Brevet FR2658891A1 — publié le 19910830

La présente invention concerne un dispositif de transmission à rapport variable, en particulier pour l'automobile On connaît les dispositifs dits "transmission automatique" qui comprennent un moyen de transfert d'énergie par glissement angulaire relatif monté en série avec un mécanisme différentiel à trois accès. Le moyen de transfert d'énergie est en général constitué par un convertisseur hydraulique de couple. I1 comprend un générateur d'énergie hydraulique, appelé pompe, qui est relié à l'entrée du dispositif de transmission, et un moteur, appelé turbine, qui produit de l'énergie mécanique à partir de l'énergie hydraulique produite par la pompe, et qui est relié à l'un des accès du mécanisme différentiel. Le mécanisme différentiel est en général constitué par un train planétaire dont un accès autre que celui relié à la turbine est relié à la sortie du dispositif de transmission. Le troisième accès du train planétaire peut être soit immobilisé, pour faire fonctionner le train planétaire en réducteur, soit lié à l'un des deux autres accès pour faire fonctionner le train planétaire en prise directe. Le convertisseur de couple a l'avantage de remplacer l'embrayage à friction, et d'assurer par luimême, en fonction de son rapport de vitesse turbine/pompe, une certaine multiplication variable du couple, qui permet de réaliser la transmission avec un nombre réduit de rapports mécaniques distincts, par exemple seulement deux rapports avec un seul train planétaire comme il a été dit plus haut. Par contre, les transmissions automatiques classiques présentent plusieurs graves inconvénients. Leur rendement est très mauvais, notamment dans la circulation urbaine. De plus, leur poids est très important, leur coût est élevé, et elles sont d'une grande complexité notamment lorsqu'elles comportent de nombreux rapports d'engrenage, comme le veut la tendance actuelle. Certes, les transmissions les plus récentes comprennent un dispositif de prise directe qui se met en service lorsque le véhicule atteint une vitesse de croisière, pour supprimer à ce stade les pertes dans le convertisseur. Toutefois, ce dispositif, qui ajoute encore à la complexité, ne résout pas le problème des pertes très importantes occasionnées par le convertisseur à faible vitesse, et en particulier en phase d'accélération. On connaît en outre d'après le WO-A-89 11405 une transmission dans laquelle un mécanisme différentiel dont le porte-satellites, relié à l'entrée de la transmission, est muni de satellites qui sont en équilibre rotatif sous les actions antagonistes d'une couronne dentée reliée à la sortie et d'une roue planétaire reliée à un sous-ensemble compensateur. Le sous-ensemble compensateur constitue une charge qui, à échelle réduite, est une image inertielle et cinétique de la charge constituée par le véhicule, s'exerçant sur la sortie de la transmission.L'équilibre entre ces deux charges est possible malgré leurs puissances très différentes car si elles exercent des forces égales à la périphérie du satellite, elles ont des couples très différents autour de l'axe du mécanisme et peuvent avoir des vitesses différentes autour du même axe (la puissance étant égale au couple multiplié par la vitesse de rotation). Dans un mode de réalisation, il est prévu que le sous-ensemble compensateur comporte une génératrice électrique montée entre la couronne et la roue planétaire pour produire d'une part de l'énergie électrique fournie à l'installation électrique du véhicule et d'autre part un couple de réaction magnétique à la sortie, à laquelle est fixé le "stator" de la génératrice.Dans un autre mode de réalisation, il est prévu que la part d'énergie électrique on nécessaire à l'installation électrique du véhicule alimente un moteur électrique fournissant un couple supplémentaire à l'arbre de sortie. Ces réalisations ont l'inconvénient d'être d'un coût relativement élevé et de faire interférer le fonctionnement de la transmission avec celui d'autres parties du véhicules, telles que par exemple son installation électrique. Cette