Brevet FR2805221A1 — publié le 20010824

La présente invention concerne un système de transmission de mouvement pour un véhicule à propulsion hybride. Par l'expression "propulsion hybride", on entendra dans la présente description, ainsi que dans les revendications qui suivent, une propulsion qui est realisée à partir d'un moteur thermique et/ou d'un moteur électrique, le véhicule étant équipé de ces deux types de moteur. Le système de transmission qui fait l'objet de l'invention est du type comportant, aussi bien pour la voie thermique que pour la voie électrique, des lignes primaire et secondaire parallèles, à savoir une ligne primaire motrice et une ligne secondaire réceptrice du mouvement, laquelle entraîne un différentiel qui commande à son tour les roues motrices du véhicule. L'objectif de l'invention est de proposer un systeme de transmission type ci-dessus indiqué, qui soit d'une conception relativement simple et d'une configuration particulièrement compacte, à la fois suivant la direction longitudinale et dans le sens transversal, ce système permettant de développer un couple adapté de façon optimale aux conditions de circulation du véhicule en particulier à la vitesse voulue, ceci en utilisant comme source motrice l'un l'autre des deux moteurs, voire les deux concomitamment. Un objectif additionnel de l'invention est de permettre de démarrer le moteur thermique, lorsque le véhicule est à l'arrêt, au moyen moteur électrique, celui-ci faisant par conséquent office de démarreur, ce qui permet de se dispenser de présence d'un démarreur classique. Plus précisément, l'objet de l'invention est un système de transmission de mouvement, pour véhicule à propulsion hybride, réalisée à partir moteur thermique et/ou d'un moteur électrique, du genre comportant - un arbre moteur, dit principal, entraîné en rotation par le moteur thermique, par l'intermédiaire d'un dispositif d'embrayage ; - un arbre moteur, dit auxiliaire, entraîné en rotation par le moteur électrique ; - un différentiel, qui est pourvu d'une couronne d'entraînement, et qui commande les roues motrices du véhicule ; - un arbre récepteur, dit principal, entraîné en rotation, avec un rapport de démultiplication variable, par ledit arbre moteur principal, et qui porte un pignon en prise avec la couronne d'entraînement du différentiel. Les objectifs mentionnés ci-dessus sont atteints, conformément à l'invention, grâce au fait que le système comporte un arbre récepteur additionnel, dit secondaire, qui porte également un pignon en prise avec la couronne d'entraînement du différentiel, et que lesdits arbres moteurs principal et auxiliaire et lesdits arbres récepteurs principal et secondaire sont parallèles les uns aux autres avec une configuration en forme de quadrilatère. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles, non limitatives, de l'invention - ledit moteur électrique est annulaire, son rotor étant solidaire arbre tubulaire qui entoure coaxialement l'arbre moteur principal, et entraîne l'arbre moteur auxiliaire au moyen d'un jeu de pignons ; - la démultiplication du mouvement entre l'arbre moteur auxiliaire et l'arbre récepteur additionnel est à rapport variable ; - le système comporte des moyens d'accouplement débrayables adaptés pour autoriser, sélectivement, la solidarisation en rotation desdits arbres moteurs auxiliaire et principal ; - ces moyens d'accouplement sélectif comprennent un jeu pignons, l'un fixe, l'autre baladeur, qui sont portés chacun par l'un desdits arbres à accoupler. