Brevet FR2805325A1 — 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 réalisée 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, pour la voie thermique et pour la voie électrique, des arbres moteurs coaxiaux, parallèles à un arbre récepteur du mouvement, lequel entraîne différentiel qui commande à son tour les roues motrices du véhicule. Plus précisément, dans ce système, l'arbre moteur entraîné électriquement est tubulaire, et il entoure l'arbre moteur à entraînement thermique. L'objectif de l'invention est de proposer un système de transmission du type ci-dessus indiqué, qui soit d'une conception relativement simple et configuration particulièrement compacte, en particulier suivant la direction longitudinale, mais aussi dans le sens transversal, ce système permettant de développer un couple adapté de façon optimale aux conditions de circulation véhicule, particulier à la vitesse voulue, ceci en utilisant comme source motrice l'un ou l'autre des deux moteurs, voire les deux concomitamment. Plus précisément, l'objet de l'invention est un système transmission de mouvement, pour véhicule à propulsion hybride, réalisée à partir d'un moteur thermique et/ou d'un moteur électrique, du genre comportant - un arbre moteur, dit principal, entraîné en rotation par le moteur thermique, l'intermédiaire d'un dispositif d'embrayage ; - un arbre moteur tubulaire, dit auxiliaire, qui entoure coaxialement l'arbre moteur principal, et est 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 pignon en prise avec la couronne d'entraînement du différentiel. Ce système est remarquable en ce qu'il comporte un arbre récepteur additionnel, dit intermédiaire, qui est entraîné par l'arbre moteur auxiliaire via de pignons et est adapté pour entraîner en rotation l'arbre récepteur principal avec un rapport de démultiplication variable. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles, non limitatives, de l'invention - ledit moteur électrique est annulaire, son rotor étant solidaire dudit arbre tubulaire auxiliaire, tandis que son stator est solidaire d'une partie fixe constitutive du carter de l'embrayage ; - la transmission du mouvement, avec un rapport de démultiplication variable, entre l'arbre moteur principal et l'arbre récepteur principal, est réalisée au moyen de plusieurs jeux de pignons susceptibles d'être 'lectivement activés ou désactivés au moyen de baladeurs ; - la transmission du mouvement, avec un rapport démultiplication variable, entre l'arbre intermédiaire et l'arbre récepteur principal, réalisée au moyen d'au moins deux jeux de pignons susceptibles d'être sélectivement activés ou désactivés au moyen d'un baladeur; - les arbres moteur principal, récepteur principal, et intermédiaire sont parallèles les uns aux autres, avec une configuration approximativement forme de triangle équilatéral ; - le système comporte trois rapports de démultiplication différents par la voie thermique, et deux rapports par la voie électrique. 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 une coupe selon un plan brisé passant par les axes ABD sur la figure 3 ; - la figure 2 est une vue partielle, similaire à la figure 1, mais coupée selon le plan brisé ABC ; - la figure 3 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, et D, respectivement, la ligne motrice, la ligne réceptrice principale, la ligne réceptrice additionnelle (ou intermédiaire), et la ligne d'axe du différentiel. Ces quatre lignes sont parallèles, disposées à proximité l'une de l'autre, suivant une disposition polygonale, en l'occurrence suivant un quadrilatère. Le moteur thermique est par exemple un moteur à quatre temps, à essence ou du type Diesel, référencé 1. Le moteur électrique est référencé 2 ; son stator (central) et son rotor (annulaire) portent respectivement les références 20 et 21. La ligne A est constituée d'une paire d'arbres moteurs concentriques, à savoir un arbre principal 3 et un arbre auxiliaire 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 partie fixe 200 constitutive du carter de l'embrayage 10. Le moteur électrique 2 est donc contenu dans carter. L'arbre creux 5 est traversé par l'arbre principal 3 et est libre en rotation par rapport à ce dernier. Il est notablement plus court que l'arbre celui-ci dépassant largement à ses deux extrémités, d'un côté (sur la droite du dessin de la figure 1) 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 billes. L'arbre tubulaire 5 est solidaire, à l'une de ses extrémités (sur la droite de la figure), du rotor 21. Dans sa portion d'extrémité opposée (sur la gauche), il porte un pignon 50. L'arbre 5 est guidé en rotation dans un palier de roulement approprié 500, par exemple à rouleaux, positionné dans sa zone