interférence constitue d'ailleurs l'idée de base du document pour faire fonctionner un mécanisme différentiel en variateur de vitesse. Le document antérieur en démontre les avantages, mais on peut lui reprocher de risquer de provoquer des pannes en cascade, si par exemple une déficience de l'installation électrique entraîne non seulement une panne électrique mais encore une panne totale de transmission. De plus, le système selon le wO-A-89 11405 nécessite pour le constructeur d'adopter non seulement un nouveau système de transmission mais aussi des modifications du système électrique traditionnel. Le but de l'invention est ainsi de proposer un dispositif de transmission à rapport variable qui soit aussi simple ou même plus simple que celui du WO-A-89 11405 et qui soit autonome. L'invention vise ainsi un dispositif de transmission à rapport variable, en particulier pour l'automobile, comprenant, entre une entrée et une sortie du dispositif, les moyens suivants organisés, au moins pendant certaines phases de fonctionnement, de la manière suivante - un mécanisme différentiel à trois accès dont un premier accès est relié à la sortie du dispositif et un deuxième accès est relié à l'entrée du dispositif - un moyen de transfert d'énergie par glissement angulaire relatif entre un générateur relié au troisième accès du mécanisme différentiel et un moteur transformant de l'énergie fournie par le générateur en énergie mécanique et relié à la sortie du dispositif de transmission pour tendre à faire tourner ladite sortie dans un sens avant. Suivant l'invention, le dispositif est caractérisé en ce qu'en vue de rendre énergétiquement autonome le dispositif de transmission, le moyen de transfert d'énergie est installé de façon qu'aux pertes près toute l'énergie qu'il reçoit du troisième accès soit transférée à la sortie du dispositif de transmission. Au démarrage, la puissance est d'abord envoyée au troisième accès, donc au moyen de transfert, puisque les roues du véhicule sont initialement immobiles et que le premier accès est donc immobile. Le moyen de transfert fournit de l'énergie mécanique à la sortie. Cette énergie met les roues et le premier accès en mouvement. Le moyen de transfert, qui peut être avantageusement un convertisseur de couple, tend à égaliser les vitesses respectives de son générateur et de son moteur, ce qui tend à amener le mécanisme différentiel à fonctionner dans un rapport déterminé entre les deux premiers accès, par exemple le rapport 1. Le mécanisme différentiel fonctionne ainsi en diviseur de puissance, qui envoie une partie de la puissance directement à la sortie et une deuxième partie de la puissance à la sortie via le moyen de transfert. Seule la deuxième partie de la puissance est affectée par le rendement du moyen de transfert. Le rapport de la transmission, entre son entrée et sa sortie, varie en fonction du glissement dans le moyen de transfert. Plus le couple à transmettre est important et plus le glissement dans le moyen de transfert est important, et par conséquent plus le rapport des vitesses sortie/entrée de la transmission est faible. Ceci correspond à ce que l'on attend d'une transmission pour l'automobile, à savoir une vitesse de rotation du moteur relativement élevée lorsque le couple à fournir aux roues est important. On a ainsi réalisé un dispositif de transmission capable de faire fonctionner un mécanisme différentiel en réducteur à rapport variable sans qu'aucune influence ou commande extérieure autre que celle correspondant aux couples et vitesses à l'entrée et à la sortie du dispositif ne soit strictement nécessaire. