Brevet FR2841313A1 — publié le 20031226

TRANSMISSION AUTOMATIQUE A SIX VITESSES POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention se rapporte au domaine des transmissions automatiques, notamment pour véhicules automobiles, constituées de trains planétaires contrôlés par des éléments de friction tels que des embrayages et des freins. On connaît des transmissions complexes à cinq et six rapports avant faisant appel à un train planétaire double, un train planétaire simple et de nombreux éléments de couplage et de freinage. Ceci aboutit à des organes encombrants, lourds, coûteux et difficiles à implanter sur les véhicules dont le moteur est disposé transversalement. Une amélioration significative a été apportée par le concept "Lepelletier" décrit dans la publication FR 2 656 055. Selon cet état de la technique, on place en entrée de la boîte de vitesses deux chemins de puissance constitués de deux trains d'engrenages composés de pignons fixes toujours en prise et de rapports différents, afin d'entrée par l'intermédiaire embrayages, et avec des vitesses de rotation supérieures ou inférieures à celle du moteur sur un des éléments, d'un train planétaire double ou d'un train Ravigneaux. Avec seulement cinq éléments de friction associés à l'un des deux types de train planétaire, on obtient six rapports de marche avant convenablement étagés et un rapport de marche arrière. En variante, il est proposé de placer en entrée de boîte, pour réaliser les deux chemins de puissance, un train planétaire simple, solution que l'on retrouve dans d'autres publications. La conception "Lepelletier", d'un niveau de complexité d'une boîte de vitesses à quatre rapports présente l'inconvénient d'être en vitesses surmultipliées dès le rapport de quatrième et donc très surmultipliée sur le rapport de sixième. Sur ce dernier rapport, et à vitesse véhicule élevée, la couronne du premier train planétaire d'un train planétaire double atteint un régime absolu de rotation très élevé, et l'embrayage qui lui est associé un régime de rotation différentiel également très élevé, rendant la réalisation et la mise au point extrêmement délicates. Par ailleurs, cette conception qui consiste à rajouter des rapports en vitesse surmultipliée est synonyme de déperdition de puissance et de mauvais rendement. Elle ne permet pas d'avoir un rapport de première court, et ne permet pas d'obtenir, comme c'est le cas généralement dans les boîtes automatiques à train planétaire, des rapports de première et de marche arrière très peu différents. L'objet de la présente invention est ainsi une transmission automatique à six vitesses, remédiant aux inconvénients de l'invention citée en référence tout en étant aussi compacte, économique, plus simple dans la disposition de ses éléments de friction, procurant des étagements remarquables très adaptables à partir d'un train Ravigneaux. bans ce but, elle comporte trois trains d'engrenages entre d'une part un arbre d'entrée et un second arbre dans l'alignement de l'arbre d'entrée, constituant un premier chemin de puissance supportant un train Ravigneaux et un pignon de sortie, et d'autre part un arbre intermédiaire parallèle à l'arbre d'entrée constituant un deuxième chemin de puissance. Conformément à l'invention, le premier train d'engrenages, composé de deux pignons fixes et portés respectivement par l'arbre d'entrée et l'arbre intermédiaire, et ce premier train d'engrenage, a un rapport de transmission RO de l'ordre de un. Le deuxième train d'engrenages est par exemple composé d'un pignon fou porté par l'arbre intermédiaire, pouvant être couplé avec ce dernier par un premier embrayage et un pignon fixe par rapport à un planétaire, et son rapport de transmission R2 est tel que le produit R2xR0 soit un rapport de réduction. Le troisième train d'engrenages est par exemple composé d'un pignon fou porté par l'arbre intermédiaire, pouvant être couplé avec ce dernier par un second embrayage ou immobilisé par rapport au carter par un premier frein et un pignon fixe par rapport à un planétaire, et dont le rapport de transmission R1 est tel que le produit RixRO soit un rapport de réduction. Selon d'autres caractéristiques non limitatives de l'invention, les six rapports de marche avant, le rapport de marche arrière et le point mort freiné sont obtenus en agissant sur les embrayages et les freins intervenant sur les éléments du train Ravigneaux. A cet effet, le porte-satellites peut être solidarisé à l'arbre d'entrée par un troisième embrayage ou immobilisé par rapport au carter par un second frein. Les différents rapports peuvent ainsi être obtenus par fermeture ou serrage de deux des cinq éléments de friction de la façon