Brevet FR2702022A1 — publié le 19940902

La présente invention concerne une boîte de changement de vitesse à commande automatique, de préférence pour véhicules automobiles, dont l'arbre d'entrée est relié, par un convertisseur hydrodynamique, au vilebrequin d'un moteur d'entraînement et dont l'arbre de sortie entraîne un pignon de sortie ou est relié avec celui-ci, qui dispose de trois trains d'engrenages planétaires, montés en série, avec chacun leur porte-satellites et roues satellites, roues solaires et roues annulaires, auxquels sont associés, au moins en partie, des organes de changement de vitesse tels que des embrayages et des freins, et dans laquelle la roue solaire du premier train planétaire est reliée à l'arbre d'entrée de la boîte, une autre roue solaire au moins peut être reliée par l'embrayage à l'arbre d'entrée de la boîte et le porte-satellites du deuxième train d'engrenages planétaires peut être relié, par l'embrayage, à l'arbre d'entrée de la boîte. Tandis que les boîtes de changement de vitesse à commande automatique classique comportent généralement trois à quatre vitesses, la réalisation d'autres rapports permet d'améliorer le confort de conduite et d'abaisser la consommation de carburant. I1 faut considérer dans ce cas qu'en augmentant le nombre de rapports on augmente aussi fortement l'encombrement ainsi que le nombre de trains planétaires et/ou d'éléments planétaires et celui des organes de changement de vitesse. Dans la mise au point de boîtes de vitesses automatiques modernes à plusieurs rapports, on s'est donc fixé comme objectif d'accroître encore le nombre des rapports et en même temps de maintenir aussi réduits que possible l'encombrement et le nombre d'organes de changement de vitesse nécessaires. Par la revue Korean SAE ; 1, 1991, page 285 on connaît une boîte de vitesses qui répond largement à ces exigences. La boîte de vitesses automatique représentée sur la figure 10 de ce document est conçue comme une boîte à six rapports dans laquelle trois trains d'engrenages planétaires sont montés en série l'un derrière l'autre et reliés entre eux pour permettre de commander six marches avant et une marche arrière, par l'intermédiaire de cinq organes de changement de vitesse (freins ou accouplements). La présente invention a pour but de perfectionner une boîte de vitesses de ce type. En particulier, la boîte de vitesses perfectionnée doit être conçue de manière à permettre d'éviter une commande de vitesses à réducteur, c'est-àdire l'actionnement de deux fois deux organes de changement de vitesse pendant une manoeuvre. En outre, la nouvelle boîte de vitesses doit pouvoir être réalisée avec des vitesses planétaires inférieures aux vitesses actuelles. Ce but est atteint avec une boîte de vitesses suivant l'invention caractérisée en ce que la roue annulaire du premier train planétaire peut être bloquée avec un frein, en ce que le porte-satellites du premier train planétaire est relié à la roue annulaire du deuxième train planétaire, cette roue annulaire étant accouplée à la roue solaire du troisième train planétaire et pouvant être fixée par un frein, en ce que le porte-satellites du deuxième train planétaire est solidaire du porte-satellites du troisième train planétaire, ce porte-satellites pouvant être bloqué par un frein, et en ce que la roue annulaire du troisième train planétaire entraîne un pignon de sortie ou est reliée à celui-ci. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, une boîte de vitesses est caractérisée en ce que le porte-satellites du premier train planétaire est relié à la roue solaire du deuxième train planétaire et peut être fixé par un frein, que la roue annulaire du premier train planétaire peut être bloquée au moyen d'un frein, que le portesatellites du deuxième train planétaire est relié à la roue annulaire du troisième train planétaire et peut être bloqué par un frein, et que la roue annulaire du deuxième train planétaire est reliée au porte-satellites du troisième train planétaire, ce porte-satellites entraînant un pignon de sortie ou étant relié à celui-ci. Suivant des dispositions préférées - le porte-satellites du troisième train planétaire peut être soutenu par une roue libre, conjointement avec le porte-satellites du deuxième train