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après d'un exemple non limitatif. La figure annexée est une vue schématique en coupe axiale d'un mode de réalisation du dispositif de transmission selon l'invention. Dans l'exemple représenté, la transmission 1 selon l'invention a un arbre d'entrée 2 relié à la sortie d'un moteur thermique 3 qui peut être le moteur d'entraînement d'une automobile, et une sortie 4 qui est reliée à l'entrée d'un essieu-moteur 6. Le dispositif de transmission 1 comprend un mécanisme différentiel 13 réalisé sous la forme d'un train planétaire comprenant une roue planétaire 14, une couronne 16, et des satellites 17 qui engrènent avec la roue planétaire 14 et avec la couronne 16. Un premier accès 19 du mécanisme différentiel 13 est solidaire en rotation de la couronne 16 et il est également rendu sélectivement solidaire en rotation de la sortie 4 par l'intermédiaire d'une roue libre 22 qui permet à la sortie 4 de tourner plus vite que la couronne 16 mais l'empêche de tourner moins vite que la couronne 16. Les satellites 17 sont montés en rotation sur un porte-satellites 18 qui constitue un deuxième des trois accès du mécanisme différentiel 13, et ce deuxième accès est relié en rotation à l'entrée 2 du dispositif de transmission par l'intermédiaire d'un embrayage centrifuge 9. Celui-ci est sensible à la vitesse de rotation de l'entrée 2 pour accoupler l'entrée 2 avec le portesatellites 18 lorsque la vitesse de rotation de l'entrée 2 dépasse par exemple 1 200 tours/minute (125 rad/s), c'està-dire dépasse légèrement le régime de ralenti du moteur 3. Par "mécanisme différentiel" on entend, d'une manière générale, un mécanisme à trois accès dont chacun a une vitesse angulaire qui est fonction de la vitesse angulaire des deux autres, cette fonction étant déterminée par les rapports d'engrenage reliant entre eux les trois accès dans le mécanisme. Le dispositif de transmission 1 comprend en outre un moyen de transfert d'énergie par glissement angulaire relatif 7 réalisé sous la forme d'un convertisseur hydraulique de couple. Le convertisseur 7 comprend un générateur ou "pompe" 8 relié à un troisième accès 21 du mécanisme différentiel 13, qui est solidaire en rotation de la roue planétaire 14. Le convertisseur de couple 7 comprend en outre, de manière classique, un moteur ou "turbine" 11 ainsi qu'un "réacteur" 12 qui est iEffiObilisé en rotation relativement au bâti de manière appropriée pour offrir à l'huile, en service, un appui de réaction permettant la conversion du couple. Comme l'on sait, un convertIsseur de couple est un appareil qui, pour un couple donné appliqué à sa pompe e,, produit par sa turbine li un couple qui est orienté dans le meme sens et multiplié par un facteur qui est une fonction croissante du glissement angulaire relatif de la turbine 11 par rapport à la pompe 8. La turbine 11 est rendue sélectivement solidaire en rotation de la sortie 4 par l'intermédiaire d'une roue libre 23 qui permet à la sortie 4 de tourner librement à une vitesse supérieure à celle de la turbine 11 du convertisseur 7 et empêche la sortie 4 de tourner à une vitesse inférieure à celle de la turbine 11. Un frein 24 permet de bloquer sélectivement le troisième accès 21, y compris la roue planétaire 14 et la pompe 8 du convertisseur 7. Un autre frein 26 permet de bloquer sélectivement le premier accès 19, donc la couronne 16. Les freins 24 et 26 sont commandés par un boîtier de pilotage 28, par l'intermédiaire d'actionneurs non représentés pouvant fonctionner par action de la dépression régnant dans la tubulure d'admission du moteur 3. Le fonctionnement du dispositif de transmission 1 est le suivant Lorsque le moteur 3 tourne au ralenti, l'embrayage centrifuge 9 est désaccouplé, de sorte que l'ensemble du dispositif de transmission 1 exceptée l'entrée 2 est immobile si les roues du véhicule sont immobiles. Si l'on fait augmenter la vitesse de rotation de l'entrée 2, en agissant sur le moteur 3, l'embrayage centrifuge 9 réalise l'accouplement entre l'entrée 2 et le porte-satellites 18. Compte tenu de la résistance à la rotation de la sortie 4, la rotation du porte-satellites 18 ne peut pas faire tourner la couronne 16 et entraîne par conséquent la roue planétaire 14 dans le sens avant à une vitesse plus grande que celle de l'entrée 2. De la sorte, la pompe 8 du convertisseur 7 transmet un couple à la turbine 11 dans le sens avant, et ce couple est transmis à la sortie 4 par la roue libre 23 qui, comme déjà mentionné, oblige la sortie 4 à tourner au