suivante : - le point mort freiné : serrage des deux freins, immobilisant complètement le premier planétaire et le portesatellites, bloquant ainsi le train complet et donc le véhicule, laissant libre l'arbre d'entrée, - le rapport de première : fermeture du premier embrayage solidarisant le second planétaire à l'arbre d'entrée et serrage du deuxième frein immobilisant le porte satellites, - le rapport de deuxième : fermeture du premier embrayage et serrage du premier frein immobilisant le premier planétaire, - le rapport de troisième : fermeture du premier embrayage et fermeture du second embrayage solidarisant le premier planétaire à l'arbre d'entrée, - le rapport de quatrième : fermeture du premier embrayage et fermeture du troisième embrayage solidarisant le porte-satellites à l'arbre d'entrée, - le rapport de cinquième : fermeture du troisième embrayage et fermeture du deuxième embrayage, - le rapport de sixième : fermeture du troisième embrayage et serrage du premier frein, et - le rapport de marche arrière : du deuxième embrayage et serrage du deuxième frein. Tous les changements de rapport sont obtenus par la libération d'un seul élément de commutation et par la mise en action d'un seul autre élément de commutation. Selon une troisième caractéristique essentielle de l'invention, la réduction du troisième train d'engrenage lié au premier planétaire est différente de celle du deuxième train d'engrenage lié au deuxième planétaire. De préférence, la réduction du troisième train d'engrenage lié au premier planétaire est plus forte que celle du deuxième train d'engrenage lié au deuxième planétaire. C'est dans cette configuration que l'on obtient : des étagements remarquables et des ouvertures de boîte très variées, adaptés aux différents types de moteurs, à partir d'un même train Ravigneaux, en agissant uniquement sur les deux rapports de réduction des deuxième et troisième train d'engrenage, - des rapports de première et de marche arrière pratiquement identiques, et - des vitesses en surmultipliés modérées, mais plus fortes que celles d'une boîte à train planétaire à quatre rapports. Selon une autre caractéristique, le premier embrayage peut être utilisé comme embrayage de démarrage, dans la mesure où les fortes démultiplications des rapport de première et de marche arrière obtenus par l'invention peuvent dispenser de l'usage d'un coupleur convertisseur. Enfin, la liaison permanente entre le moteur et l'arbre d'entrée de la boîte est avantageusement un filtre des vibrations. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une forme de réalisation de la chaîne cinématique du volant moteur au différentiel avec un train Ravigneaux, - la figure 2 représente la table de sélection des éléments de commutation, et - la figure 3 représente un exemple de diagramme des vitesses correspondant à un train Ravigneaux. Dans la forme de réalisation schématique de la figure 1, relative à une boîte équipée d'un train Ravigneaux, la transmission 100 comporte un arbre d'entrée 120 et un arbre intermédiaire 130. L'arbre d'entrée 120 est lié au volant moteur 111 par l'intermédiaire d'un dispositif 112 de filtrage des vibrations de torsion du moteur connu en soi. L'arbre d'entrée 120 comporte une unique denture fixe 120a constituant avec la denture fixe 130a liée à l'arbre intermédiaire 130 le rapport de transmission R0, choisi proche de un. L'arbre intermédiaire guide un premier pignon fou 132 avec lequel il peut être couplé par la fermeture du premier embrayage 141. L'arbre intermédiaire guide un deuxième pignon fou 131 avec lequel il peut être couplé par le second embrayage 140. Ce pignon peut également être immobilisé en rotation par le premier frein 145. Le pignon 132 forme avec le pignon 122, en rotation autour de l'arbre porteur central 110, et lié au planétaire 152 (P2), le deuxième train d'engrenages de rapport R2. Quand l'embrayage 141 est fermé, le planétaire 152 (P2) tourne dans le même sens que l'arbre d'entrée, dans le rapport de réduction ROxR2. Le pignon 131 forme avec le pignon 121, en rotation autour de l'arbre 110 et lié au planétaire 151 (P1), le troisième train d'engrenages de rapport R1. Quand le deuxième embrayage 140 est fermé, le planétaire 151 (P1) tourne dans le même sens que l'arbre d'entrée dans le rapport de réduction ROxRl. Conformément à une disposition préférentielle de l'invention, le rapport de réduction R1, représenté sur la figure 1, est plus important que le rapport de réduction R2. A l'extrémité de l'arbre central 110 est placé un troisième embrayage 142 qui permet de solidariser l'arbre d'entrée 120 au porte-satellites 154. Le porte-satellites 154 peut également être immobilisé par rapport au