Brevet FR2912696A1 — publié le 20080822

B 06-4274 FR ûEGA/DD Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s Transmission à dérivation de puissance pour implantation longitudinale dans un véhicule automobile Invention de : BUANNEC Michel MENDES Paulo 2 Transmission à dérivation de puissance pour implantation longitudinale dans un véhicule automobile. L'invention concerne le domaine des transmissions à dérivation de puissance, en particulier les transmissions à dérivation de puissance pour implantation longitudinale dans un véhicule automobile. Par la demande FR 2 859 669 (RENAULT) on connaît une transmission à dérivation de puissance reliant en parallèle le moteur thermique aux roues du véhicule par deux voies mécaniques de transmission de puissance. La transmission décrite comporte deux machines électriques formant une voie électrique de transmission de puissance par une transformation de la puissance mécanique en puissance électrique et inversement. L'une des voies mécaniques de puissance comprend un dispositif de changement de mode. Ce dispositif comprend un train épicycloïdal de changement de mode inséré le long de ladite voie mécanique. Ces trois voies de transmission de puissance sont combinées grâce à deux trains épicycloïdaux. De manière connue, des groupes motopropulseurs comprennent un moteur thermique et une transmission disposés dans le prolongement du vilebrequin. On distingue deux familles de groupes motopropulseurs selon leur sens d'implantation dans le véhicule. Il y a ceux destinés à être implantés transversalement dans le véhicule pour des véhicules de puissance modérée, et ceux destinés à être implantés longitudinalement pour des véhicules de forte puissance. Pour les transmissions à implantation longitudinale, l'arbre de sortie est généralement dans l'alignement de l'arbre d'entrée et on recherche une transmission étroite radialement de manière à être implantée dans un tunnel de pont qui traverse la caisse du véhicule automobile dans le sens de la longueur. Le brevet US 5 931 757 ainsi que la demande de brevet US 2005/0137042 décrivent des transmissions hybrides électromécaniques 3 comprenant deux machines électriques, trois trains épicycloïdaux et présentant deux modes de fonctionnement. L'arbre de sortie de ces transmissions est dans l'axe de l'arbre d'entrée relié au moteur thermique. Ces transmissions présentent des machines électriques ayant un rotor de grande dimension entourant les trains épicycloïdaux. Cela engendre un encombrement radial important pouvant pénaliser l'implantation longitudinale d'une telle transmission dans un véhicule. Le brevet US 5 585 589 décrit une transmission électromécanique ayant deux trains épicycloïdaux et présentant deux modes de fonctionnement. Les deux machines électriques de cette transmission ont des axes parallèles à l'axe principal de la transmission. Les deux axes des deux machines son situés radialement à l'extérieur d'un dispositif de changement de mode. Cela engendre un encombrement radial important susceptible de pénaliser une implantation longitudinale de la transmission dans un véhicule. L'invention propose une transmission à dérivation de puissance pour véhicule automobile remédiant aux inconvénients précédents et notamment permettant de diminuer l'encombrement radial de la transmission pour faciliter l'implantation longitudinale dans un tunnel de pont du véhicule automobile. Selon un mode de réalisation, la transmission à dérivation de puissance pour véhicule automobile, présente une forme générale allongée le long d'un axe principal et comprend, à une extrémité, un arbre d'entrée destiné à être relié à un moteur thermique et à l'extrémité opposée, un arbre de sortie destiné à être relié à un différentiel. La transmission comprend deux machines électriques, ainsi que, disposés sur un même axe, au moins un premier et un deuxième trains épicycloïdaux et un dispositif de changement de mode comprenant un troisième train épicycloïdal. Les trains épicycloïdaux et le dispositif de 4 changement de mode sont regroupés dans une même zone axiale principale de la