Brevet FR2792052A1 — publié le 20001013

Transmission à dérivation de puissance à variation continue pour groupe moto-propulseur de véhicule automobile. La présente invention a pour objet une transmission de dérivation de puissance et à variation continue destinée à être intercalée entre un arbre d'entrée relié à un groupe moto-propulseur de véhicule automobile et un arbre de sortie relié à l'essieu des roues motrices du véhicule. On sait que l'avantage principal d'une transmission à variation continue réside dans la possibilité de faire fonctionner le moteur thermique dans des conditions optimales pour l'ensemble des points de fonctionnement. On constate en effet dans ce cas un gain de consommation du véhicule automobile par rapport à une transmission à commande manuelle et ce malgré le rendement faible de ce type de transmission. Une transmission à dérivation de puissance présente l'avantage de partager la puissance d'entrée et de n'envoyer qu'une fraction de la puissance totale dans un variateur hydrostatique. Il est ainsi possible de bénéficier à la fois des avantages du variateur, c'est-à-dire en particulier un nombre infini de rapports de la transmission et de ceux d'une chaîne mécanique, c'est-à-dire son rendement élevé. Dans une telle transmission à dérivation de puissance à variation continue comportant deux ou trois trains d'engrenage épicycloïdaux et un variateur hydrostatique, il est possible de faire fonctionner la transmission dans un mode dit "à sortie couplée" dans lequel l'arbre de sortie est relié au variateur par l'intermédiaire d'un train d'engrenage rassembleur. Un tel mode à sortie couplée est bien adapté au démarrage du véhicule et aux faibles vitesses et ne nécessite aucun système d'accouplement progressif du type embrayage ou coupleur avec le moteur thermique. Toute la puissance passe par la pompe du variateur hydrostatique. Il est également possible de faire fonctionner une telle transmission selon un mode dit "à deux points d'adaptation", dans lequel l'arbre de sortie est au contraire relié au variateur par l'intermédiaire d'un train d'engrenage épicycloïdal. Ce mode de fonctionnement est particulièrement bien adapté aux vitesses élevées correspondant aux plus fortes puissances transmises, étant donné le faible pourcentage de la puissance dérivée. On connaît, par la demande de brevet français 2 463 335, une transmission à dérivation de puissance capable de fonctionner soit dans un mode à sortie couplée, soit dans un mode à deux points d'adaptation selon la vitesse de l'arbre de sortie. Pour la mise en oeuvre d'une telle transmission connue, qui utilise trois trains d'engrenage épicycloïdaux, il est nécessaire en pratique de prévoir un assemblage de pignons intermédiaires supplémentaires pour réaliser l'inversion du sens de rotation de l'arbre de sortie correspondant à la marche arrière du véhicule. La réalisation de la marche arrière nécessite en outre un système de crabotage, une fourchette de commande et une automatisation de l'engagement de cette configuration. Ces pignons supplémentaires entraînent une diminution du rendement de la transmission. L'adjonction d'une fourchette de commande et l'automatisation de l'engagement et du dégagement de la fourchette de commande pour la marche arrière, rendent l'intégration de la transmission plus difficile dans le véhicule et augmentent son coût de fabrication. De plus, le choix de trois trains d'engrenage planétaire pour la transmission décrite dans la demande précitée FR 2 463 335, rend l'intégration d'une telle transmission dans un véhicule automobile particulièrement difficile en raison de son encombrement. La présente invention a pour objet une telle transmission à dérivation de puissance à variation continue, présentant un meilleur rendement, un encombrement moindre et un coût réduit par rapport aux transmissions connues jusqu'à présent. La transmission à dérivation de puissance à variation continue pour groupe moto-propulseur de véhicule automobile selon la présente invention, est du type comprenant, entre un arbre d'entrée et un arbre de sortie, au moins deux trains d'engrenage épicycloidaux et un variateur hydrostatique composé de deux unités hydrostatiques à cylindrée variable reliées par un circuit hydraulique comportant des moyens de pilotage, la transmission étant capable d'entrainer l'arbre de sortie dans un sens et dans l'autre sens, correspondant respectivement à la marche avant et à la marche arrière du véhicule. Les moyens de pilotage du variateur hydrostatique sont capables d'inverser le sens d'écoulement du débit hydraulique dans l'unité hydrostatique fonctionnant en moteur pour l'entraînement dans le sens de la marche arrière. De cette manière, la marche arrière est réalisée uniquement par voie hydraulique et il est possible de supprimer tous les engrenages et moyens supplémentaires prévus jusqu'à présent pour