carter par un second frein 146. Le porte-satellites est solidaire d'une denture 160 qui transmet le mouvement de sortie à un deuxième arbre intermédiaire 170 de réduction et d'inversion de mouvement. L'arbre intermédiaire 170 porte une denture d'entrée fixe 171 engrenant avec la denture 160, et une denture de sortie 172. Cette dernière transmet le mouvement au différentiel 173 qui répartit le couple aux deux roues. Le fonctionnement est donné par la table de sélection de la figure 2. Conformément à cette table, le fonctionnement est le suivant : - en première, l'embrayage 141 est fermé mettant en liaison le planétaire 152 (P2) avec l'arbre d'entrée dans le rapport de réduction ROxR2, alors que le frein 146, serré, immobilise le porte-satellites 154, - en deuxième, l'embrayage 141 reste fermé, alors que le frein 145, serré, immobilise le planétaire 151 (PI) ; le passage de première en deuxième est obtenu en réalisant simultanément l'ouverture du frein 146 et le serrage du frein 145, - en troisième, l'embrayage 141 est toujours fermé, alors que l'embrayage 140, met en liaison le planétaire 151 (P1) avec l'arbre d'entrée dans le rapport de réduction ROxRl ; le passage de deuxième en troisième est obtenu en réalisant simultanément l'ouverture du frein 145 et le serrage de l'embrayage 140, - en quatrième, l'embrayage 141 est encore fermé, alors que l'embrayage 142, met en liaison le porte satellite 154 avec l'arbre d'entrée 120 sans rapport de réduction ; le passage de troisième en quatrième est obtenu en réalisant simultanément l'ouverture de l'embrayage 140 et la fermeture de l'embrayage 142, - en cinquième, l'embrayage 142 est maintenu fermé, alors que l'embrayage 140 est à nouveau fermé ; le passage de quatrième en cinquième est obtenu en réalisant simultanément l'ouverture de l'embrayage 141 et la fermeture de l'embrayage 140, - en sixième, l'embrayage 142 est encore fermé, alors que le frein 145, serré, immobilise à nouveau le planétaire 151 (PI) ; le passage cinquième en sixième est obtenu en réalisant simultanément l'ouverture de l'embrayage 140 et le serrage du frein 145, - en marche arrière, l'embrayage 140 met en liaison le planétaire 151 avec l'arbre d'entrée dans le rapport de réduction ROxRl, alors que le frein 146, serré, immobilise le porte-satellites 154, - sur le point mort freiné, on serre les deux freins 145 et 146 immobilisant le porte-satellites 154 et le planétaire 151 (P1) ;la couronne 153 est bloquée, et maintient le véhicule alors que l'arbre d'entrée reste libre en rotation. Pour illustrer l'obtention des rapports à partir de la représentation schématique de la figure 1 et de la table de sélection de la figure 2, on se reportera à la figure 3 où est présenté le diagramme des vitesses. On y trouve repérés, en bas, les différents éléments du train Ravigneaux, les planétaires 151 (P1) ,152 (P2) la couronne 153 et le porte-satellites 154. Sur les verticales aux planétaires 151 et 152, sont positionnées les réductions dans les rapports respectifs ROxRl et ROxR2. Les trois embrayages et les deux freins sont également localisés. Ce diagramme des vitesses est obtenu à partir d'un exemple concret. Le train Ravigneaux est défini comme suit. Train Ravigneaux 1 Couronne 69 dents Planétaire 1 31 dents planétaire 2 23 dents A partir de cette configuration, il est possible de faire varier l'ouverture de la boîte , et ce sur une plage suffisante pour couvrir les besoins pour des moteurs de type essence rapides et diesel lents à couple très élevé. Comme indiqué sur le tableau ci-dessous, l'ouverture varie de 5,0 à 6,49 pour des valeurs de réduction R1 de 0,605 à 0,52 et de réduction R2 de 0,87 à 0,67. Ouverture Ouverture Ouverture Ouverture 5.00 5.50 5.96 6. 49 Rapport RO 1.0 1.0 1.0 1. 0 Rapport R1 0. 605 0. 58 0. 54 0. 52 Lié à planétaires P1 Rapport R2 0. 87 0. 79 0. 73 0. 67 Lié à Planétaire P2 Les étagements et les ouvertures ou sauts entre deux rapports consécutifs obtenus sont remarquables et synthétisés dans le tableau cidessous. Ouverture Ouverture Ouverture Ouverture 5.00 5.50 5.96 6. 49 Ratio MAR 0,272 0,261 0,243 0,234 Ecart 1ère/Mar en % -6,27 -1,05 3,82 4, 61 Ratio 1ère 0,290 0,263 0,243 0,223 Saut lère/2ème 1,85 1,85 1,85 1. 85 Ratio 2éme 0,537 0,488 0,451 0,414 Saut 2ème/3ème 1,43 1,46 1,46 1. 48 Ratio 3ème 0,769 0,710 0,657 0,613 Saut 3ème/4ème 1, 25 1,31 1,38 1. 