transmission. Dans une telle transmission, les organes mécaniques principaux tels que les trains épicycloïdaux et le changement de mode étant regroupés dans une même zone axiale, les machines électriques peuvent être disposées axialement hors de cette zone principale. Leur diamètre peut être réduit car il n'est pas nécessaire que ces machines aient un rotor situé radialement à l'extérieur de ces organes mécaniques principaux de grand diamètre. Cela améliore l'encombrement radial de la transmission et facilite l'implantation longitudinale dans un véhicule. Avantageusement, les machines électriques présentent chacune un rotor implanté axialement en amont et/ou en aval de la zone axiale principale. Avantageusement, la transmission comprend un dispositif d'amortissement interposé axialement entre le moteur thermique et l'arbre d'entrée, au moins une première machine électrique étant implantée axialement entre le dispositif d'amortissement et la zone axiale principale, le dispositif de changement de mode étant situé axialement entre la première machine électrique et les premier et deuxième trains épicycloïdaux. Avantageusement, le premier train épicycloïdal répartit la puissance entre une première voie mécanique de transmission de puissance comprenant le dispositif de changement de mode et une voie électrique de transmission de puissance utilisant les deux machines électriques, le deuxième train épicycloïdal G2 combinant les puissances reçues par la première voie mécanique et par la voie électrique avec une deuxième voie mécanique de transmission de puissance. Avantageusement, la première voie mécanique de transmission de puissance relie un porte satellites du premier train épicycloïdal à une couronne du deuxième train épicycloïdal. Avantageusement, les deux machines électriques sont coaxiales à 5 l'axe principal et la deuxième machine électrique est située à l'extrémité axiale de la transmission du côté de l'arbre de sortie. Une telle transmission présente une partie principale purement mécanique, qui peut être logée dans un carter spécifique. Ce carter spécifique peut être traversé de chaque côté par un arbre entouré d'un moyeu cannelé. Les machines électriques peuvent être assemblées séparément et entraîner le moyeu cannelé. Cela permet de faciliter l'assemblage de la transmission. Avantageusement, la transmission comprend un quatrième train épicycloïdal G4 dont un planétaire est fixe par rapport à un rotor de la deuxième machine électrique et dont l'une des entrées, prise parmi le porte satellites PS4 ou la couronne C4, est fixée à la couronne C2 du deuxième train épicycloïdal G2, l'autre entrée, prise parmi le porte satellites PS4 ou la couronne C4, étant fixée à un carter de la transmission. Cela présente l'avantage de permettre un rapport de vitesse élevé, par exemple un rapport de deux à quatre dans un encombrement réduit. Selon un autre mode de réalisation, les deux machines électriques sont décalées parallèlement à l'axe principal et sont munies chacune d'un pignon de sortie engrenant chacun avec une roue coaxiale à l'axe principal. Le fait que les machines électriques soient décalées parallèlement à l'axe principal n'est pas forcément pénalisant pour l'encombrement radial global de la transmission. En effet, les transmissions à dérivation de puissance présentant deux modes de fonctionnement nécessitent des puissances de machines électriques 6 réduites. I1 est possible d'utiliser des machines électriques de type boudin ayant un rotor de diamètre modéré. Par ailleurs, de telles transmissions présentent l'avantage que le pignon de sortie de chaque machine électrique, et la roue coaxiale à l'axe principal de la transmission, introduisent un rapport de transmission pour chacune des machines électriques, permettant de faire travailler celles-ci dans une plage de meilleur rendement. Avantageusement, les deux machines électriques sont situées dans une même zone axiale, le pignon de sortie de la première machine électrique étant situé axialement à l'opposé du dispositif de changement de mode. Dans une telle transmission, les machines électriques