Brevet FR2691778A1 — publié le 19931203

TRANSMISSION A DIFFERENTIEL, A FONCTION DE CHANGEMENT DE VITESSE. L'invention concerne une transmission à différentiel, à fonction de changement de vitesse, notamment destinée à un ensemble d'entraînement pour véhicules automobiles. Le document EP-0 347 165 A 2 divulgue une transmission à différentiel, à fonction de changement de vitesse, qui trouve son utilisation en tant que différentiel central d'un véhicule à traction intégrale, et par laquelle il est possible de réaliser une répartition de couple inégale vers les arbres de transmission, selon deux rapports différents Le différentiel possède à cet effet, trois arbres de sortie, dont l'un de deux qui sont disposés coaxialement est libéré, tandis que l'autre est relié à une transmission d'essieu Il se produit dans ce cas, de manière désavantageuse, une inversion du sens de rotation. Le domaine d'utilisation du présent différentiel est constitué par les véhicules entraînés par un moteur électrique, ne présentant qu'un seul essieu entraîné par ce moteur A cet effet, le moteur électrique peut constituer la seule source d'entraînement du véhicule; mais il peut toutefois également s'agir d'un véhicule à système d'entraînement hybride, dans lequel on utilise le moteur électrique pour une circulation urbaine, et un moteur à combustion interne pour la circulation sur route Le moteur à combustion interne peut à cette occasion, soit entraîner le différentiel cité, le moteur électrique étant désaccouplé, soit le second essieu du véhicule, par l'intermédiaire d'un autre différentiel de construction classique. La plage de vitesse de rotation utile du moteur électrique n'est pas suffisante pour la plage de vitesse de voitures de tourisme, même si celles-ci sont essentiellement prévues pour la circulation urbaine, lorsque le moteur électrique est couplé de manière rigide au différentiel Des commandes de commutation du moteur électrique, qui seraient en mesure d'améliorer ceci, sont coûteuses et ne sont pas toujours satisfaisantes sur le plan technique. A partir de là, le but de l'invention consiste à fournir une transmission à différentiel, à fonction de changement de vitesse, permettant de réaliser deux vitesses à rapport de transmission différent Un autre but de l'invention, réside dans la conception de moyens d'embrayage adaptés à cet effet. Ce but est atteint conformément à l'invention, pour une transmission à différentiel à fonction de changement de vitesse, qui est caractérisée en ce que, destinée notamment à un ensemble d'entraînement de véhicule au moyen d'un moteur électrique, elle comporte un carter de différentiel, dans lequel est montée tournante une cage de différentiel pouvant être entraînée et dans laquelle sont montés deux pignons planétaires reliés à des arbres de sortie sortant de la cage de différentiel et couplés entre-eux par l'intermédiaire de pignons satellites, un premier arbre de sortie étant réalisé directement sous la forme d'un arbre de roue, et coaxialement à un second arbre de sortie est monté un second arbre de roue, l'ensemble comportant également deux embrayages qui sont disposés coaxialement à l'arbre de roue cité en dernier lieu, le second embrayage pouvant être embrayé tandis que le premier embrayage est ouvert, pour concrétiser un premier rapport de transmission, en reliant ainsi en rotation l'arbre de sortie à l'arbre de roue coaxial, et le premier embrayage pouvant être embrayé tandis que l'autre embrayage est ouvert, en vue de concrétiser un second rapport de transmission (avec entraînement d'une seule roue), en reliant ainsi le second arbre de sortie cité, de manière fixe en rotation, au carter de différentiel Ainsi a été créée une transmission à différentiel, qui réalise de manière simple une boite à changement de vitesse avec un rapport de transmission de 1:2 pour les deux vitesses Pour le rapport inférieur qui est prévu pour la circulation exclusivement urbaine, les manoeuvres et la circulation sur des rampes, l'on dispose de l'effet de différentiel Pour le second rapport qui est de préférence prévu pour la circulation sur voies rapides et sur route, l'on ne dispose que d'un entraînement sur une seule roue, ce qui ne représente toutefois pas d'inconvénients majeurs, en raison de ces conditions de circulation et de la vitesse maximale limitée des véhicules urbains Ceci est particulièrement valable dans le cas o l'entraînement s'effectue sur l'essieu arrière non directionnel Le différentiel peut ici être un différentiel à pignons coniques ou un différentiel droit. Selon une configuration préférée, les deux embrayages sont réalisés en tant qu'embrayages à disques de friction Un actionnement approprié et avantageux