisé par le fait qu'il comporte: - un premier arbre (5) lié à l'organe de sortie (6) du convertisseur et un second arbre (27) lié à l'organe d'entrée (3) du convertisseur, donc directement au moteur; - un mécanisme épicycloidal à plusieurs rapports de conception classique mais dont l'entrée (El, E2) est reliée i' audit second arbre (27), donc directement au moteur; et - un dispositif rassembleur à deux entrées (22, 28) et une sortie (24), dont les entrées (22, 28) sont couplées respectivement à l'organe de sortie (18) du mécanisme et audit premier arbre (5), et dont la sortie (24) est couplée à i5 l'arbre de sortie (10) de l'ensemble, de manière que ce dis- positif rassembleur ajoute le couple reçu de l'organe de sortie (18) du mécanisme à celui reçu du premier arbre (5), donc du convertisseur, pour actionner l'arbre de sortie (10) de l'ensemble. 2. Changement de vitesses selon la revendication 1, ca- ractérisé par le fait que ledit mécanisme épicycloidal est à trois rapports, obtenus par l'action combinée de divers freins (Fl, F2) et embrayages (El, E2), et-conçu de façon à per- mettre, par l'action de ces mêmes freins et embrayages selon une combinaison supplémentaire (Fl + F2), de bloquer l'arbre de sortie (18) de manière que le dispositif rassembleur four- nisse un rapport de première vitesse par sa seule action à partir de la puissance transitant seulement à travers le convertisseur (1), tandis que, lors de l'engagement des trois rapports normaux du mécanisme, le dispositif rassembleur fournit respectivement des rapports de seconde, troisième et quatrième vitesse par action conjuguée avec le mécanisme épicycloldal et par addition des puissances transitant paral- lèlement et respectivement, l'une par le convertisseur (1) et le premier arbre (5), et l'autre par le second arbre (27) et le mécanisme épicycloidal sans passer par le convertisseur. 3. Changement de vitesses selon la revendication 2, caractérisé en outre par le fait que le dispositif rassembleur est agencé pour jouer en même temps le rôle d'inverseur afin de fournir au moins un rapport de marche arrière. 4. Changement de vitesses selon la revendication 3, caractérisé par le fait - que le dispositif rassembleur-inverseur est constitué par un train épicycloidal complexe, c'est-àdire à deux plané- taires d'entrée (28, 22) et à un châssis porte-satellites (24) de sortie portant deux groupes de satellites (25, 23) qui engrènent chacun avec un des planétaires (28, 22) et qui de plus engrènent entre eux, un des groupes (23) étant formé à cet effet de satellites longs, - que ledit châssis porte-satellites (24) est couplé à l'arbre de sortie (10) de l'ensemble, tandis que les deux planétaires (28, 22) sont couplés respectivement audit premier arbre (5) provenant du convertisseur (1) et audit organe de sortie (18) du mécanisme épicycloidal à trois rapports et un blocage, - que ledit train épicycloldal complexe se complète par une couronne (26) à denture intérieure en prise avec lesdits satellites longs (23) et immobilisable en rotation par un frein (F3.) ou un verrouillage pour obtenir la marche arrière par le seul effet du rassembleur-inverseur et du convertis- seur, sans transiter par le mécanisme qui est alors libéré. 5. Changement de vitesses selon la revendication 4, ca- ractérisé par le fait que l'organe de sortie (18) du mécanisme épicycloidal est la couronne à denture intérieure d'un dernier étage épicycloidal, et que ledit planétaire (22) couplé audit organe de sortie (18) est disposé concentriquement à la péri- phérie de celui-ci, l'ensemble des deux organes se présentant sous la forme d'une couronne unique (18-22) à double denture intérieure et extérieure.