planétaire ; - le porte-satellites du deuxième train planétaire peut être soutenu par une roue libre, conjointement avec la roue annulaire du troisième train planétaire ; - le pignon de sortie est placé entre les trains planétaires. Grâce à l'agencement suivant l'invention et à l'association des éléments planétaires et des organes de changement de vitesse, on obtient deux boîtes de vitesses à commande automatique de construction très courte, qui peuvent être actionnées sans commande de vitesses à réducteur, qui ne comportent que cinq organes de changement de vitesse et qui présentent en outre des rapports de transmission et de vitesse de rotation très favorables. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Des modes de réalisation de l'invention sont représentés à titre d'exemples non limitatifs sur les dessins annexés, sur lesquels La figure l est un croquis de principe d'un exemple de réalisation de l'invention ; la figure 2 est un croquis de principe d'un autre exemple de réalisation de l'invention ; et la figure 3 représente une variante de l'invention selon la figure l, dans laquelle il est prévu une sortie centrale de la boîte automatique. Sur la figure 1, la référence M désigne un moteur qui entraîne un convertisseur de couple de rotation hydrodynamique W, par un vilebrequin 1. La roue de turbine de ce convertisseur est reliée à l'arbre d'entrée 2 de la boîte, sur lequel sont fixés deux embrayages K1, K2. La boîte de vitesses est essentiellement constituée de trois trains planétaires montés l'un derrière l'autre avec chacun une roue annulaire, un porte-satellites avec roues satellites et une roue solaire. A chacun de ces trois trains planétaires PS11, PS12, PS13 est associé un organe de changement de vitesse qui, dans cet exemple de réalisation, est conçu sous la forme des freins B1, B2, B3. Les embrayages et les freins de cette boîte de vitesses peuvent être actionnés de manière électrohydraulique, comme il est généralement d'usage. Tandis que la roue solaire Sll du premier train planétaire PSll est directement reliée à l'arbre d'entrée 2 de la boîte, la roue solaire S22 du deuxième train planétaire PSl2 n'est reliée à l'arbre d'entrée 2 de la boîte que par l'embrayage Kl. Le second embrayage K2 permet la liaison du porte-satellites P22 du deuxième train planétaire PS12 avec l'arbre d'entrée de la boîte, ce porte-satellites P22 étant relié d'une part avec le porte-satellites P33 du troisième train planétaire PSl3. Une autre caractéristique de la boîte de vitesses selon la figure 1 est que le porte-satellites P11 du premier train planétaire PSll est relié à la roue annulaire R22 du deuxième train planétaire PS12, cette roue annulaire R22 étant accouplée avec la roue solaire S33 du troisième train planétaire PSl3 et pouvant être fixée par un frein B2. En outre, le porte-satellites P33 du troisième train planétaire P13, solidaire du porte-satellites P22 du deuxième train planétaire PS12, peut être fixé à l'aide d'un frein B1. En outre, la roue annulaire Rîl du premier train planétaire PSll peut être bloquée au moyen d'un frein B3. Enfin la roue annulaire R33 du troisième train planétaire PS33 est conçue de manière à entraîner un pignon de sortie AR1 ou à être solidaire de celui-ci. La boîte de vitesses selon la figure 3 est pratiquement identique à celle de la figure 1. Elle diffère de celle-ci uniquement par le fait que la roue annulaire R33 entraîne un pignon de sortie AR3 ou est reliée avec un pignon de ce type qui, en tant que sortie centrale, est placé entre les trains planétaires PS32 et PS33. Cette configuration, favorable dans bien des applications, d'une sortie centrale comporte toutefois cet inconvénient que le frein B1 doit être placé à droite derrière le troisième train planétaire PS33, ce qui augmente le volume d'emcombrement nécessaire. Aux deux boîtes de vitesses selon les figures 1 et 3 est associée une roue libre Fl, F3, par laquelle le porte-satellites P33 du troisième train planétaire PSl3, PS33 peut être soutenu avec le porte-satellites P22 du deuxième train planétaire PSl2, PS22. Le tableau 1 suivant montre les organes de changement de vitesse qui doivent être activés pour actionner les différents rapports des boîtes de vitesses selon les figures 1 et 