peuvent être situées à un emplacement axial différent des organes mécaniques de plus grand diamètre de la transmission. I1 est possible d'utiliser pour les machines électriques un espace radialement proche de l'axe principal de la transmission. En particulier, la machine électrique ayant son pignon de sortie situé axialement à l'opposé du dispositif de changement de mode, peut avoir son axe situé à une distance radiale de l'axe inférieur au rayon de ce dispositif de changement de mode. Avantageusement, l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie sont coaxiaux à l'axe principal, la transmission présentant une section droite où l'angle ayant comme sommet l'axe principal et passant par les axes des deux machines électriques est inférieur à 150 , et est destiné à être orienté vers le bas du véhicule. Cela facilite l'implantation de la transmission dans le tunnel de pont du véhicule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, selon lequel : 7 - la figure 1 est un schéma d'ensemble de la transmission à dérivation de puissance selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma détaillé d'un premier mode de réalisation de la transmission avec deux machines électriques coaxiales ; - la figure 3 est un schéma détaillé d'une deuxième mode de réalisation d'une transmission à deux machines électriques parallèles ; et - la figure 4 est un schéma en coupe transversale illustrant l'implantation des machines électriques du deuxième mode de réalisation. Comme illustré sur la figure 1, la transmission à dérivation de puissance est reliée à un moteur thermique MT, à une première machine électrique ME1, à une deuxième machine électrique ME2 et à des roues 1. La transmission proprement dite comprend un arbre d'entrée 2, un premier train épicycloïdal G1, un deuxième train épicycloïdal G2 et un dispositif de changement de mode 4, lequel comprend un troisième train épicycloïdal G3 ainsi qu'un moyen d'immobilisation 5 et un moyen de solidarisation 6. Chacun des trains épicycloïdaux G1, G2, G3 comprend un planétaire Pl, P2, P3, un porte-satellites PSI, PS2, PS3, et une couronne Cl, C2, C3. La transmission comprend également deux dispositifs de transmission 7, 8 présentant un rapport de transmission fixe et interposés respectivement entre la première machine électrique ME1 et un planétaire Pl du premier train épicycloïdal G1 et entre la deuxième machine électrique ME2, et le dispositif de changement de mode 4. Le couple transmis à l'arbre d'entrée 2 est réparti entre la couronne Cl et le planétaire P2. Les couples moteurs issus du dispositif de transmission 8 et du dispositif de changement de mode 4 8 s'ajoutent et rejoignent la couronne C2. La transmission présente une voie électrique, et deux voies mécaniques de transmission de la puissance du moteur thermique MT aux roues 1. La voie électrique comprend les machines électriques ME1 et ME2. Une première voie mécanique comprend le dispositif de changement de mode 4, en parallèle d'une deuxième voie mécanique. La transmission fonctionne à dérivation de puissance. La puissance du moteur thermique MT est transmise aux roues 1 en passant par les deux voies mécaniques ainsi que par la voie électrique. Lorsque l'une des machines ME1 ou ME2 fonctionne en alternateur, l'autre fonctionne en motrice. La différence entre l'énergie électrique fournie par l'alternateur et celle consommée par la motrice est stockée ou fournie par une batterie B du véhicule. Pour chacun des modes de transmission, il existe une plage de rapports de transmission entre le moteur thermique MT et les roues 1 pour lesquels la proportion d'énergie transmise par la voie électrique est minimale. Cela correspond à une plage optimale de rendement énergétique de la transmission. Lorsque le moyen de solidarisation 6 est actionné et que le moyen d'immobilisation 5 est libre, l'ensemble du train épicycloïdal de changement de mode G3 tourne en bloc et la vitesse de rotation du porte satellites PSI et de la couronne C2 sont identiques. Les trains épicycloïdaux G1 et G2 et les dispositifs de transmission 7 et 8 sont calculés