Brevet FR2907381A1 — publié le 20080425

TRANSMISSION HYBRIDE INFINIMENT VARIABLE ET GROUPE MOTOPROPULSEUR A DERIVATION DE PUISSANCE COMPORTANT TROIS TRAINS EPICYCLOIDAUX SUR DEUX LIGNES La présente invention concerne une transmission hybride à dérivation de puissance permettant d'obtenir une variation continue de rapport de marche arrière en marche avant, en passant par une position particulière, dite de neutre en prise, où la vitesse de déplacement du véhicule est nulle pour un régime quelconque du moteur thermique. Plus précisément, elle a pour objet une transmission hybride et un groupe motopropulseur comportant celle-ci. Cette transmission et ce groupe motopropulseur sont à rapport de transmission infiniment variable. Ils disposent d'une dérivation de puissance et de deux modes de fonctionnement. Leurs éléments constitutifs sont répartis entre deux voies de puissance reliant en parallèle le moteur thermique aux roues du véhicule, et ils incluent au moins deux machines électriques, trois trains épicycloïdaux, et un étage de réduction. Par la publication FR 2 859 669, on connaît une transmission infiniment variable du type indiqué ci-dessus. Son changement de mode permet notamment d'utiliser les deux machines électriques indifféremment en motrice ou en génératrice . Grâce à cette particularité, la transmission peut bénéficier d'une plage, ou ouverture de rapports , suffisamment étendue 2907381 -2 pour pouvoir intégrer des moteurs thermiques de puissance relativement modeste. Toutefois, les contraintes d'encombrement et la diversité des applications envisagées conduisent à 5 rechercher des architectures de plus en plus compactes, tout en disposant de larges possibilités d'adaptation. Dans ce but, l'invention propose une transmission infiniment variable à deux arbres parallèles, dont un premier arbre, ou arbre primaire, aligné sur le moteur 10 thermique et sur une première machine électrique, et un deuxième arbre, ou arbre secondaire de renvoi sur un différentiel, aligné sur la deuxième machine électrique. L'arbre primaire peut supporter deux trains planétaires, tandis que l'arbre secondaire peut en 15 supporter un ou deux. Dans ce cas, le premier train épicycloïdal peut répartir la puissance entre une première voie de puissance, et une seconde voie de puissance, en dérivation de la première, associée aux deux machines 20 électriques fonctionnant en variateur électrique sur l'arbre secondaire. La première voie de puissance emprunte de préférence une première chaîne de descente sur l'arbre secondaire, tandis que la seconde voie de puissance 25 emprunte une deuxième chaîne de descente sur celui-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante, d'un mode de réalisation non 2907381 - 3 limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe, d'une transmission et d'un groupe motopropulseur conformes à 5 l'invention, - la figure 2 un schéma d'architecture simplifié, - la figure 3 est un dessin de boîte correspondant à la figure 2, et - la figure 4 est une vue de face. 10 Sur la figure 1, on a fait apparaître le moteur thermique M, et les roues V du véhicule, entre lesquels est disposée la transmission proposée. Celle-ci est composée essentiellement de trois trains planétaires G1, G2 G3, et de deux machines électriques M1, M2. Le 15 moteur thermique M est relié à la couronne Cl du premier train G1, et au planétaire P2 du deuxième train G2. Le planétaire P1 du premier train G1 est relié à la première machine électrique ME1. Son porte satellites PSI est relié au planétaire P3 du troisième train G3. Le deuxième 20 train G2 est relié au moteur thermique par son planétaire P2. Le deuxième train G2 est aussi relié par sa couronne C2, à la couronne C3 du troisième train G3, et par son porte satellites PS2, aux roues V. Le troisième tain G3 est relié par son planétaire P3 au porte satellites PSI 25 du premier train, et au carter par son porte satellites PS3. La deuxième machine électrique ME2 rejoint aussi la couronne C2 du deuxième train. Enfin, le schéma mentionne la présence de deux étages de réduction