3. L'actionnement d'un organe de changement de vitesse (embrayage, frein ou roue libre) est signalé par l'inscription d'un "X". En outre, ce tableau indique le rapport de transmission i pour les différentes vitesses (vitesses 1 à 6 et marche arrière). Tableau 1 Vitesse Frein Roue Embrayage libre i 1 2 3 1 2 (X) x x 3,61 2 X X 1,9 3 X X 1,45 4 x x 1,0 5 X X 0,744 6 X X 0,655 R X X -5,51 N Cette boîte de vitesses permet d'obtenir des rapports de vitesse de rotation particulièrement favorables pour les engrenages des trois trains planétaires.C'est ainsi que le rapport de la vitesse de rotation de la roue satellite à celle de la roue solaire est égal à 3,39 pour les engrenages du premier train planétaire PSll, à 2,22 pour ceux du deuxième train planétaire PSl2 et à 1,17 pour ceux du troisième train planétaire PS13. La figure 2 représente une variante indépendante suivant l'invention. Là encore, un moteur d'entraînement M entraîne, par un vilebrequin 1, un convertisseur hydrodynamique W dont la turbine est reliée à l'arbre d'entrée 2 de la boîte de vitesses. La boîte de vitesses est constituée ici aussi de trois trains planétaires PS21, PS22, PS33 qui sont montés l'un derrière l'autre et sont reliés entre eux et comportent chacun une roue annulaire, un porte-satellites avec roues satellites et une roue solaire. Pour la commande des six marches avant et de la marche arrière il est prévu cinq organes de changement de vitesse (Kl, K2, Bl, B2, B3) qui peuvent être actionnés électrohydrauliquement. Comme pour la boîte de vitesses selon les figures 1 et 3, il est prévu ici aussi les embrayages Kl et K2 sur l'arbre d'entrée 2 de la boîte de vitesses. La roue solaire Sl du premier train planétaire PS21 est entraînée dans cette configuration directement par l'arbre d'entrée 2 de la boîte, tandis que la roue solaire S3 peut être reliée à l'arbre d'entrée 2 par l'embrayage K1. Le porte-satellites P2 du deuxième train planétaire PS22 peut être relié à l'arbre d'entrée 2 de la boite, à l'aide de 1 l'embrayage K2, ce porte-satellites P2 étant accouplé à la roue annulaire R3 du troisième train planétaire PS23 et pouvant être fixé par un frein B1. Cette boîte de vitesses a pour autre caractéristique que le porte-satellites P1 du premier train planétaire PS22 est relié à la roue solaire S2 du deuxième train planétaire PS22 et peut être fixé par un frein B2. La roue annulaire R1 du premier train planétaire PS21 peut en revanche être bloquée au moyen d'un frein B3. Enfin il est prévu dans le deuxième train planétaire PS22 une roue annulaire R2 qui est reliée au porte-satellites P3 du troisième train planétaire PS23, le porte-satellites P3 entraînant un pignon de sortie AR2 ou étant relié avec celuici. Enfin, le porte-satellites P2 du deuxième train planétaire PS22 peut être soutenu par une roue libre F2, avec la roue annulaire R3 du troisième train planétaire PS23. Contrairement aux boîtes de vitesses automatiques selon les figures 1 et 3, il est possible de réaliser avec cette boîte des vitesses de rotation planétaires particulièrement réduites. Pour cette boîte de vitesses aussi, il a été indiqué, dans le tableau 2 suivant, le schéma de commutation pour les six marches avant et la marche arrière de la boîte, le symbole "X" désignant l'activation de l'organe de changement de vitesse respectif (frein, embrayage, roue libre). En outre, pour les différentes vitesses, on a indiqué le rapport de transmission i. Comme dans le tableau 1, l'activation du frein Bl n'est nécessaire dans la première vitesse que si le véhicule roule avec frein moteur (roulement sur la lancée) (marqué par "(X)"). Tableau 2 Vitesse libre i libre 123 1 2 1 (X) x x 3,65 2 x X 1,914 3 X X 1,455 4 X X 1,000 5 x X 0,744 6 X X 0,655 R X X -5,51 N Comme dans la boîte de vitesses de la figure 1, il est possible d'obtenir avec cette boîte selon la figure 2, des rapports de vitesse de rotation particulièrement favorables. C'est ainsi que le rapport de la vitesse de rotation des roues satellites à la vitesse de rotation d'entraînement (vitesse de la roue solaire) est de 3,38 pour les engrenages du premier train planétaire, de 1,16 pour ceux du deuxième train planétaire et de 0,88 pour les engrenages du troisième train planétaire. REVENDICATIONS 1. Boîte de changement