pour que la plage de vitesse optimale dans ce deuxième mode de fonctionnement corresponde à des vitesses élevées du véhicule. Lorsque le moyen d'immobilisation 5 du dispositif de changement de mode 4 est actionné et que le moyen de solidarisation 6 est libre, le rapport de transmission du dispositif de changement de mode 4 est fixe et fonction des nombres de dents du planétaire P3 et de 9 la couronne C3. Cette configuration correspond à un premier mode de fonctionnement de la transmission, convenant à des vitesses réduites du véhicule. Le changement de mode a lieu lorsque aucune puissance mécanique ne transite par le dispositif de changement de mode 4, c'est-à-dire que les trois entrées du troisième train épicycloïdal G3 sont arrêtées. L'instant du changement de mode ne se traduit par aucun à-coup de couple pour le véhicule. De plus le changement de mode peut avoir lieu avec des systèmes à crabots qui présentent l'avantage de pouvoir être actionnés mécaniquement et ne provoquent aucune dispersion d'énergie une fois qu'ils sont en position crabotée. On va à l'aide de la figure 2 décrire de manière plus détaillée un premier mode de réalisation permettant de réaliser une transmission de dérivation de puissance correspondant à la figure 1. Dans ce mode de réalisation, tous les composants de la transmission décrits en figure 1 sont alignés le long d'un axe principal de la transmission qui est disposé dans l'alignement de l'axe du vilebrequin d'un moteur thermique MT. Un quatrième train épicycloïdal G4, également aligné sur l'axe principal, comprend un planétaire P4, un porte satellites PS4 et une couronne C4. On trouve disposés successivement le long de cet axe un dispositif d'amortissement de couple 10, la première machine électrique ME1, une roue à crabots inclinée 11, un baladeur de synchroniseur 12, des crabots fixes 13, le porte satellites PS3, le reste du train épicycloïdal G3, le porte satellites PSI, le reste du train épicycloïdal G1, une roue fixe 14, le planétaire P2, le porte satellites PS2, un quatrième train épicycloïdal G4 et la deuxième machine électrique ME2. Un arbre d'entrée 15 s'étend axialement depuis le dispositif d'amortissement 10 jusqu'au planétaire P2. La roue 14 est montée fixe 10 sur l'arbre d'entrée 15 et comprend les éléments de la couronne Cl. Un premier moyeu 16 entoure l'arbre d'entrée 15 et s'étend axialement depuis un rotor de la première machine électrique ME1 jusqu'au premier train épicycloïdal G1. Le planétaire Pl est monté fixe sur le premier moyeu 16. Un deuxième moyeu 17 est monté autour du premier moyeu 16 et s'étend axialement depuis la roue à crabots 11 jusqu'au porte satellites PSI, qui sont solidaires du deuxième moyeu 17. Le planétaire P3 est monté fixe sur le deuxième moyeu 17. Le porte satellites PS3 est monté fixe sur un troisième moyeu 18, sur lequel peut coulisser axialement le baladeur de synchroniseur 12. Le porte satellites PS2 est monté fixe sur un arbre de sortie 19 s'étendant axialement depuis le porte satellites PS2 jusqu'à la sortie de la transmission et est destiné à être relié à un différentiel 20 et aux roues 1 du véhicule. Un rotor de la deuxième machine électrique ME2 est monté sur un quatrième moyeu 21 entourant l'arbre de sortie 19 et entraînant le planétaire P4. Une jupe extérieure 22 s'étend axialement depuis le troisième train épicycloïdal G3 jusqu'au porte satellites PS4 du quatrième train épicycloïdal. La jupe extérieure 22 comprend les éléments de couronne C2 et C3. La couronne C4 du quatrième train épicycloïdal est montée fixe dans un carter 23 de la transmission. On retrouve dans cette configuration les liens cinématiques décrits en figure 1. Le moyen d'immobilisation 5 est constitué par les crabots fixes 13, le baladeur de synchroniseur 12, le troisième moyeu 18 et le porte satellites PS3. Lorsqu'un actionneur, non représenté, déplace le baladeur de synchroniseur 12 vers la droite de la figure 2, le porte satellites PS3 est immobilisé. Le moyen de solidarisation 6 est constitué par le porte satellites PS3, le troisième moyeu 18, le baladeur 12, la roue à crabots 11, le