R, placés à titre 2907381 -4 indicatif, à l'arrivée du mouvement sur le planétaire P2, et sur la couronne C2 du deuxième train G2. Un tel schéma de puissance définit une transmission hybride infiniment variable, dont les éléments 5 constitutifs sont répartis entre deux voies de puissance reliant en parallèle le moteur thermique M aux roues R du véhicule. Une première voie de puissance emprunte le train G2. Une seconde voie de puissance, ou dérivation de puissance, rejoint le train G2 en empruntant les deux 10 trains G1 et G3 associés aux deux machines électriques, fonctionnant en variateur électrique. Les moyens reliant le moteur thermique aux roues incluent donc au moins trois trains épicycloïdaux, deux machines électriques, et un étage de réduction. Par ailleurs, comme décrit cidessous, cette transmission dispose de moyens de commande associés à un des trains épicycloïdaux, pour établir deux modes de fonctionnement distincts, et commuter entre ces derniers. Cette transmission hybride (puisqu'elle associe un 20 moteur thermique à deux machines électriques) permet d'obtenir, grâce aux deux machines électriques fonctionnant en variateur électrique, une variation continue de rapport de marche arrière en marche avant en passant par une position particulière, dite de neutre en 25 prise, où la vitesse de déplacement du véhicule est nulle, pour un régime quelconque du moteur thermique. Comme indiqué sur les figures 2 et 3, l'invention prévoit, en respectant une tel schéma de puissance, d'aligner d'une part le moteur thermique M, le premier 2907381 -5 train G1, le troisième train G3 et la première machine électrique ME1 sur un premier arbre, ou arbre primaire de boîte, et d'autre part le deuxième train G2 et la deuxième machine électrique ME2, sur un deuxième arbre, 5 ou arbre secondaire de boîte. L'arbre primaire H1, H2 supporte un système d'amortissement des acyclismes AM du moteur thermique M, doublé d'une masse d'inertie, qui se prolonge par l'arbre H2, centré par un roulement sur le carter. 10 L'arbre primaire supporte le premier train planétaire G1, dont la couronne Cl reçoit le couple venant de l'amortisseur par l'intermédiaire de l'arbre H2. La couronne Cl est associée à une roue dentée S1 entraînant une première chaîne de descente CHI sur 15 l'arbre secondaire. Conformément à la figure 1, le porte satellites PSI est relié à au planétaire P3 du troisième train G3. Le porte satellites PSI, est fixé par cannelures sur l'arbre H1, qui traverse la boîte jusqu'à la première machine électrique ME1. La première couronne 20 Cl est centrée par rapport au carter par le roulement de l'arbre H1, tandis que Cl et PSI sont flottants par rapport à celle-ci. Ainsi, le premier train épicycloïdal G1 répartit la puissance entre une première voie de puissance qui emprunte une première chaîne de descente 25 CHI sur l'arbre secondaire, et une seconde voie de puissance, en dérivation de la première, associée aux deux machines électriques fonctionnant en variateur électrique, qui emprunte une deuxième chaîne de descente CH2, sur l'arbre secondaire. 2907381 -6 L'arbre primaire supporte le troisième train épicycloïdal G3, relié au premier train épicycloïdal G1 et à la deuxième chaîne de descente CH2. La couronne C3 est associée à une roue dentée S2 et reliée à un cône 5 crabot Al de synchroniseur. Le porte satellite PS3 est relié à un moyeu de synchroniseur A2. Enfin, comme indiqué plus haut, le planétaire P3 est relié au deuxième porte satellite PSI. Dans cet ensemble, le porte satellites PS3, qui est centré sur l'arbre H1, assure le 10 centrage du train G3. L'arbre primaire supporte également un groupe de synchronisation, composé du cône crabot Al relié à C3, du moyeu A2, relié à PS3, sur lequel peut coulisser un anneau de synchronisation A4, visible sur la figure 3, et 15 d'un autre cône de synchro A3 fixé sur le carter, qui est aussi visible sur la figure 3. Le groupe de synchronisation Al, A2, A3, A4 permet de rendre solidaires sa couronne C3 et son planétaire P3, ou d'immobiliser le porte-satellites PS3 vis-à-vis du 20 carter. Lorsque