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés, qui représentent un mode de réalisation préféré de l'objet de cette invention. Sur les dessins - la figure 1 est une vue générale, très schématique, d'un mode de réalisation possible du système de transmission, cette vue correspondant à coupe selon un plan brisé référencé I-I sur la figure 2 ; - la figure 2 est une vue schématique "en bout" (dans un plan transversal) d'un groupe motopropulseur équipé du système de transmission, cette vue étant destinée à montrer l'organisation spatiale des différentes lignes d'arbres de la boîte de vitesses du système. Sur ces figures, on a désigné par les références A, B, C, D et respectivement, les lignes motrice principale, réceptrice principale, motrice auxiliaire, réceptrice additionnelle, et la ligne d'axe du différentiel. Ces cinq lignes sont parallèles, disposées à proximité l'une de l'autre, suivant une disposition polygonale - en l'occurrence pentagonale -. Les lignes A, B, C, D forment un quadrilatère, de forme approximativement carrée, ou voisine du carré. Le moteur thermique, qui est par exemple un moteur à quatre temps, à essence ou du type Diesel, est référencé 1. Le moteur électrique est référencé 2, son stator (central) et son rotor (annulaire) étant référencés respectivement 20 et 21. La ligne A est constituée d'une paire d'arbres menants concentriques, à savoir un arbre principal 3 et un arbre secondaire tubulaire 5. L'arbre 3 est entraîné en rotation par le moteur thermique 1, ceci par l'intermédiaire d'un embrayage 10 de type connu. L'axe du moteur électrique 2 coïncide avec l'axe de la ligne A, le rotor 21 entourant le stator 20 qui, lui-même, entoure coaxialement l'arbre 3 qui le traverse. Avantageusement, le stator 20 est solidaire d'une partie fixe 200 constitutive du carter de l'embrayage 10. Le moteur électrique 2 est donc contenu dans ce carter. L'arbre creux 5 est traversé par l'arbre principal 3 et est libre rotation par rapport à ce dernier. L'arbre 5 est notablement plus court que l'arbre 3, celui-ci dépassant largement à ses deux extrémités, d'un côté (sur la droite du dessin de la figure par la portion équipée de l'embrayage 10, de l'autre (sur la gauche) jusqu'à un palier de guidage 300 de type connu, par exemple à double rangée de billes. L'arbre tubulaire 5 est solidaire, à l'une de ses extrémités (sur droite de la figure), du rotor 21. Dans sa portion d'extrémité opposée (sur la gauche), il porte pignon 50. L'arbre 5 est guidé en rotation dans un palier de roulement approprié 500, par exemple à rouleaux, positionné dans la zone médiane de l'arbre, entre rotor 21 et le pignon 50. Cet arbre 5 est lui-même guidé en rotation sur l'arbre central 3, bien que deux arbres 3, 5 sont parfaitement guidés en rotation. Sur l'arbre 3, entre le pignon 50 et le palier d'extrémité 300, est montée série de pignons 30, 31, 32, 33, dont les diamètres sont progressivement croissants en direction du palier 300. Entre les deux derniers pignons 32 et 33 est monté un pignon supplémentaire 34, sensiblement plus petit que les autres. L'ensemble des pignons 30 à 34 est solidaire de l'arbre 3, aussi bien en rotation qu'en translation. La ligne réceptrice principale B est matérialisée par un arbre rotatif 4 guidé dans des paliers 400, 401. Il porte une série de pignons 40, 41, 43, qui sont en prise, chacun, avec l'un des pignons 30, 31, 32, 33, respectivement. Ces pignons ont donc des diamètres progressivement décroissants, lorsqu'on déplace de la droite vers la gauche le long de l'arbre 4 (Figure 1). La somme des rayons de deux pignons en prise correspond, bien entendu, à la valeur d'entraxe lignes A et B. Chacun des pignons 40 à 43 est monté fou sur l'arbre 4. Cependant, il est prévu une paire de baladeurs 45 et 46 intercalés entre les pignons 40 et 41, d'une part, et, respectivement, entre les pignons 42 et 43. Les baladeurs 45, 46 sont solidaires en rotation de l'arbre et sont agencés pour permettre de solidariser sélectivement, avec ce dernier, l'un des pignons 40, 41, 42 ou 43, ceci de manière bien connue, par