45 Ratio 4ème 0,957 0,930 0,910 0,890 Saut 4ème/5ème 1, 23 1, 28 1, 33 1, 37 Ratio 5ème 1,177 1,189 1,207 1,216 Saut 5ème/6ème 1, 23 1, 22 1,20 1,19 Ratio 6ème 1,449 1,449 1,449 1,449 On remarquera que : - le rapport des démultiplications 1ère/MAR est toujours faible et meilleur que celui obtenu et requis en boîte de vitesses manuelle; - la surmultiplication de sixième est la même quelle que soit l'ouverture car elle dépend uniquement de la définition du train. Pour obtenir une autre valeur de surmultiplication, il faut choisir une autre combinaison du train. L'augmentation de l'ouverture de la boîte se fait donc par les rapports inférieurs de plus en plus courts. Le saut de première/deuxième reste constant et ne peut être modifié qu'en choisissant une autre combinaison du train. La capacité d'adaptation est grande puisque à chaque choix de combinaisons de trains Ravigneaux, il est possible d'avoir une diversité d'étagements. 1 Transmission automatique (100) à six vitesses caractérisée en ce qu'elle comporte trois trains d'engrenages entre d'une part un arbre d'entrée (120) et un second arbre (110) dans l'alignement de l'arbre d'entrée, constituant un premier chemin de puissance supportant un train Ravigneaux (150) et un pignon de sortie (160), et d'autre part un arbre intermédiaire (130) parallèle à l'arbre d'entrée constituant un deuxième chemin de puissance. 2. Transmission automatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier train d'engrenages, composé de deux pignons fixes (120a) et (130a) portés respectivement par l'arbre d'entrée (120) et l'arbre intermédiaire (130), a un rapport de transmission RO de l'ordre de un. 3. Transmission automatique selon le revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le deuxième train d'engrenages est composé d'un pignon fou (132) porté par l'arbre intermédiaire, pouvant être couplé avec ce dernier par un premier embrayage (141) et un pignon (122) fixe par rapport au planétaire P2 (152) et en ce que son rapport de transmission R2 est tel que le produit R2xR0 soit un rapport de réduction. 4. Transmission automatique selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le troisième train d'engrenages est composé d'un pignon fou (131) porté par l'arbre intermédiaire (130), pouvant être couplé avec ce dernier par un second embrayage (140) ou immobilisé par rapport au carter par un premier frein (145), et un pignon (121) fixe par rapport au planétaire PI (151), et en ce que son rapport de transmission RI est tel que le produit RlxRO soit un rapport de réduction. 5 Transmission automatique (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le train Ravigneaux porté par l'arbre (110) a : - une couronne (153) liée à un pignon de sortie de puissance (160) vers un arbre (170) de transfert et d'inversion de mouvement vers un différentiel (173), et - un porte-satellites (154) lié à l'arbre (110) pouvant être couplé à l'arbre d'entrée par l'intermédiaire d'un troisième embrayage (142) ou immobilisé par rapport au carter par un second frein (146). 6. Transmission automatique (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rapport de réduction RlxRO, obtenu par la combinaison des premier et troisième trains d'engrenages est différent du rapport de réduction R2xR0 obtenu par la combinaison des premier et deuxième trains d'engrenages. 7 Transmission automatique (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte six rapports de marche avant, un rapport de marche arrière et un point mort freiné. 8. Transmission automatique selon la revendication 7, caractérisée en ce que : - le premier rapport de marche avant est obtenu en fermant l'embrayage (141) qui solidarise le planétaire P2 (152) avec l'arbre d'entrée dans le rapport de réduction ROxR2 et serrant le frein (146) du porte satellite (154), - le deuxième rapport de marche avant est obtenu en fermant l'embrayage (141) et en serrant le frein (145) immobilisant le planétaire P1 (151), - le troisième rapport de marche avant est obtenu en fermant l'embrayage (141) et en fermant l'embrayage (140) qui solidarise le planétaire PI (151) avec l'arbre d'entrée dans le rapport de réduction ROxRl, - le quatrième rapport de marche avant est obtenu en fermant l'embrayage (141) et en fermant l'embrayage (142) qui solidarise le porte satellite (154) à l'arbre d'entrée, - le cinquième rapport de marche avant est obtenu en fermant l'embrayage (142) et en fermant l'embrayage (140), - le sixième rapport de marche avant est obtenu en fermant l'embrayage (142) et en serrant le frein (145), - le rapport de marche arrière est obtenu en fermant l'embrayage (140) et en serrant le frein (146), et - le point mort freiné est obtenu en serrant les deux freins (145,146). 9 Transmission automatique (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la liaison permanente entre le volant moteur (111) et l'arbre d'entrée (120) est réalisée par un filtre (112) et en ce que l'embrayage (141) est dimensionné pour assurer la fonction d'embrayage de démarrage du véhicule.