Brevet FR2915715A1 — publié le 20081107

TRANSMISSION A DEUX VARIATEURS POUR VEHICULES Domaine technique de l'invention. Le présent brevet s'applique aux transmissions de mouvement, notamment pour véhicules automobiles, équipées de dispositifs à variation continue. II s'applique principalement aux véhicules à deux roues motrices, sur lesquels il remplace l'ensemble de la transmission, différentiel compris. Des extensions sont envisageables pour les véhicules à quatre roues motrices. Etat de la technique. La transmission à variation continue est encore peu répandue. D'importants travaux sont en cours, en vue de mettre au point des variateurs fiables, soit du type à friction entre planétaires et satellites désignés ci-après variateurs coaxiaux (variateurs toroïdaux notamment), soit du type à courroie. Par ailleurs, une demande de brevet français a été déposée le 19 février 2007 sous le numéro 07 01175, sous le titre : Variateur continu à roulement . Elle concerne une technologie désignée ci-après variateurs à planétaires sphériques (incluant les planétaires dont la géométrie n'est pas exactement sphérique, mais s'en rapproche), qui présente l'avantage de fournir un bon rendement, notamment dans sa version à un seul satellite. L'inconvénient de cette version est de créer des réactions radiales importantes, pouvant nécessiter des paliers fortement dimensionnés. Une caractéristique commune aux véhicules actuels est de comporter un dispositif différentiel qui permet de répartir le couple moteur entre les deux roues motrices, droite et gauche. En cas de perte d'adhérence d'une des roues, le véhicule perd une grande partie de sa motricité. Les dispositifs électroniques d'anti-patinage qui ont été développés ne résolvent qu'imparfaitement le problème. Objet de l'invention. L'objet de l'invention est d'utiliser le principe de la variation continue pour ses avantages connus, mais également pour supprimer le différentiel et les inconvénients qui lui sont liés. Sur un véhicule à deux roues motrices, il consiste à attaquer en parallèle deux variateurs identiques, respectivement reliés à la roue droite et à la roue gauche. Le premier avantage de cette disposition est de partager la puissance à transmettre. Le second avantage est d'utiliser la variation continue pour adapter les vitesses de rotation des deux roues en fonction de la trajectoire décrite par le véhicule : en trajectoire rectiligne, on fait tourner les deux roues à la même vitesse ; en trajectoire courbe, on fait tourner la roue extérieure plus vite que la roue intérieure, en fonction du rayon de la trajectoire et de la vitesse du véhicule. En plus de la fonction principale qui permet de définir le rapport global de transmission, lié au rapport entre la vitesse du véhicule et le régime du moteur, il faut donc introduire une fonction de correction calculant le rapport à introduire entre les vitesses des deux roues. On peut alors définir les rapports à réaliser sur chacun des deux variateurs, de telle sorte que leur moyenne soit égale au rapport global demandé, et que leur quotient soit égal au rapport calculé par la fonction de correction. On peut noter qu'un tel dispositif présente un comportement inverse de celui d'un différentiel : alors qu'un différentiel impose une égalité des couples, mais n'a aucune action sur le rapport des vitesses, le dispositif décrit ici impose le rapport des vitesses, mais non la répartition des couples. II en résulte un avantage important : en cas de baisse de l'adhérence d'une des roues motrices, il y a automatiquement transfert de tout ou partie du couple moteur sur l'autre roue, ce qui permet au véhicule de conserver l'essentiel de sa motricité. Sans atteindre l'efficacité d'un quatre roues motrices, un véhicule ainsi équipé aura donc des performances en adhérence bien supérieures à celles d'un deux roues motrices classique. En fait, on aura l'équivalent d'un différentiel bloqué, mais avec la répartition optimale des vitesses en plus. Bien que le domaine préférentiel de l'invention soit celui des deux roues motrices, il n'est pas interdit de l'appliquer aux quatre roues motrices, par exemple en ayant un variateur par roue, ou un variateur pour attaquer le train avant et un autre pour le train arrière, chaque train conservant alors son différentiel. La présente invention peut mettre en oeuvre les diverses techniques de variation, à friction ou à courroie. Géométriquement, différentes dispositions sont possibles pour les variateurs. On peut par exemple les disposer parallèlement et longitudinalement par rapport au véhicule, ou coaxialement et transversalement par rapport au véhicule. La disposition dans laquelle les variateurs sont parallèles présente un intérêt particulier dans le cas où ils sont de type sphérique à un seul satellite, selon la demande de brevet précitée. Les deux variateurs tournant en sens inverse, il est alors possible de faire rouler les uns contre les autres les planétaires des deux variateurs, ce qui permet d'absorber les réactions radiales sans avoir à surdimensionner les paliers. Description sommaire des dessins. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront plus clairement des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et dans lesquels : - La figure 1 est une représentation schématique d'une solution comportant deux variateurs coaxiaux disposés parallèlement à l'axe du véhicule. - La figure 2 est une variante dans laquelle les deux variateurs coaxiaux sont alignés et disposés perpendiculairement à l'axe du véhicule. - La figure 3 est une représentation schématique d'une transmission comportant deux variateurs à courroie dont les axes sont parallèles à l'axe du véhicule. - La figure 4 est une variante dans laquelle les axes des deux variateurs à courroie sont perpendiculaires à l'axe du véhicule. - La figure 5 est un détail en coupe de la figure 1 montrant une application dans laquelle les deux variateurs sont du type à planétaires sphériques à 5 un seul satellite, les planétaires étant organisés pour rouler les uns contre les autres. Toutes ces figures sont des vues en plan. Elles sont représentatives de différentes catégories de solutions possibles, mais non exhaustives. 10 D'autres schémas sont utilisables sans sortir du cadre du présent brevet. Description détaillée de l'invention. 15 Selon la figure 1, on trouve, en parcourant la chaîne cinématique de l'amont vers l'aval : - Le moteur 1 - L'embrayage 2, qui peut ne pas exister dans le cas où la fonction est assurée par les variateurs. 20 - Un couple de pignons 3,3' de rapport 1. - Deux variateurs 4,4' de type coaxial à friction, le premier étant placé dans le prolongement de l'arbre moteur, le second étant actionné par l'intermédiaire de l'engrenage 3,3'. Les deux variateurs tournent donc en sens inverse, ce qui trouvera son intérêt notamment dans le détail de la 25 figure 5. - Des couples de pignons coniques 5,6 et 5',6' montés sur les arbres 7,8 et 7',8' assurant le renvoi d'angle nécessaire pour attaquer les roues, ainsi que tout ou partie de la démultiplication. - Des couples de pignons cylindriques 9,10 et 9',10', qui peuvent ne pas 30 exister si les roues peuvent être attaquées directement par les arbres 8,8'. Ils peuvent toutefois être utiles pour participer à la démultiplication ou pour améliorer le positionnement relatif des roues par rapport au moteur. - Les roues motrices 11,11' attaquées par les arbres 12,12', d'un type connu en soi. II y a lieu d'ajouter à ces organes cinématiques : - Les capteurs de couple 13,13', d'un type connu en soi, fournissant en valeurs instantanées les couples absorbés par les roues 11,11' ( à un rapport près). - Les capteurs de vitesse de rotation 14,14', d'un type connu en soi, fournissant en valeurs instantanées les vitesses de rotation des roues 11,11' (à un autre rapport près). - Le capteur d'angle de direction 15, d'un type connu en soi, monté sur le mécanisme de direction non représenté. - Les actionneurs 16,16' qui attaquent les satellites des variateurs 4,4' en vue de piloter séparément leurs rapports de variation. En fonctionnement normal, l'adhérence des roues étant supposée parfaite, une première fonction FI permet à l'ordinateur de pilotage de calculer le rapport moyen de variation RV souhaité en fonction du régime moteur, de la position de la pédale d'accélération, et du style de conduite choisi. La vitesse V du véhicule lui est directement liée. Pour calculer les rapports R,R' à imposer aux variateurs 4,4', il reste à mesurer ou à calculer leur rapport RR = R / R' qui n'est autre que le rapport des vitesses de rotation entre les deux roues motrices. Une première approche consiste à utiliser les informations provenant des capteurs de vitesse 14,14' pour calculer leur quotient. Cette approche est satisfaisante tant qu'il n'y a aucune perturbation. Dans le cas d'une dérive due notamment à une altération de l'adhérence, on peut lui reprocher un défaut de logique, dans la mesure où on ne sait plus si ce sont les variateurs qui imposent la vitesse des roues, ou la vitesse des roues qui impose le réglage des variateurs. Un risque de patinage peut apparaître. On peut alors faire appel à la seconde approche suivante : une deuxième fonction F2 prend en compte l'angle de direction fourni par le capteur 15, à partir duquel on peut calculer