commande du levier de changement de vitesses ou de manière automatique si on a affaire à une boîte de vitesses automatique. Chaque baladeur peut également occuper une position de "point mort" dans laquelle chacun des deux pignons qui lui sont associés reste fou. Il y a donc quatre rapports de démultiplication différents possibles dans la transmission par la voie thermique, de l'arbre menant 3 à l'arbre mené 4. Dans l'exemple illustré, si on considère la figure 1, le palier 400 positionné longitudinalement au même niveau que le palier 300 - réalise le guidage de l'extrémité gauche de l'arbre 4, tandis que le palier 401 en assure le guidage sur une portion située à droite du pignon 40. Au-delà de ce palier (sur la droite), l'arbre 4 porte un cinquième pignon 44, dont il est solidaire à la fois en rotation et en translation. Le pignon 44 est en prise avec la couronne 80 du différentiel De manière connue, celui-ci entraîne deux demi-essieux 9a 9b, qui portent chacun l'une des roues motrices du véhicule. La couronne du différentiel est donc susceptible d'être entraînée, par le moteur thermique, avec quatre rapports de vitesses différents, par l'intermédiaire du pignon 44. Comme le montre la figure 2, la couronne 80 est également en prise avec un second pignon 73, similaire au pignon 44, porté par la ligne D. Comme cela va maintenant être expliqué, ce pignon permet d'entraîner la couronne 80 à partir du moteur électrique, avec deux rapports de vitesses différents. La ligne motrice auxiliaire C est matérialisée par un arbre rotatif guidé à ses extrémités dans des paliers 600, 601. L'arbre 6 porte - de la droite vers la gauche sur la figure 1- un pignon 60 qui est en prise avec le pignon 50 mentionné plus haut, une paire de pignons 61, 62 de diamètres croissants, ainsi qu' quatrième pignon 63. Les pignons 60 et 62 ont des diamètres voisins, sensiblement supérieurs à celui du pignon 61, et inférieurs à celui du pignon 63. Les pignons 60, 61 et 62 sont solidaires de l'arbre 6, aussi bien rotation translation. Le pignon 63 est un pignon baladeur solidaire de l'arbre 6 en rotation, mais mobile en translation axiale sur celui-ci. Des moyens de commande appropriés, de type connu, permettent sélectivement, soit de faire engrener pignon avec le pignon 34 de la ligne A mentionné plus haut, soit de l'en dégager. la figure 1, la position d'engrènement du pignon 63 est illustrée en traits interrompus mixtes et est référencée 63'. Il va de soi que la somme des rayons de chaque jeu de pignons 50 60 et 63- est égale à la valeur d'entraxe des lignes A et C. La ligne réceptrice additionnelle D, dont l'agencement est globalement similaire à celui de la ligne réceptrice principale B, est matérialisée par un arbre rotatif 7, guidé en rotation dans des paliers 700, 701. Il porte une paire de pignons 72, qui sont en prise, chacun, avec l'un des pignons 61, respectivement. Le pignon 72 est plus petit que le pignon 71. La somme des rayons de deux pignons en prise correspond, bien entendu, à la valeur d'entraxe des lignes DetC. Chacun des pignons 71, 72 est monté fou sur l'arbre 7. Cependant, est prévu baladeur 70 intercalé entre ces deux pignons et solidaire en rotation de l'arbre 7. baladeur 70 est agencé pour permettre de solidariser sélectivement, avec ce dernier, l'un des deux pignons 71, 72, ceci de manière bien connue, par commande du levier de changement de vitesses ou de manière automatique si on a affaire à boîte de vitesses automatique. Le baladeur peut également occuper une position "point mort" dans laquelle chacun des deux pignons reste fou. Dans l'exemple illustré, il y a deux rapports de démultiplication différents possibles dans la transmission par la voie électrique, de l'arbre menant 5 à l'arbre mené 7 via l'arbre moteur auxiliaire, selon que c'est la