la marche arrière dans ce type de transmission.La commande de marche arrière se fait de manière très simple en agissant sur le pilotage du variateur hydrostatique, ce qui permet de supprimer également le mécanisme classique d'engagement et de désengagement de la marche arrière ainsi que son automatisation. De préférence, des moyens sont prévus pour maintenir maximale la cylindrée de l'unité hydrostatique fonctionnant en moteur pour l'entraînement dans le sens de la marche arrière. La pression maximale dans le variateur hydrostatique est de préférence de l'ordre de 550 bar (5,5 x 103 Pa) afin que le couple obtenu pour la marche arrière soit suffisant. Dans un mode de réalisation avantageux de la transmission à dérivation de puissance selon l'invention, celle-ci comprend uniquement deux trains d'engrenage épicycloidaux simples du type comportant chacun un planétaire,une couronne et un porte-satellites. La transmission de la présente invention peut avantageusement comprendre en outre un train d'engrenage rassembleur et des moyens de sélection mécanique capables de faire passer la dérivation de puissance, d'un mode à sortie couplée dans lequel l'arbre de sortie est relié au variateur par l'intermédiaire d'un train d'engrenage rassembleur, à un mode à deux points d'adaptation dans lequel l'arbre de sortie est relié au variateur par l'intermédiaiare d'un train d'engrenage épicycloidal. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement les principaux éléments d'une transmission à dérivation de puissance selon l'invention; et la figure 2 illustre les variations de la cylindrée des unités hydrostatiques en fonction du rapport de la transmission. Telle qu'elle est illustrée sur la figure 1, la transmission selon l'invention comprend un premier train d'engrenage épicycloïdal simple 1 associé à un deuxième train d'engrenage épicycloidal simple 2 ainsi qu'un variateur hydrostatique 3, l'ensemble étant disposé entre un arbre d'entrée 4 relié à un groupe mono-propulseur, non illustré sur la figure, d'un véhicule automobile et un arbre de sortie 5 relié par l'intermédiaire d'un train d'engrenage de descente 6 et d'un pont 7 comportant un différentiel 8 à un essieu 9 supportant les roues tractrices du véhicule automobile. D'une manière plus précise, le premier train d'engrenage épicycloïdal 1 comprend un planétaire Pi, un porte-satellites PS 1 et une couronne C1. Le deuxième train d'engrenage épicycloïdal 2 comprend de même un planétaire P2, un porte-satellites PS2 et une couronne C2. Les portesatellites PS 1 et PS2 sont reliés entre eux mécaniquement par une liaison fixe 10. Le planétaire P1 est monté fixe en rotation sur l'arbre d'entrée 4. Il en est de même de la couronne C2. Les deux porte-satellites PS 1 et PS2 sont montés fixes sur l'arbre de sortie 5. Le variateur hydrostatique 3 comprend une première unité hydrostatique à cylindrée variable 3a pouvant fonctionner à la fois en tant que pompe et en tant que moteur, et une deuxième unité hydrostatique 3b du même type que l'unité hydrostatique 3a, à cylindrée variable et pouvant également fonctionner à la fois en pompe et en moteur. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les unités hydrostatiques 3a et 3b sont des machines hydrauliques à pistons axiaux à cylindrée variable. Les unités hydrostatiques 3a et 3b sont reliées entre elles par un circuit hydraulique 1 1 comportant un moyen de pilotage représenté sur la figure 1 à titre d'exemple sous la forme d'une valve d'inversion 12 commandée, par exemple par un électroaimant, à quatre voies et deux positions, capable d'inverser le sens d'écoulement du débit hydraulique dans le circuit 11. La couronne C1 du premier train d'engrenage épicycloïdal 1 comporte une denture supplémentaire 13 engrenant avec un pignon 14 monté sur un arbre 15 comportant un deuxième pignon 16. Le pignon 16 engrène avec un pignon 17 monté sur l'arbre de sortie 18 de l'unité hydrostatique 3a. Un dispositif de changement de mode référencé 19 dans son ensemble comprend un système de crabotage 20 commandé par un baladeur 21 capable de mettre en prise alternativement avec les autres éléments de la transmission, un pignon basse vitesse BV ou un pignon haute vitesse HV, en liaison avec un pignon 22 monté sur l'arbre mécanique de sortie 23 de l'unité hydrostatique 3b. Le pignon BV peut transmettre la puissance à l'arbre de sortie 5 par l'intermédiaire d'un train d'engrenage rassembleur à trois pignons 24, et 26. Le pignon de sortie 26 engrène avec les pignons 27 et 28 de la descente 6 reliée par le pignon 29 avec le pont 7. Le pignon haute vitesse HV engrène quant à lui avec un pignon lié mécaniquement au planétaire P2 du deuxième train d'engrenage épicycloïdal 2. On va maintenant décrire le fonctionnement du mécanisme de transmission illustré sur la figure 1 en se référant également aux courbes schématiques de la figure 2 qui