le moyeu A2 et le cône Al sont synchronisés, la couronne C3 et le porte satellites PS3 sont rendus solidaires par l'intermédiaire de l'anneau A4, de sorte que le troisième train G3 est bloqué. Cette situation correspond à un premier mode de fonctionnement 25 de la transmission. Si en revanche, on rend solidaires le moyeu A2 du cône A3 par l'intermédiaire de l'anneau A4, on immobilise PS3 par rapport au carter, de sorte que la couronne C3 tourne en sens inverse du planétaire P3 , en jouant ainsi un rôle d'inverseur de mouvement. Dans cette 2907381 -7 situation, la transmission est dans un second mode de fonctionnement. Le groupe de synchronisation (Al, A2, A3, A4) permet donc de rendre solidaires sa couronne C3 et le planétaire P3, dans un premier mode de fonctionnement, ou 5 d'immobiliser son porte-satellites PS3 vis-à-vis du carter dans un second mode de fonctionnement. Le dispositif de synchronisation Al, A2, A3, A4 est conçu de telle manière que la couronne C3 et le porte satellites PS3 sont rendus solidaires, alors que le porte 10 satellites PS3 n'est pas encore débloqué. Ceci correspond, pour l'ensemble de la transmission, à un rapport de réduction fixe. Si le porte satellites PS3 était débloqué, alors qu'il n'est pas encore engagé avec la couronne C3, la transmission de puissance deviendrait 15 temporairement impossible L'arbre primaire porte encore le premier moteur électrique ME1 relié au planétaire P1 du premier train épicycloïdal G1. Son rotor sort par l'arbre H1 centré par exemple par deux roulements (non représentés), l'un sur 20 le carter, et l'autre un sur le couvercle du moteur. L'arbre H1 peut avantageusement être aussi centré dans l'arbre H2, de sorte que l'ensemble des éléments soit maintenu centré dans les carters L'arbre secondaire porte le deuxième train 25 planétaire G2, relié aux deux chaînes de descente, et aux roues du véhicule. Son porte satellites PS2 est associé par exemple à une roue de parking (non représentée), et tenu par deux roulements coniques (non représentés), sur le carter. Un pignon de descente L1 sur le différentiel, 2907381 -8 est fixé par soudure sur le porte satellites PS2. Le planétaire P2 est centré dans le porte satellites PS2, et prolongé par l'arbre H3. Une roue dentée S3, fixée sur l'arbre H3 reçoit la première chaîne CH1. La couronne C2 5 est associée à une roue dentée S4 et une couronne C4. La roue dentée S4 reçoit la deuxième chaîne CH2, reliée à la roue S2 mentionnée plus haut. Un quatrième planétaire fixé sur l'arbre H4, par exemple par des cannelures (non représentées), 10 constitue avec une couronne C4 et un porte satellites PS4 fixé centré sur un planétaire P4, un train de réduction G4. Dans l'exemple de réalisation non limitatif illustré par les figures, la deuxième machine électrique M2 est donc reliée à la couronne C2 du deuxième train 15 épicycloïdal G2 par un train réducteur G4. Ainsi, la transmission peut comporter un quatrième train épicycloïdal qui assure la réduction du mouvement issu de la deuxième machine électrique M2, avant d'atteindre le train G2 où se réunissent le couple de la voie principale 20 et celui de la dérivation de puissance. Toutefois, ce quatrième train n'est pas obligatoire pour réaliser l'invention, et on peut envisager, sans sortir du cadre de celle-ci, d'utiliser à sa place un simple engrenage réducteur, ou encore une chaîne. 25 L'arbre secondaire porte aussi le deuxième moteur électrique ME2, dont le rotor sort par l'arbre H4, centré par deux roulements (non représentés) sur le carter, et sur le couvercle du moteur. Il est ainsi possible de réunir les deux couronnes S2 et S4 par l'intermédiaire de 2907381 -9 la chaîne CH2. Dans cet ensemble, le train planétaire G2 est centré par le porte satellites PS2, et le train planétaire G4 est centré par le porte satellites PS4. Enfin, l'arbre secondaire porte un renvoi de 5 mouvement par deux pignons L2, L3, sur la couronne du différentiel DIFF. Ces éléments peuvent être centrés et portés par le carter, par des roulements coniques. L'engrenage de renvoi L2, L3, descend du porte satellites PS2 du deuxième train épicycloïdal G2 sur la couronne 10 d'un différentiel DIFF. Sur figure 4, on voit l'emplacement relatif de la ligne primaire I, de la ligne secondaire II, du différentiel DIFF et du renvoi L2, L3. On distingue également le trajet de la chaîne CH1. Dans une telle 15 disposition, l'arbre supérieur est légèrement plus haut que l'arbre primaire. En associant cette représentation à celle des figures 2 et 3, on comprend que l'invention permet de localiser le renvoi L2, L3 sur le différentiel, dans l'espace compris entre les deux chaînes CH1 et CH2. 