moins aussi vite que la turbine 11. Comme la roue planétaire 14 subit une résistance à la rotation de la part du convertisseur 7, la couronne 16 se met en rotation à la vitesse de la sortie 4 et transmet un couple à la sortie 4. Le glissement angulaire dans le convertisseur 7 diminue et par conséquent les vitesses respectives de la roue planétaire 14 et de la couronne 16 tendent à devenir égales, au glissement dans le convertisseur près. On est donc passé progressivement, de manière automatique et énergétiquement autonome, d'un rapport de réduction infini à un rapport de réduction sensiblement égal à 1 alors qu'une partie appréciable de la puissance a été transmises sans passer par le convertisseur, donc sans subir les pertes entraÎnées par le convertisseur. Pour éviter que la pompe 8 ne soit entraînée à vitesse très élevée lorsque la couronne 16 est encore immobile, le train planétaire 13 est choisi pour que le rapport des diamètres entre la couronne 16 et la roue planétaire 14 soit peu éloigné de 1, par exemple égal à 1,5. Pour augmenter le rapport total de réduction entre l'entrée 2 et ltessieu 6 au démarrage, la sortie 4 est reliée à l'essieu 6 par l'intermédiaire d'une transmission mécanique 27 fortement démultipliée. Compte tenu de cette démultiplication en aval de la transmission selon l'invention, la situation de quasiprise directe qui est atteinte dans la transmission lorsque le glissement de convertisseur s'est amenuisé n'est satisfaisante que pour les vitesses intermédiaires du véhicule, et non pour des vitesses de croisière élevées. C'est pourquoi, lorsque la vitesse de rotation de la sortie 4 atteint un certain seuil prédéterminé, qui peut être réglé automatiquerient par le boîtier de pilotage 28 en fonction de la charge à transmettre (telle que mesurée par exemple d'après la dépression dans une tubulure d'admission du moteur), le boîtier 28 commande le serrage convenablement progressif du frein 24, qui immobile la roue planétaire 14, de sorte q la couronne 16 et avec elle la sortie 4 sont entraînées à une vitesse de rotation supérieure à celle de l'entrée 2. La roue libre 25 permet à la turbine Il de rester immobile et on a ainsi une phase de fonctionnement sans pertes dans le convertisseur 7. Une troisième phase de fonctionnement commence lorsqu'est atteint un second seuil de vitesse, plus élevé que le précédent, et réglé de manière analogue par le boîtier 28. A ce stade, le boîtier 28 pilote d'une part le desserrage du frein 24 et d'autre part le serrage du frein 26. La roue planétaire 14 est alors entraînée à grande vitesse dans le sens avant et ce mouvement est transmis par le convertisseur 7 à la sortie 4 dont la rotation par rapport à la couronne 16 est permise par la roue libre 22. De maniere non représentées, des moyens peuvent être prévus pour, à ce stade, accoupler la turbine 11 et le moteur 8, et d'autre part libérer le réacteur 12, de manière à supprimer toutes les pertes dans le convertisseur pendant la troisième phase du fonctionnement. Le mode de réalisation qui vient d'être décrit peut fonctionner sans hydraulique de commande, et est extrêmement léger, compact et économique. En particulier, les composants du genre roue libre, embrayage centrifuge, freins, sont des composants à très faible prix de revient. Pour donner un ordre de grandeur, on peut dire qu'une transmission selon l'invention coûte cinq à dix fois moins cher à fabriquer qu'une transmission automatique actuelle, et son encombrement est environ deux à trois fois moins important. De plus, la consommation de carburant et les performances a vitesse réduite sont très sensiblement améliorées. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. On pourrait envisager de simplifier encore le dispositif de la figure 1 en supprimant l'embrayage 26 et la roue libre 22 de manière à supprimer la dernière phase de fonctionnement. On peut aussi concevoir d'interposer un réducteur mécanique à deux rapports à commande automatique centrifuge entre l'embrayage centrifuge 9 et le porte-satellites 18, on entre la roue planétaire 14 et la pompe 8. Ceci permet de réaliser dans la transmission selon l'invention un rapport de réduction élevé au démarrage, puis de passer à une deuxième phase du fonctionnement où le réducteur se comporte en prise directe, donc sans pertes1 puis à une troisième phase où l'ensemble du dispositif de transmission est en prise directe, par passage en position embrayée d'un embrayage centrifuge agissant entre le porte-satellites 18 et la couronne 16 du train planétaire. Des moyens peuvent être prévus pour réaliser une marche arrière, par exemple un mécanisme inversant sélectivement le sens de rotation du porte-satellites 18 par rapport à celui de l'entrée 2. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transmission à rapport variable, en particulier pour l'automobile, comprenant, entre une entrée (2) et une sortie (4) du dispositif (1), les moyens suivants organisés, au moins pendant certaines phases de fonctionnement, de la manière suivante : - un mécanisme différentiel (13) à trois accès (18, 19, 21) dont un premier accès (19) est relié à la sortie (4) du dispositif (1) et une deuxième accès (18) est relié à l'entrée du dispositif - un moyen de transfert d'énergie (7) par glissement angulaire relatif entre un générateur (8) relié au troisième accès (21) du mécanisme différentiel et un moteur (11) transformant de l'énergie fournie par le générateur (8) en énergie mécanique et relié à la sortie du dispositif de transmission pour tendre à faire tourner ladite sortie dans un sens avant, caractérisé en ce que, en vue de rendre énergétiquement autonome le dispositif de transmission, le moyen de transfert d'énergie (7) est installé de façon que, aux pertes près, toute l'énergie qu'il reçoit du troisième accès (21) soit transférée à la sortie (4) du dispositif de transmission. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de transfert est un convertisseur de couple hydraulique (7) dont le générateur est une pompe (8) de convertisseur et le moteur est une turbine (11) de convertisseur. 3. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que le deuxième accès (8) du mécanisme différentiel est relié à l'entrée (2) du dispositif par l'intermédiaire d'un embrayage d'entrée (9). 4. Dispositif conforme à la revendication 3 caractérisé en ce que l'embrayage d'entrée (9) est un embrayage sensible à la vitesse de rotation de l'entrée (2) du dispositif (1) pour relier l'entrée (2) du dispositif au deuxième accès du mécanisme différentiel (7) lorsque la vitesse de rotation de l'entrée (2) du dispositif excède un certain seuil. 5. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le mécanisme différentiel (13) comprend un porte-satellites (18) relié au deuxième accès et dont les satellites (17) engrènent avec une denture de grand diamètre (16) solidaire du premier accès (21) et une denture de plus petit diamètre (14) solidaire du troisième accès (21), caractérisé en ce qu'il comprend un frein (24) capable d'immobiliser sélectivement le troisième accès, et une roue libre (23) interposée fonctionnellement entre le moteur (11) du moyen de transfert (7) et la sortie (4) du dispositif pour permettre à la sortie (4) de tourner librement à une vitesse supérieure à celle du moteur (11) du moyen de transfert (7) et empêcher la sortie (4) de tourner à une vitesse inférieure à celle du moteur (11) du moyen de transfert (7). 6. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le mécanisme différentiel (13) comprend un porte-satellites (18) relié au deuxième acces et dont les satellites (17) engrènant avec une denture de grand diamètre solidaire du prier accès (19) et une denture de plus petit diarètre (14; ; solidaire du troisième accès (21), caractérisé en ce qu'il comprend un frein (26) capable d'immobiliser sélectivement le premier accès (19), et une roue libre 22) interposée fonctionnellement entre le premier accès (19) et la sortie (4) du dispositif pour permettre à la sortie (4) de tourner librement à une vitesse supérieure à celle du premier accès et empêcher la sortie de tourner à une vitesse inférieure à celle du premier accès.