paire de pignons 61 71 ou 62 qui est mise en aeuvre. Au-delà du palier 701 (sur la droite de la figure), l'arbre 7 porte un troisième pignon 73, dont il est solidaire à la fois en rotation et en translation. Ce pignon, tout comme le pignon 44, engrène avec la couronne 80 du différentiel Il va de soi que la somme des rayons de la couronne 80 et du pignon 44 d'une et la somme des rayons de la couronne 80 et du pignon 73 d'autre part, correspondent à la valeur d'entraxe entre les lignes B et E d'une part, et et E d'autre part. Du reste, les pignons 44 et 73 sont avantageusement identiques, de sorte que les lignes BDE correspondent aux sommets d'un triangle isocèle. La figure 2 montre la forme générale, vue en bout, d'un groupe motopropulseur équipé d'un système de transmission conforme à l'invention dont le contour de la boîte de vitesses, référencée BV, est représenté en trait fin. Elle permet de se rendre compte de sa grande compacité. Les différents paliers de guidage 400, 300, 600, 700, 401, 500, 601 et 701 sont montés dans la paroi du carter de la boîte de vitesses. En mode de fonctionnement thermique, le moteur 1 entraîne l'arbre 3 lorsque l'embrayage 10 est en position embrayée. Cette rotation est transmise à l'arbre 4 par l'intermédiaire de l'un des jeux de pignons 30-40, 31-41, 32-42, 33-43, selon l'un des quatre rapports de vitesses sélectionné par le conducteur. A son tour, l'arbre 4 transmet ce mouvement, via le pignon 44, à la couronne 80 du différentiel, avec un rapport de démultiplication déterminé. Les demi-essieux 9a, 9b sont ainsi entraînés en rotation. En mode de fonctionnement électrique, en première vitesse, le baladeur 70 est craboté sur le pignon 71. Le rotor 21 entraîne l'arbre tubulaire 5 et le pignon 50 en rotation. Ce mouvement est transmis à l'arbre auxiliaire 6 par l'intermédiaire du jeu de pignons 50-60, puis à l'arbre récepteur 7 par l'intermédiaire du jeu de pignons 71. En seconde vitesse, le baladeur 70 est craboté sur le pignon 72, et c'est le jeu pignons 62-72 qui communique la rotation de l'arbre 6 à l'arbre 7. Il est possible, bien sûr, de mettre en fonctionnement, simultanément, le moteur thermique et le moteur électrique (soit en première, soit en seconde vitesse) de telle sorte que les couples qu'ils développent s'ajoutent. Dans ce cas, la couronne 80 est entraînée à la fois par le pignon 44 et par le pignon 73. Le moteur électrique peut servir d'appoint au moteur thermique à toute demande de puissance importante. Il peut être utilisé seul au démarrage et/ou au moment de l'arrêt, voire à faible vitesse, en particulier en circulation urbaine. De plus, selon une caractéristique particulièrement avantageuse du système, il est possible d'utiliser le moteur électrique pour assurer le démarrage du moteur thermique. A cet effet, le véhicule étant à l'arrêt, l'embrayage 10 débrayé, et les baladeurs 45, 46 et 70 en position déconnectée (pignons 40, 41 ; 42, 43 ; 71, 72 ; libres en rotation), on fait engrener le pignon baladeur 63 avec le pignon 34 (position référencée 63 après quoi on met en marche le moteur électrique 2. Celui-ci entraîne donc rotation l'arbre creux 5, l'arbre 6 - via les pignons 50, 60-, puis l'arbre 3 - via les pignons 63,34 - ; en raison du double renvoi, les arbres 5 et 3 tournent dans le même sens, le rapport de démultiplication des pignons 63 et 34 étant toutefois déterminé pour que l'arbre mené 3 tourne à une vitesse nettement plus grande que l'arbre menant 5. Ceci permet de faire démarrer le moteur thermique 1, en actionnant l'embrayage 10, pour rendre solidaire en rotation l'arbre 3 de l'arbre de vilebrequin du moteur. Le pignon baladeur 63 n'a pas d'autre fonction que de démarrer le moteur thermique; il normalement en position inactive, désaccouplé du pignon 34. Il y a bien entendu