20 Les avantages de l'architecture proposée sont nombreux. Outre son faible encombrement axial, il faut noter la présence des deux chaînes de descente, qui autorisent, de façon très appréciable, l'ajustement relatif des trains entre eux à l'intérieur du carter. Par 25 ailleurs, la démultiplication de la deuxième machine électrique ME2 peut être assurée dans des rapports plus importants au sein d'un train réducteur tel que le train G4, que par une chaîne, qui ne pourrait pas en principe, assurer un rapport de démultiplication supérieur à deux. 2907381 - 10 - Enfin, le renvoi est particulièrement court, et sa disposition entre les deux chaînes permet de limiter considérablement l'encombrement total de la transmission et du groupe motopropulseur proposés par l'invention. 5 REVENDICATIONS 1. Transmission hybride infiniment variable à dérivation de puissance à deux modes de fonctionnement, dont les éléments constitutifs sont répartis entre deux voies de puissance reliant en parallèle le moteur thermique (M) aux roues du véhicule, ces moyens incluant au moins trois trains épicycloïdaux (G1, G2, G3) deux machines électriques (ME1, ME2), et un étage de réduction (R), caractérisée en ce qu'elle présente un arbre primaire (H1, H2) aligné sur le moteur thermique et une première machine électrique (ME1), et un arbre secondaire (H3, H4), aligné sur la deuxième machine électrique (ME2). 2. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arbre primaire supporte un premier train épicycloïdal (G1), répartissant la puissance entre une première voie de puissance qui emprunte une première chaîne de descente (CHI) sur l'arbre secondaire, et une seconde voir de puissance, en dérivation de la première, associée aux deux machines électriques fonctionnant en variateur électrique, qui emprunte une seconde chaîne de descente (CH2) sur l'arbre secondaire. 3. Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'arbre secondaire supporte un deuxième train épicycloïdal (G2), relié aux deux chaînes de descente et aux roues du véhicule. 2907381 -12- 4. Transmission selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que l'arbre primaire supporte une train épicycloïdal (G3) relié au premier train épicycloïdal (G1) et à la deuxième chaîne de descente 5 (C2). 5. Transmission selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première machine électrique (ME1) est reliée au planétaire (P1) du premier train épicycloïdal (G1). 10 6. Transmission selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième machine électrique (ME2) est reliée à la couronne (C2) du deuxième train épicycloïdal (G2) par un train réducteur (G4). 15 7. Transmission selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un engrenage de renvoi (L2, L3), qui descend du porte satellites (PS2) du deuxième train épicycloïdal (G2) sur la couronne d'un différentiel (DIFF). 20 8. Transmission selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'engrenage (L2, L3) est localisé dans l'espace compris entre les deux chaînes (CHI, CH2). 9. Transmission selon la revendication 8, caractérisé en ce que le troisième train épicycloïdal 25 (G3) est associé à un groupe de synchronisation (Al, A2, A3, A4) permettant de rendre solidaires sa couronne (C3) et son planétaire (P3), et/ou d'immobiliser son porte satellites (PS3) vis-à-vis du carter. 2907381 - 13 - 10. Groupe motopropulseur de véhicule hybride, caractérisé en ce qu'il comporte une transmission conforme à l'une des revendications précédentes.