des deux embrayages à friction peut s'effectuer, pour chacun d'entre-eux, par un appairage d'un disque de commande et d'un disque de pression disposés coaxialement aux arbres et aux embrayages, dont le disque de commande peut être entraîné en rotation dans le carter de différentiel d'un angle limité pouvant aller jusqu'à 1800, tandis que le disque de pression peut coulisser axialement le long des arbres, de manière fixe en rotation Les disques présentent, dans leurs surfaces frontales se faisant face, au moins trois gorges s'étendant dans la direction périphérique, destinées au guidage de corps roulants tels que des billes, et présentant une profondeur variant selon des sens opposés Chaque disque de pression agit par l'intermédiaire d'une butée axiale sur un embrayage Une rotation du disque de commande par l'intermédiaire d'un ensemble d'entraînement à moteur électrique, conduit à un déplacement axial du disque de pression qui s'écarte du disque de commande en appui, et agit ainsi, par l'intermédiaire de la butée, sur l'empilage de disques d'un embrayage à disques. Il est possible de prévoir pour chacun des deux embrayages, un ensemble propre à disque de commande et disque de pression, chaque ensemble étant entraîné par un moteur électrique Ceux-ci peuvent être commandés de préférence de manière à ce que l'ouverture de l'un des embrayages et la fermeture de l'autre s'effectuent avec des glissements se chevauchant dans le temps, sur les deux embrayages, de sorte qu'il ne se produit pas d'interruption de force de traction, et que l'on évite une montée en régime du moteur d'entraînement électrique. Selon une autre configuration, il est prévu un ensemble d'actionnement qui est disposé entre les deux embrayages, un disque de commande unique étant prévu entre deux disques de pression qui agissent chacun sur l'embrayage associé Dans ce cas, le disque de commande comporte des gorges à billes sur chacune de ses faces, qui permettent de guider des billes Ici, les gorges à billes doivent comporter chacune des secteurs périphériques ne présentant pas de variations de profondeur, de manière à ne pas entraîner d'actionnement supplémentaire de l'un des embrayages La position du disque de commande et ainsi la position des embrayages, doit être détectée au moyen d'un détecteur sans contact, sur la périphérie du disque de commande, de manière à ce qu'il soit possible de régler une position neutre correspondant à un débrayage des embrayages de chaque côté Il est ici nécessaire de réduire la puissance du moteur d'entraînement lors de la commutation. Le opérations de commande peuvent être initiées manuellement ou être commandées automatiquement en fonction de la vitesse et de la charge Suivant la plage de vitesse totale disponible, il est également possible d'effectuer un démarrage dans le second rapport Si à cette occasion il se produit un patinage sur l'unique roue entraînée, l'embrayage pour ce rapport peut être partiellement débrayé, en vue de réduire le couple d'entraînement Si cela se fait sans succès, il est nécessaire de passer au premier rapport. Comme dans tous les cas il est nécessaire de disposer d'une position neutre "N", c'est à dire de désaccouplement entre le moteur d'entraînement et l'arbre de transmission, il est nécessaire, dans le cas d'un dispositif de commande du type de celui cité auparavant, ne comportant qu'un seul disque de commande, de prévoir une position dans laquelle les deux embrayages sont débrayés Si sont prévus des dispositifs de commande séparés, qui comprennent également des moteurs électriques de commande séparés, il est possible de réaliser, aussi bien une position neutre, que dans le cas d'une autre commande, une commutation entre les rapports, sans interruption de la charge. Les moteurs électriques de commande sont de préférence équipés d'un dispositif de freinage, qui est actionné lorsque l'embrayage est en position embrayée et n'est libéré que lors de l'actionnement du moteur électrique de commande; ainsi le disque de commande déplacé, après avoir atteint sa position, est maintenu dans celle-ci, si l'alimentation en courant du moteur électrique de commande est interrompue. Dans la suite, l'invention va être explicitée plus en détail au regard d'exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés, qui montrent: Fig 1 une vue de principe d'un véhicule comportant une transmission conforme à l'invention, selon un premier mode de réalisation; Fig 2 une vue de principe d'un véhicule comportant une transmission conforme à l'invention, selon un second mode de réalisation; Fig 3 une vue en coupe passant par les arbres de roue, d'une transmission comprenant un différentiel conforme à l'invention, les