plusieurs stratégies possibles pour démarrer le moteur thermique à l'aide moteur électrique. On peut exemple mettre d'abord l'embrayage 10 en position embrayée, puis mettre marche le moteur électrique. On peut egalement, le véhicule étant à l'arrêt, démarrer le moteur thermique avec l'inertie moteur électrique : l'embrayage 10 étant cette fois en position débrayée, on lance le moteur électrique à grande vitesse, puis on l'arrête et on actionne immédiatement l'embrayage 10. Ces diverses possibilités sont utiles notamment lorsqu'il y a besoin de recharger les batteries véhicule. Quant au démarrage avec l'inertie du moteur électrique, cela présente en outre l'avantage de faciliter le démarrage par grand froid. Dans un souci de bonne lisibilité des dessins, les différents pignons et paliers ont été représentés avec des espacements importants selon la direction longitudinale. En pratique, ils sont plus rapprochés, et le système présente un encombrement faible longueur. La boîte vitesses est, bien sûr, équipée d'un mécanisme de marche arrière permettant de faire tourner la couronne 80 en sens inverse du sens normal de la marche. Ce mécanisme, qui ne fait à proprement parler partie de la présente invention, peut être de tout type connu - il n'a pas été décrit ici afin de ne pas alourdir inutilement la description et les dessins. Enfin, dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, la boîte de vitesses possède quatre rapports de démultiplication dans la voie thermique et deux rapports de démultiplication dans la voie électrique ; d'autres nombres de rapports, pour chacune des deux voies, peuvent bien évidemment être adoptés sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de transmission de mouvement, pour véhicule ' propulsion hybride, réalisée à partir d'un moteur thermique (1) et/ou d'un moteur électrique (2), qui comporte - un arbre moteur (3), dit principal, entraîné en rotation par moteur thermique (1), par l'intermédiaire d'un dispositif d'embrayage (10) ; - un arbre moteur (6), dit auxiliaire, entraîné en rotation par le moteur électrique (2) ; - un différentiel (8), qui est pourvu d'une couronne d'entraînement (80), et qui commande les roues motrices du véhicule ; - un arbre récepteur (4), dit principal, entraîné en rotation, avec un rapport de démultiplication variable, par ledit arbre moteur principal (3), et qui porte un pignon (44) en prise avec la couronne d'entraînement du différentiel (8), caractérisé par le fait qu'il comporte un arbre récepteur additionnel (7), dit secondaire, qui porte également un pignon (73) en prise avec la couronne (80) d'entraînement différentiel (8), et que lesdits arbres moteurs principal et auxiliaire et lesdits arbres récepteurs principal et secondaire sont parallèles les uns aux autres, avec configuration en forme de quadrilatère (A, B, C, D). 2. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moteur électrique (2) est annulaire, son rotor (21) étant solidaire d'un arbre tubulaire (5) qui entoure coaxialement l'arbre moteur principal (3), et entraîne l'arbre moteur auxiliaire (6) au moyen d'un jeu de pignons (50 - 60). 3. Système de transmission selon la revendication 1 ou caractérisé par fait que la démultiplication du mouvement entre l'arbre moteur auxiliaire (6) et l'arbre récepteur additionnel (7) est à rapport variable. 4. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens d'accouplement débrayables (63, 34), adaptés pour autoriser, sélectivement, la solidarisation en rotation desdits arbres moteurs auxiliaire (6) et principal (3). 5. Système de transmission selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'accouplement sélectif comprennent un jeu de pignons, l'un (34) fixe, l'autre (63) baladeur, qui sont portés chacun par l'un desdits arbres (3, 4) à accoupler.