médiane, entre le rotor 21 et le pignon Cet arbre 5 est lui-même guidé en rotation sur l'arbre central 3, si bien que arbres 3, 5 sont tous deux parfaitement guidés en rotation. Sur l'arbre 3, entre le pignon 50 et le palier d'extrémité 300, est montée une paire de pignons 30, 31, dont les diamètres sont croissants en direction du palier 300. Au-delà du palier 300 est monté un pignon supplémentaire 32, d'un diamètre encore plus grand. Chacun des pignons 30, 31 et 32 est immobilisé en translation axiale, mais est libre en rotation, c'est-à-dire monté fou, sur l'arbre 3. Cependant, il est prévu une paire de baladeurs 33 et 34, le premier -double- intercalé entre les pignons 30 et 31, le second -simple-, associé au pignon 32. Ces baladeurs sont solidaires en rotation de l'arbre 3, et sont agencés pour permettre de solidariser sélectivement, avec ce dernier, l'un des pignons 30, 31 ou 32, ceci de manière bien connue, par commande du levier de changement de vitesses, ou de manière automatique si l'on a affaire à une boîte de vitesses automatique. Le baladeur 33 est susceptible aussi d'occuper une position neutre, de point mort, dans laquelle il n'est craboté avec aucun des deux pignons 30 ou 31. Ainsi, si le baladeur 34 est également décraboté de son pignon 32, aucun des pignons n'est solidaire en rotation de l'arbre 3. 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, 42, qui sont en prise, chacun, avec l'un des pignons 30, 31, 32, respectivement. Ces pignons ont donc des diamètres progressivement décroissants, lorsqu'on se 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 des lignes A et B. Chacun des pignons 40 à 42 est solidaire de l'arbre 4, aussi bien en rotation qu'en translation axiale. Il y a donc trois 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 la portion d'extrémité gauche de l'arbre 4, tandis que le palier 401 en assure le guidage de l'extrémité droite. Juste avant ce palier (sur sa gauche), l'arbre 4 porte un autre pignon 45, sensiblement plus petit, dont il est solidaire la fois en rotation et en translation. Ce pignon 45 engrène avec la couronne 80 du différentiel 8. De manière connue, ce dernier 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 trois rapports de vitesses différents, l'intermédiaire du pignon 45. En première vitesse, c'est le pignon le plus petit, en l'occurrence le pignon 30, qui est solidarisé avec l'arbre moteur principal 3 au moyen du baladeur 33, et est par conséquent le jeu de pignons 30 - 40 qui est activé, tandis que les deux autres sont désactivés. En deuxième vitesse, c'est le jeu de pignons 31 - 41 qui est activé (également par le baladeur 33, commun aux deux jeux de pignons). En troisième vitesse, enfin, c'est le jeu de pignons 32 - 42 qui activé, ceci au moyen du baladeur 34. Entre les pignons 40 et 41 est montée une paire de pignons supplémentaires 43, 44, chacun également solidaire en rotation et en translation l'arbre Le pignon 43, accolé au pignon 41, possède un diamètre voisin ou légèrement inférieur à celui de ce dernier. Le pignon 44, accolé au pignon possède diamètre voisin ou légèrement inférieur à celui du pignon 42. Comme cela va maintenant être expliqué, ces pignons supplémentaires permettent d'entraîner la couronne 80 à partir du moteur électrique, avec deux rapports de vitesses différents. La ligne réceptrice intermédiaire C, visible sur les figures 2 et 3, matérialisée par un arbre rotatif 6, guidé en rotation à chacune de ses extrémités dans des paliers 600, 601. L'arbre 6 porte - de la droite vers la gauche sur la figure - un pignon 60 qui est en prise avec le pignon 50 mentionné plus haut, et une paire de pignons 61, 62 de diamètres décroissants. Les pignons 60 et 61 ont des diamètres voisins, sensiblement supérieurs à celui du pignon 62. Le pignon 60 est solidaire de l'arbre 6, aussi bien en rotation translation. Les pignons 61 et 62 sont immobilisés axialement sur l'arbre 6, mais sont montés fous en rotation. Cependant, un baladeur double 63 monté entre deux pignons permet, sélectivement, de solidariser l'un d'eux en rotation avec l'arbre 6. Ce baladeur peut occuper aussi une position de point mort, dans laquelle aucun des deux pignons 61, 62 n'est accouplé avec l'arbre 6. Les pignons 61, 62 engrènent, respectivement, avec les pignons 44 et 43 précités. Les sommes des rayons de chaque jeu de pignons 61-44, d'une et 62-43, d'autre part, sont par conséquent égales entre elles, et égales à la valeur d'entraxe des lignes B et C. De même, la somme des rayons du jeu de pignons 50-60 est égale a la valeur d'entraxe des lignes A et C. Dans l'exemple illustré, il y a deux rapports de démultiplication différents possibles la transmission par la voie électrique, de l'arbre menant 