embrayages étant actionnés par un seul moteur électrique; Fig 4 une vue en coupe passant par les arbres de roue, d'une transmission comprenant un différentiel conforme à l'invention, les embrayages étant actionnés par des moteurs électriques séparés; Fig 5 un disque de commande selon la figure 3, en vue axiale; Fig 6 un disque de pression selon la figure 3, en vue axiale; Fig 7 un disque de commande en coupe selon la ligne A-A de la figure 5; Fig 8 un disque de commande en coupe selon la ligne B-B de la figure 7; Fig 9 un disque de commande selon la figure 4, en vue axiale; Fig 10 un disque de pression selon la figure 4, en vue axiale. Sur la figure 1 est représentée une esquisse des contours en vue de dessus, d'un véhicule 1 Celui-ci comporte des roues avant 2, 3 directrices et non motrices Des roues arrière 4, 5 sont reliées par l'intermédiaire d'arbres de roue articulés 6, 7, à un différentiel 8 conforme à l'invention Sur celui-ci sont bridés un moteur électrique d'entraînement 9 et un moteur électrique de commande 10 visibles sur la figure. Sur la figure 2 est représentée une esquisse des contours d'un véhicule 11 Les roues avant directrices 12, 13 sont reliées par l'intermédiaire d'arbres de roue articulés 22, 23, à un différentiel 24. Celui-ci est entraîné par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses 25, par un moteur à combustion interne 26, notamment lors de la circulation sur route Le véhicule comporte en outre, des roues arrière 14, 15 motrices, qui sont reliées par l'intermédiaire d'arbres de transmission articulés 16, 17, à un différentiel 18 conforme à l'invention Celui-ci est entraîné par le moteur électrique 19 qui y est bridé En outre, il est possible d'entrevoir le moteur électrique de commande 20 également bridé extérieurement sur le différentiel. La figure 3 montre un différentiel conforme à l'invention, un moteur électrique 29 qui l'entraîne, ainsi qu'un moteur électrique de commande 30 qui y est bridé Le différentiel comporte un carter 31 dans lequel est monté tournante, de manière classique et non explicitée plus en détail, une cage de différentiel 32. Sur la cage de différentiel est bridée une roue dentée droite 33 qui est en prise avec un pignon d'entraînement 34 Celui-ci est fixé sur un arbre intermédiaire qui n'est représenté que par son axe central Sur cet arbre intermédiaire est fixé un autre pignon d'entraînement 54 qui est prise avec un troisième pignon d'entraînement Celui-ci est fixé sur l'arbre moteur 35 du moteur électrique d'entraînement 29, cet arbre étant également représenté simplement par son axe central. Le différentiel est réalisé sous la forme d'un différentiel à pignons coniques Dans la cage de différentiel, il est possible de voir un premier pignon planétaire de sortie 36 et un second pignon planétaire de sortie 37 Ceux-ci sont couplés entre-eux par l'intermédiaire de pignons satellites 38, 39 Le pignon planétaire de sortie 36 est fixé sur un arbre de sortie , qui sort de la cage de différentiel et réalise simultanément un arbre de roue pourvu d'un flasque. Le pignon planétaire de sortie 37 est monté sur un arbre de sortie 41 réalisé sous forme d'arbre creux Dans celui-ci est monté coaxialement, un arbre de roue 42 pourvu d'un flasque Coaxialement à ces arbres, sont disposés deux embrayages à disques de friction 42, 43, entre-lesquels se trouve également de manière coaxiale, un dispositif de commande 45 Les disques extérieurs du premier embrayage 43 sont montés fixes en rotation, dans le carter de différentiel 31, sur un support 46 Les disques intérieurs de l'embrayage 43 sont montés fixes en rotation sur l'arbre de sortie 41. Les disques extérieurs de l'embrayage 44 sont montés fixes en rotation dans un carter annulaire 47 qui est lié en rotation à l'arbre de roue 42 Les disques intérieurs du second embrayage 44 sont montés fixes en rotation sur l'arbre de sortie creux 41 L'ensemble d'actionnement du dispositif de commande 45 comprend un disque de commande 49 entraîné en rotation par le moteur de commande 30, par l'intermédiaire d'un réducteur 48, ainsi que des disques de pression 50, 51 situés au voisinage du disque de commande Tous les trois disques sont montés de manière tournante par rapport à l'arbre 41 tournant à l'intérieur d'eux Le disque de commande 49 peut tourner à l'intérieur du carter de transmission 31, par l'intermédiaire du dispositif d'entraînement. Les disques de pression 50, 51, par contre, sont maintenus fixes en rotation et axialement coulissants dans le carter de transmission 31 Entre chacun des disques de pression et le disque de commande, sont prévues des billes de roulement 52, 53 circulant dans des gorges. Lorsque le premier embrayage 43 est