illustrent les variations de cylindrée C en fonction du rapport de transmission r, pour l'unité hydrostatique 3a (courbe en trait plein) et pour l'unité hydrostatique 3b (courbe en tiret). Lors d'une phase de démarrage du véhicule et aux basses vitesses ne nécessitant aucun accouplement avec le moteur thermique, le dispositif de changement de mode 19 est actionné de façon à placer le pignon BV en prise. Le couple de sortie est fourni par l'unité hydrostatique 3b à pleine cylindrée fonctionnant en moteur et alimentée par l'unité hydrostatique 3a fonctionnant en pompe. L'accroissement du régime de sortie est obtenu par augmentation de la cylindrée de l'unité 3ajusqu'à sa valeur maximale. C'est ce qui est représenté sur les courbes de la figure 2 du point O au point P. Dans cette phase, o la transmission fonctionne en mode "sortie couplée", la puissance fournie par le moteur thermique augmente et le couple de sortie s'accroît par addition au couple fourni par l'unité hydrostatique 3b du couple mécanique créé sur l'arbre de sortie par la réaction de l'unité hydrostatique 3a sur le deuxième train d'engrenage épicycloidal 2. Le couple est maximal lorsque les deux unités hydrostatiques sont à pleine cylindrée (point P sur la figure 2). On voit qu'à partir du point O, la cylindrée de l'unité hydrostatique 3b a été maintenue à sa valeur maximale sans changement jusqu'au point P. En ce qui concerne l'unité hydrostatique 3a, sa cylindrée est passée d'une valeur nulle à la valeur maximale correspondant au point P. Au-delà du point P, l'augmentation du régime est obtenue par réduction de la cylindrée de l'unité 3b fonctionnant toujours en moteur. Le fonctionnement est à puissance constante et la fraction de puissance dérivée par le variateur hydrostatique est décroissante. Lorsque la cylindrée de l'unité hydrostatique 3b est nulle (point Q sur la figure 2), l'unité 3a est à vitesse nulle et assure le blocage de l'arbre de réaction du deuxième train d'engrenage épicycloidal 2. Toute la puissance est transmise par la chaîne mécanique sur ce point particulier que l'on appelle le point d'adaptation du mode "sortie couplée". A partir de ce point d'adaptation Q du mode "sortie couplée", on fait fonctionner la transmission dans un mode différent dit "à deux points d'adaptation". A cet effet, le dispositif de changement de mode 19 est actionné de façon à placer le pignon haute vitesse HV en prise. A ce moment, correspondant au point Q sur le schéma de la figure 2, l'unité 3a est à pleine cylindrée et à régime nul, tandis que l'unité 3b est à cylindrée nulle et entraînée. La variation du rapport de transmission r est obtenue par réduction de la cylindrée de l'unité hydrostatique 3a qui fonctionne maintenant en moteur et non plus en pompe et dont le régime croît. Simultanément, la cylindrée de l'unité hydrostatique 3b est augmentée et son régime de rotation décroît, l'unité 3b fonctionnant en pompe et non plus en moteur. L'unité hydrostatique 3b qui fonctionne en tant que pompe, prélève de la puissance sur l'arbre de réaction du deuxième train d'engrenage épicycloidal 2 et l'unité 3a qui fonctionne en moteur restitue cette puissance sur la couronne C1 du premier train d'engrenage épicycloiïdal 1. Ce fonctionnement peut se poursuivre jusqu'à ce que l'unité hydrostatique 3b soit à pleine cylindrée et à régime nul, tandis que l'unité hydrostatique 3a est entraînée mais à cylindrée nulle, ce qui correspond au deuxième point d'adaptation R illustré sur la figure 2. En ce deuxième point R, toute la puissance est également transmise par la voie mécanique comme c'était le cas au premier point d'adaptation Q. L'association de ces deux modes de fonctionnement permet de réaliser une transmission particulièrement intéressante et bien adaptée à un véhicule automobile sans aucune recirculation de la puissance à partir du démarrage jusqu'au rapport de transmission le plus long, à condition de faire en sorte que le deuxième point d'adaptation R corresponde au rapport le plus long de la transmission. Lors d'un fonctionnement de la transmission pour la marche avant du véhicule, il est donc possible aux vitesses basses de fonctionner selon le premier mode, en sortie couplée, le dispositif de changement de mode 19 ayant été actionné de telle sorte que le pignon basse vitesse BV soit en prise. La sortie de puissance de la transmission se fait directement par l'arbre de sortie 23 de l'unité hydrostatique 3b fonctionnant en moteur et par le pignon 26 solidaire de l'arbre de sortie 5. Pour un fonctionnement à vitesse élevée en marche avant, le dispositif de changement de mode 19 étant actionné de telle sorte que le pignon haute vitesse HV soit en prise, la transmission fonctionne dans le deuxième mode à deux points d'adaptation. L'unité hydrostatique 3b se trouve reliée au deuxième train d'engrenage épicycloïdal 2 par le pignon HV qui engrène avec le