5 à l'arbre mené 4, via l'arbre intermédiaire 6, selon que c'est le jeu de pignons 61-44 ou 62-43 qui est mis aeuvre. Il va de soi que la somme des rayons de la couronne 80 et du pignon 45 correspond à la valeur d'entraxe entre les lignes B et D. La figure 3 permet de se rendre compte de la grande compacité du système en direction transversale. Les différents paliers de guidage 300, 400, 500, 600, 401 et 601 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 40, 31-41, ou 32-42, selon l'un des trois rapports de vitesses sélectionné par conducteur. A son tour, l'arbre 4 transmet ce mouvement, via le pignon 45, 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 63 est craboté sur le pignon 62. Le rotor 21 entraîne l'arbre tubulaire 5 et le pignon 50 en rotation. Ce mouvement est transmis à l'arbre intermédiaire 6 via le jeu de pignons 50-60, puis à arbre récepteur 4 par l'intermédiaire du jeu de pignons 62 43. En seconde vitesse, le baladeur 63 est craboté sur le pignon 61, et c'est le jeu de pignons 44 qui communique la rotation de l'arbre 6 à l'arbre 4. Comme déjà mentionné, l'arbre récepteur 4 entraîne la couronne 80 par l'intermédiaire du pignon 45. 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. 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. Dans un souci de bonne lisibilité des dessins, les différents pignons et paliers été représentés avec des espacements importants selon la direction longitudinale. En pratique, ils sont plus rapprochés, et le système présente un encombrement faible en longueur. On notera que les baladeurs 33 et 63 se trouvent sensiblement tous les deux vis à vis, c'est-à-dire tous les deux au même niveau, si on considère leur positionnement longitudinal. Grâce à cet agencement du système, il est possible de répartir au plus juste les différents pignons 40, 44, 43 et 41 le long de l'arbre en obtenant encombrement longitudinal réduit. Comme on le voit sur la figure 3, le système est également très compact suivant la direction transversale, grâce notamment à la disposition en triangle equilatéral des lignes ABC. La boîte de 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 pas à proprement parler partie de la présente invention, peut être de tout type connu ; il n'a pas été décrit ici afin de ne 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 trois rapports de démultiplication dans 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. De même, si dans l'exemple qui vient d'être décrit, les pignons 31 et 42 et le baladeur 34 se trouvent de l'autre côté des paliers 300 et 400 par rapport aux pignons 31 et 41, on nous sortirait pas du cadre de l'invention en les plaçant entre ces paliers et les pignons 31 et 41. 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 tubulaire (5), dit auxiliaire, qui entoure coaxialement l'arbre moteur principal (3), et est 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 (45) en prise avec la couronne d'entraînement du différentiel (8) ; caractérisé par le fait qu'il comporte un arbre récepteur additionnel (6), dit intermédiaire, qui est entraîné par l'arbre moteur auxiliaire (5) via un jeu de pignons (50 - 60) et est adapté pour entraîner en rotation l'arbre récepteur principal (4) avec un rapport de démultiplication variable. 2. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moteur électrique (2) est annulaire, son rotor (21) étant solidaire dudit arbre tubulaire (5) auxiliaire, tandis que son stator (20) est solidaire d'une partie fixe (200) constitutive du carter de l'embrayage (10). 3. Système de transmission selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la transmission du mouvement, avec un rapport de démultiplication variable, entre l'arbre moteur principal (3) et l'arbre récepteur principal (4), est réalisée au moyen de plusieurs jeux de pignons (30-40 ; 3l-41 ;32- 42) susceptibles d'être sélectivement activés ou désactivés au moyen de baladeurs (33, 34). 4. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la transmission du mouvement, avec un rapport de démultiplication variable, entre l'arbre intermédiaire (6) et l'arbre récepteur principal (4), est réalisée au moyen d'au moins deux jeux de pignons (61-44 ; 62- 43) susceptibles d'être sélectivement activés ou désactivés au moyen d'un baladeur (63). 5. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que lesdits arbres moteur principal récepteur principal (4), et intermédiaire (6), sont parallèles les uns aux autres avec une configuration approximativement en forme de triangle équilatéral 6. Système de transmission selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte trois rapports de démultiplication différents par la voie thermique, et deux rapports par la voie électrique.