débrayé, et que le second embrayage 44 est embrayé, l'arbre de sortie 41 et l'arbre de roue 42 sont liés en rotation. Le différentiel assure sa fonction usuelle de répartition du couple entre les arbres de roue 40, 42. Lorsque le premier embrayage 43 est embrayé et le second embrayage 44 est débrayé, l'arbre de roue 42 devient fou, de sorte qu'il ne transmet pas de couple. L'arbre de sortie 41 est maintenu fixe dans le carter 31, de sorte que d'après les lois connues, l'arbre de roue 40 est entraîné avec une vitesse de rotation égale au double de celle de la cage de différentiel, par rapport au carter de transmission 31. La figure 4 montre un différentiel conforme à l'invention, un moteur électrique 29 entraînant ce différentiel, ainsi qu'un moteur de commande 30 bridé sur le carter de différentiel Les détails correspondent sensiblement à ceux de la figure 3, seules les différences étant décrites dans la suite Ici également, sont montés coaxialement aux arbres, deux embrayages 43, 44 à disques de friction, entre lesquels sont ici disposés deux dispositifs de commande 56, 57 indépendants l'un de l'autre L'ensemble d'actionnement du dispositif de commande 56 comprend un moteur de commande 30 et un réducteur 48 Le dispositif de commande comprend un disque de commande 58 entraîné en rotation, et au voisinage de celui-ci, un disque de pression 60 De l'ensemble d'actionnement du dispositif de commande 57, situé dans un autre plan, seul est visible un pignon Le dispositif de commande comprend un disque de commande 59 entraîné en rotation ainsi qu'un disque de pression 61 situé au voisinage de celui-ci. Tous les quatre disques 58 61 sont montés tournant par rapport à l'arbre 41 qui y tourne Les disques de commande 58, 59 peuvent tourner à l'intérieur du carter de transmission 31, par l'intermédiaire du dispositif d'entraînement Les disques de pression 60, 61 sont par contre maintenus fixes en rotation et axialement coulissants dans le carter de transmission 31 Entre les disques de pression et les disques de commande, sont prévues des billes de roulement 62, 63 circulant dans des gorges. Les figures 5 et 6 qui vont maintenant être décrites en commun, montrent le disque de commande 49 et il un disque de pression 50, conformément à la figure 3 Le disque de commande 49 présente une denture extérieure 54 destinée à l'entraînement par le moteur de commande Le disque de pression comporte une rainure de guidage 55 destinée à s'engager sur une partie de guidage du carter Les deux disques présentent chacun trois chemins de billes 56 ', 57 ' comportant un secteur de déplacement 56 a, 57 a présentant une profondeur de chemin diminuant en direction de l'extrémité, ainsi qu'un secteur neutre 56 b, 57 b de profondeur plus grande et non décroissante. Si les deux disques sont superposés, les chemins ont une allure de sens opposé Dans chaque paire de deux chemins superposés est logée une bille de roulement Si les billes se trouvent dans les secteurs de déplacement 56 a, 57 a, le disque de pression 50 est repoussé du disque de commande 49 par les billes, vers l'extrémité du chemin de roulement A cette occasion l'embrayage passe en position embrayée Lors d'un mouvement de sens opposé, l'embrayage est débrayé lorsqu'on atteint la position neutre 58 ', 59 ' La suite du mouvement de rotation au cours duquel les billes se trouvent dans les secteurs neutres 56 b, 57 b, peut être mise à profit, dans le cas d'un disque de commande de configuration conforme à celui de la figure 3, pour réaliser un chemin de déplacement sur la face opposée du disque de commande et sur le disque de pression correspondant La figure 4 laisse entrevoir un détecteur 60 sur la périphérie extérieure. Sur les figures 7 et 8 qui vont être décrites en commun dans la suite, il est visible que le détecteur coopère avec un anneau de capteur 61 réalisé sur le disque de commande 49 et produisant une fonction de saut, qui indique la position dans laquelle la position neutre 58 ', 59 ' des disques coïncide. Les figures 9 et 10 qui vont être décrites en commun dans la suite, montrent un disque de commande 58 et un disque de pression 60 Le disque de commande 58 comporte une denture extérieure 64 destinée à permettre l'entraînement par le moteur de commande Le disque de pression 60 comporte une rainure de guidage 65 destinée à s'engager sur une partie de guidage fixe avec le carter Les deux disques comportent chacun trois chemins de roulement 66, 67 pour billes, répartis sur la périphérie et présentant une profondeur qui varie sur toute leur étendue périphérique Si les disques sont superposés, les chemins de roulement présentent des allures opposée quant à leur profondeur Dans chaque paire de chemins