planétaire P2. La sortie de puissance de la transmission se fait par le porte-satellites PS2 solidaire du porte- satellites PS1, tous deux solidaires de l'arbre de sortie 5. Pour un fonctionnement en marche arrière du véhicule, qui se fait par hypothèse en basse vitesse à partir d'une position immobilisée du véhicule, c'est-à-dire à partir d'une vitesse nulle, le dispositif de changement de mode 19 est actionné de telle sorte que le pignon basse vitesse BV soit en prise. On commande alors la valve d'inversion 12 de façon à inverser le sens d'écoulement du débit hydraulique dans l'unité hydrostatique 3b. Pour maintenir un couple suffisant, l'unité hydrostatique 3b qui fonctionne en moteur est maintenue à cylindrée maximale et il suffit de faire varier la cylindrée de l'unité hydrostatique 3a fonctionnant en pompe pour obtenir une variation continue du rapport de la transmission. Sur la figure 2, on passe du point O au point S correspondant à la vitesse maximale en marche arrière AR. Cette vitesse maximale est de préférence approximativement identique à celle qui correspondrait à une première vitesse d'une transmission manuelle en marche avant (AV 1 sur la figure 2). Le fonctionnement pour la marche arrière est donc entièrement réalisé au moyen du pilotage du variateur hydrostatique 3. De préférence, on maintient une pression élevée dans le variateur hydrostatique afin d'obtenir une performance satisfaisante en marche arrière. Grâce à cette disposition, il devient possible de supprimer l'ensemble des pignons nécessaires à la réalisation de la fonction marche arrière dans les transmissions à dérivation de puissance de type connu. Il n'est plus nécessaire de prévoir des moyens spécifiques d'engagement et de désengagement de la marche arrière et l'automatisation de la marche arrière peut être supprimée, ce qui permet de réduire le bloc de pilotage. Bien que la présente invention ait été expliquée à partir d'un exemple de transmission comprenant uniquement deux trains d'engrenage épicycloïdaux de type simple, on comprendra qu'il soit parfaitement possible d'utiliser l'invention également dans une transmission comportant plus de deux trains d'engrenage épicycloidaux et en particulier trois trains d'engrenage épicycloidaux. REVENDICATIONS 1-Transmission à dérivation de puissance à variation continue pour groupe moto-propulseur de véhicule automobile, du type comprenant, entre un arbre d'entrée (4) et un arbre de sortie (5), au moins deux trains d'engrenage épicycloidaux (1, 2) et un variateur hydrostatique (3) composé de deux unités hydrostatiques à cylindrée variable (3a, 3b) reliées par un circuit hydraulique (1 1) comportant des moyens de pilotage (12), la transmission étant capable d'entrainer l'arbre de sortie dans un sens et dans l'autre sens, correspondant respectivement à la marche avant et à la marche arrière du véhicule, caractérisée par le fait que les moyens de pilotage du variateur hydrostatique sont capables d'inverser le sens d'écoulement du débit hydraulique dans l'unité hydrostatique fonctionnant en moteur pour l'entraînement dans le sens de la marche arrière. 2-Transmission à dérivation de puissance selon la revendication 1, caractérisée par le fait que des moyens sont prévus pour maintenir maximale la cylindrée de l'unité hydrostatique fonctionnant en moteur pour l'entraînement dans le sens de la marche arrière. 3-Transmission à dérivation de puissance selon les revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que la pression maximale dans le variateur hydrostatique est de l'ordre de 550 bar (5,5 x 103 Pa). 4-Transmission à dérivation de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'une valve (12) d'inversion à quatre voies est insérée dans le circuit hydraulique (11) du variateur hydrostatique (3). 5-Transmission à dérivation de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend uniquement deux trains d'engrenage épicycloidaux simples du type comportant chacun un planétaire, une couronne et un porte-satellites. 6-Transmission à dérivation de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un train d'engrenage rassembleur (24, 25, 26) et des moyens de sélection mécanique (19) capables de faire passer la dérivation de puissance, d'un mode à sortie couplée dans lequel l'arbre de sortie (5) est relié au variateur par l'intermédiaire du train d'engrenage rassembleur, à un mode à deux points d'adaptation dans lequel l'arbre de sortie (5) est relié au variateur par l'intermédiaire d'un train d'engrenage épicycloidal (2). 7-Transmission à dérivation de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les unités hydrostatiques sont des machines à pistons axiaux à cylindrée variable. 8-Transmission à dérivation de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un train d'engrenage de descente (27, 28) reliant l'arbre de sortie à un pont (7) comportant un différentiel (8).