deuxième moyeu 17 et le planétaire P3. Lorsque le baladeur 12 est 11 déplacé vers la gauche de la figure, le planétaire P3 est immobilisé par rapport au porte satellites PS3, ce qui a également comme effet d'immobiliser la couronne C3. Dans ce premier mode de réalisation, les machines électriques ME1 et ME2 sont disposées de part et d'autre d'une zone principale de la transmission comprenant l'ensemble des trains épicycloïdaux et du dispositif de changement de mode 4. Grâce à cette disposition, l'encombrement radial global de la transmission peut être optimisé de manière que le diamètre extérieur des machines électriques ME1 et ME2 ne dépasse pas les diamètres extérieurs du carter 23 entourant la jupe extérieure 22. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de transmission 7 présente un rapport unitaire. Le dispositif de transmission 8 est constitué par le quatrième train épicycloïdal G4. On va, à l'aide de la figure 3, décrire un deuxième mode de réalisation correspondant également à la cinématique de la figure 1, et dans laquelle les deux machines électriques ME1 et ME2 sont disposées dans une même zone axiale et sur des axes décalés parallèlement à l'axe principal de la transmission. On retrouve dans ce deuxième mode de réalisation, le même agencement des premier et deuxième trains épicycloïdaux G1 et G2 ainsi que du train épicycloïdal de changement de mode G3. Nous ne décrivons ci-après que les éléments différents. Hormis les deux machines électriques, l'ensemble des autres composants de la transmission sont coaxiaux avec l'axe principal de la transmission. La transmission comprend successivement le moteur thermique MT, le dispositif d'amortissement de couple 10, le dispositif de transmission à rapport fixe 7, les machines électriques ME1 et ME2, des crabots fixes 13, le baladeur 12, la roue à crabots 1l, un flasque 24 et l'ensemble des composants décrits précédemment 12 comme étant compris entre le porte satellites PS3 et le porte satellites PS2. Le dispositif de transmission à rapport fixe 7 comprend un pignon de sortie 25 de la première machine électrique ME1 et une denture 26 du premier moyeu 16. La deuxième machine électrique ME2 est prolongée par un arbre de sortie 27 s'étendant axialement jusqu'à la roue à crabots 11 et disposé radialement à l'extérieur du baladeur 12. L'arbre de sortie 27 est muni d'un pignon de sortie 28 engrenant avec des dentures extérieures de la roue à crabots 11. Le premier moyeu 16 s'étend axialement depuis la denture 26 jusqu'au planétaire Pl. Le deuxième moyeu 17 s'étend depuis le baladeur 12 jusqu'au porte satellites PS3. Le troisième moyeu 18 supporte uniquement la roue à crabots 11 et le flasque 24 fixé à la jupe extérieure 22. Dans une variante, les positions du baladeur 12 correspondant aux modes 1 et 2 sont telles que décrit dans le premier mode de réalisation ainsi que le contenu des deuxième et troisième moyeux 17 et 18. Dans cette variante, le moyeu de sortie 28 de la deuxième machine électrique ME2 engrène avec des dentures en couronne disposées sur la jupe extérieure 22. La figure 4 illustre les encombrements radiaux relatifs des différents composants du deuxième mode de réalisation décrit en figure 3. Les machines électriques ME1 et ME2 ont leurs axes disposés dans des demi-plans comprenant l'axe principal de la transmission qui forment entre eux un angle obtus, de préférence compris entre 110 et 150 . De cette manière, l'encombrement latéral des machines électriques ME1 et ME2 est réduit et occupe préférentiellement une partie basse de la transmission lorsque celle-ci est implantée selon un axe longitudinal du véhicule. 