superposés est logée une bille de roulement Par rotation du disque de commande 58, le disque de pression 60 est repoussé axialement du disque de commande, par les billes en direction de l'extrémité la plus plate des chemins A cette occasion, l'embrayage passe en position embrayée Lors du mouvement en sens opposé, la position neutre est obtenue, lorsqu'on atteint la position la plus profonde à l'extrémité opposée des chemins, c'est à dire que l'embrayage est débrayé Le disque de commande et le disque de pression de configuration correspondante, du second ensemble d'entraînement en rotation peuvent être déplacés de façon opposée, de manière synchronisée au mouvement du premier ensemble ou à la suite de celui-ci Dans le premier cas, on obtient une commutation sans interruption de la force de traction, et dans le second cas, on réalise tout d'abord une position neutre, c'est à dire le débrayage des deux embrayages. REVENDICATIONS. 1 Transmission à différentiel, à fonction de changement de vitesse, caractérisée en ce que, destinée notamment à un ensemble d'entraînement de véhicule au moyen d'un moteur électrique, elle comporte un carter de différentiel ( 31), dans lequel est montée tournante une cage de différentiel ( 32) pouvant être entraînée et dans laquelle sont montés deux pignons planétaires ( 36, 37) reliés à des arbres de sortie ( 40, 41) sortant de la cage de différentiel et couplés entre-eux par l'intermédiaire de pignons satellites ( 38, 39), un premier arbre de sortie ( 40) étant réalisé directement sous la forme d'un arbre de roue, et coaxialement à un second arbre de sortie ( 41) est monté un second arbre de roue ( 42), l'ensemble comportant également deux embrayages ( 43, 44) qui sont disposés coaxialement à l'arbre de roue ( 42) cité en dernier lieu, le second embrayage ( 44) pouvant être embrayé tandis que le premier embrayage ( 43) est ouvert, pour concrétiser un premier rapport de transmission, en reliant ainsi en rotation l'arbre de sortie ( 41) à l'arbre de roue coaxial ( 42), et le premier embrayage ( 43) pouvant être embrayé tandis que l'autre embrayage ( 44) est ouvert, en vue de concrétiser un second rapport de transmission (avec entraînement d'une seule roue), en reliant ainsi le second arbre de sortie ( 41) cité, de manière fixe en rotation, au carter de différentiel ( 31). 2 Transmission à différentiel selon la revendication 1, caractérisée en ce que le différentiel est un différentiel à pignons coniques. 3 Transmission à différentiel selon la revendication 1, caractérisée en ce que le différentiel est un différentiel droit. 4 Transmission à différentiel selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les ensembles d'actionnement des embrayages ( 43, 44) comportent pour chacun de ceux-ci un premier disque de commande ( 58, 59) pouvant tourner et axialement fixe dans le carter de différentiel ( 31), et un second disque de pression ( 60, 61), fixe en rotation dans le carter de différentiel ( 31) et axialement coulissant, ces disques étant disposés de manière à pouvoir tourner l'un par rapport à l'autre d'un angle limité, en ce que dans les surfaces frontales opposées du disque de commande et du disque de pression sont prévues des paires de gorges s'étendant dans la direction périphérique, destinées à au moins trois corps roulant ( 62, 63), les gorges présentant une profondeur variant selon des sens opposés, et en ce que chaque disque de pression agit, par l'intermédiaire d'une butée axiale, sur un embrayage et le disque de commande peut être tourné au moyen d'un ensemble d'entraînement en rotation, le disque de pression pouvant s'écarter du disque de commande qui est en appui, au moyen des corps roulants et des paires de gorges. Transmission à différentiel selon la revendication 4, caractérisée en ce que les ensembles d'actionnement se situent entre les embrayages ( 43, 44) et en ce qu'il est prévu un disque de commande commun ( 49) pour les deux disques de pression ( 50, 51). 6 Transmission à différentiel selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'il est prévu un moteur électrique de commande ( 30) pour chacun des ensembles d'entraînement en rotation du disque de commande ( 58, 59) de chacun des deux embrayages ( 43, 44), les ensembles comportant des dispositifs de freinage respectifs qui ne sont libérés que lors de l'actionnement du moteur électrique de commande. 7 Transmission à différentiel selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'il est prévu un moteur électrique de commande ( 30) pour l'ensemble d'entraînement du disque de commande commun ( 49), l'ensemble comportant un dispositif de freinage qui n'est libéré que lors de l'actionnement du moteur électrique de commande.