de vitesse à commande automatique, de préférence pour véhicules automobiles, dont l'arbre d'entrée (2) est relié, par un convertisseur (W) hydrodynamique, au vilebrequin (1) d'un moteur d'entraînement (M) et dont l'arbre de sortie entraîne un pignon de sortie (AR1, AR2, AR3) ou est relié avec celui-ci, qui dispose de trois trains d'engrenages planétaires (PS), montés en série, avec chacun leurs porte-satellites et roues satellites, roues solaires et roues annulaires, auxquels sont associés, au moins en partie, des organes de changement de vitesse tels que des embrayages et des freins (K1, K2, B1, B2, B3), et dans laquelle la roue solaire (S1, Sll) du premier train planétaire (PSll, PS21, PS31) est reliée à l'arbre d'entrée (2) de la boîte, une autre roue solaire (S22, S3) au moins peut être reliée par l'embrayage (K1) à l'arbre d'entrée (2) de la boîte, et le porte-satellites (P2, P22) du deuxième train d'engrenages planétaires (PS12, PS22, PS32) peut être relié, par l'embrayage (K2), à l'arbre d'entrée (2) de la boîte, caractérisée en ce que la roue annulaire (Rll) du premier train planétaire (PS11, PS31) peut être bloquée avec un frein (B3), en ce que le porte-satellites (pli) du premier train planétaire (PS11, PS31) est relié à la roue annulaire (R22) du deuxième train planétaire (PS12, PS32), cette roue annulaire (R22) étant accouplée à la roue solaire (S33) du troisième train planétaire (PS13, PS33) et pouvant être fixée par un frein (B2), en ce que le porte-satellites (P22) du deuxième train planétaire (PS12, PS32) est solidaire du porte-satellites (P33) du troisième train planétaire (PS13, PS33), ce porte-satellites (P33) pouvant être bloqué par un frein (B1), et en ce que la roue annulaire (R33) du troisième train planétaire (PS13, PS33) entraîne un pignon de sortie (AR1, AR3) ou est reliée à celui-ci. 2. Boîte de changement de vitesse à commande automatique, de préférence pour véhicules automobiles, dont l'arbre d'entrée (2) est relié, par un convertisseur (W) hydrodyna mique, au vilebrequin (1) d'un moteur d'entraînement (M) et dont l'arbre de sortie entraîne un pignon de sortie (AR1, AR2, AR3) ou est relié avec celui-ci, qui dispose de trois trains d'engrenages planétaires (PS), montés en série, avec chacun leurs porte-satellites et roues satellites, roues solaires et roues annulaires, auxquels sont associés, au moins en partie, des organes de changement de vitesse tels que des embrayages et des freins (K1, K2, B1, B2, B3), et dans laquelle la roue solaire (S1, Sll) du premier train planétaire (PS21) est reliée à l'arbre d'entrée (2) de la boîte, une autre roue solaire (S3) au moins peut être reliée par l'embrayage (K1) à l'arbre d'entrée (2) de la boîte, et le porte-satellites (P2) du deuxième train d'engrenages planétaires (PS22) peut être relié, par l'embrayage (K2), à l'arbre d'entrée (2) de la boîte, caractérisée en ce que le porte-satellites (P1) du premier train planétaire (PS21) est relié à la roue solaire (S2) du deuxième train planétaire (PS22) et peut être fixé par un frein (B2), en ce que la roue annulaire (R1) du premier train planétaire (PS21) peut être bloquée au moyen d'un frein (B3), en ce que le porte-satellites (P2) du deuxième train planétaire (PS22) est relié à la roue annulaire (R3) du troisième train planétaire (PS23) et peut être bloqué par un frein (B1), et en ce que la roue annulaire (R2) du deuxième train planétaire (PS22) est reliée au porte-satellites (P3) du troisième train planétaire (PS23), le porte-satellites (P3) entraînant un pignon de sortie (AR22) ou étant relié à celui-ci. 3. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que le porte-satellites (P33) du troisième train planétaire (PS13, PS33) peut être soutenu par une roue libre (F1, F3), conjointement avec le porte-satellites (P22) du deuxième train planétaire (PS12, PS32). 4. Boîte de vitesses selon la revendication 2, caractérisée en ce que le porte-satellites (P2) du deuxième train planétaire (PS22) peut être soutenu par une roue libre (F2), conjointement avec la roue annulaire (R3) du troisième train planétaire (PS23). 5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 et/ou 3, caractérisée en ce que le pignon de sortie (AR3) est placé entre les trains planétaires (PS32 et PS33).