13 Un actionneur électrique 29 est également disposé selon un axe parallèle à l'axe principal et permet d'engendrer la translation du baladeur 12. Un bornier 30 est disposé au-dessus des machines électriques ME1 et ME2 et permet de relier ces machines électriques à une zone d'électronique de puissance reliée notamment à la batterie B et disposée ailleurs dans le véhicule. Le fait que les machines ME1 et ME2 soient disposées dans une zone axiale traversée uniquement par l'arbre d'entrée 15 et le premier moyeu 16, permet de rapprocher ces machines électriques de l'axe principal de la transmission et de réduire l'encombrement radial global de la transmission. REVENDICATIONS 1 - Transmission à dérivation de puissance pour véhicule automobile, présentant une forme générale allongée le long d'un axe principal et comprenant, à une extrémité, un arbre d'entrée (2, 15) destiné à être relié à un moteur thermique (MT) et à l'extrémité opposée, un arbre de sortie (19) destiné à être relié à un différentiel (20) ; la transmission comprenant deux machines électriques (ME1, ME2), ainsi que, disposés sur un même axe, au moins un premier (Gl) et un deuxième (G2) trains épicycloïdaux et un dispositif de changement de mode (4) comprenant un troisième train épicycloïdal (G3), caractérisée par le fait que les trains épicycloïdaux (Gl, G2) et le dispositif de changement de mode (4) sont regroupés dans une même zone axiale principale de la transmission. 2 - Transmission selon la revendication 1, dans laquelle les machines électriques (ME1, ME2) présentent chacune un rotor implanté axialement en amont et/ou en aval de la zone axiale principale. 3 - Transmission selon la revendication 1 ou 2, comprenant un dispositif d'amortissement (10) interposé axialement entre le moteur thermique (MT) et l'arbre d'entrée (15), au moins une première machine électrique (ME1) étant implantée axialement entre le dispositif d'amortissement (10) et la zone axiale principale, le dispositif de changement de mode (4) étant situé axialement entre la première machine électrique (ME1) et les premier et deuxième trains épicycloïdaux (Gl, G2). 4 - Transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle le premier train épicycloïdal (G1) répartit la puissance entre une première voie mécanique de transmission de puissance comprenant le dispositif de changement de mode (4) et une voie électrique de transmission de puissance utilisant les deux machines électriques (ME1, ME2), le deuxième train épicycloïdal (G2) combinant les puissances reçues par la première voie mécanique et par la voie électrique avec une deuxième voie mécanique de transmission de puissance. 5 - Transmission selon la revendication 4 dans laquelle la première voie mécanique de transmission de puissance relie un porte satellites (PSI) du premier train épicycloïdal (Gl) à une couronne (C2) du deuxième train épicycloïdal (G2). 6 - Transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans laquelle les deux machines électriques (ME1, ME2) sont coaxiales à l'axe principal et la deuxième machine électrique (ME2) est située à l'extrémité axiale de la transmission du côté de l'arbre de sortie (19). 7 - Transmission selon la revendication 6 comprenant un quatrième train épicycloïdal (G4) dont un planétaire (P4) est fixe par rapport à un rotor de la deuxième machine électrique (ME2) et dont l'une des entrées, prise parmi le porte satellites (PS4) ou la couronne (C4), est fixée à la couronne (C2) du deuxième train épicycloïdal (G2), l'autre entrée, prise parmi le porte satellites (PS4) ou la couronne (C4), étant fixée à un carter (23) de la transmission. 8 - Transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans laquelle les deux machines électriques (ME1, ME2) sont décalées parallèlement à l'axe principal et sont munies chacune d'un pignon de sortie (25, 28) engrenant chacun avec une roue (26, 11) coaxiale à l'axe principal. 9 - Transmission selon la revendication 8, dans laquelle les deux machines électriques (ME1, ME2) sont situées dans une même zone axiale, le pignon de sortie (25) de la première machine électrique (ME1) étant situé axialement à l'opposé du dispositif de changement de mode (4). 10- Transmission selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle l'arbre d'entrée (15) et l'arbre de sortie (19) sont coaxiaux à l'axe principal, la transmission présentant une section droite où l'angle ayant comme sommet l'axe principal et passant par les axes des deux machines électriques est inférieur à 150 , et est destiné à être orienté vers le bas du véhicule.