une première estimation du rapport des vitesses de rotation de la roue extérieure et de la roue intérieure, soit R2. Une troisième fonction F3 affine le calcul en introduisant l'influence de la vitesse V sur les rayons actifs des roues, du fait de la caractéristique d'écrasement des pneumatiques, supposée connue, soit un rapport complémentaire R3. En toute rigueur, cette fonction doit être paramétrable, pour lui permettre de s'adapter aux divers types de pneumatiques susceptibles d'être montés sur le véhicule. Le rapport à réaliser entre les vitesses de rotation des roues, soit RR, est 5 donc égal au produit R2 x R3. C'est aussi le rapport qu'il faut introduire entre les rapports de variation des variateurs 4,4', soit R,R', qu'il faut calculer en permanence de façon à avoir : R/R'=RR et (R+R')/2=RV Les rapports R et R' ainsi calculés sont imposés aux variateurs 4,4' par les 10 actionneurs 16,16'. La finesse des approches présentées ci-dessus permet au rapport RR effectivement réalisé par les deux variateurs d'être extrêmement proche de celui des vitesses de rotation des roues motrices, mais non 15 rigoureusement égal. Si l'adhérence est réputée parfaite, un léger glissement différentiel devra donc être toléré au niveau des contacts planétaires / satellites sur au moins un des deux variateurs. En fonctionnement le plus simple, on peut admettre que ce glissement suffira à assurer une répartition satisfaisante du couple moteur. 20 Si on veut faire mieux, on peut utiliser les informations données par les capteurs de couple 13,13'. En cas de déséquilibre, on pourra notamment introduire une légère correction complémentaire du rapport RR, soit R4, calculée par une fonction F4 prenant en compte ce déséquilibre. II est également possible de jouer sur les forces de contact entre planétaires et 25 satellites, si celles-ci sont créées par une pression hydraulique modulable. Un intérêt majeur d'une transmission selon le présent brevet apparaît quand il y a perte partielle ou totale d'adhérence sur une des roues motrices, par exemple 11. Cette situation peut se détecter par exemple par 30 une chute importante du couple mesuré par le capteur de couple 13. Il faut alors désactiver la fonction F4 (si elle existe), pour permettre au couple moteur de se reporter sur la roue 11'. Certaines précautions sont alors à prendre : - Augmenter les forces de contact du variateur 4', si nécessaire jusqu'à leur maximum, pour lui éviter de patiner. - Si le maximum est atteint, introduire un bridage du débit d'injection, pour éviter qu'un couple moteur trop important soit appliqué au seul variateur 4'. (Sauf si, par conception, les variateurs sont dimensionnés pour qu'un seul d'entre eux soit capable de transmettre le couple maximum du moteur.) Contrairement à ce qui se produit sur les véhicules classiques à différentiel, on conserve ainsi un maximum de motricité grâce à la roue 11'. Si une perte d'adhérence apparaît sur les deux roues motrices, on ne peut plus éviter une perte de motricité. On en conserve toutefois le maximum possible, dans la mesure où, si la perte d'adhérence n'est pas la même sur les deux roues, on évite que la plus favorisée soit ramenée au niveau de l'autre par le jeu du différentiel. Selon la figure 2, les deux variateurs sont alignés et disposés transversalement par rapport au véhicule. Cette disposition peut présenter un intérêt si on recherche une réduction de l'encombrement longitudinal. Elle comporte un seul renvoi d'angle 17,18, placé en amont des variateurs et non plus en aval. Par contre, elle est représentée avec deux couples de pignons entre chaque variateur et la roue correspondante : 19,20, 21,22, 19',20', 21',22'. Cela permet de donner une longueur suffisante aux arbres d'attaque des roues 23,23' afin de répondre aux problèmes de suspension. Pour le reste, le fonctionnement est identique à celui de la figure 1. Notons que le renvoi d'angle est représenté avec un rapport de 1, ce qui n'a rien d'impératif. On pourrait l'utiliser pour donner aux variateurs une vitesse de rotation différente de celle du moteur, par exemple en les faisant tourner plus vite. On diminuerait ainsi leur couple de travail, ce qui peut être favorable à leur dimensionnement. Bien entendu, il faudrait alors augmenter corrélativement la démultiplication en aval des variateurs. Selon la figure 3, les variateurs sont du type à courroie. Dans la configuration la plus simple, les deux poulies motrices 24,24' pourraient être placées sur le même arbre, en prolongement de l'arbre moteur, les poulies réceptrices 25,25' étant décalées de part et d'autre. Sur cette figure 3, on a conservé un couple de pignons 26,26' de rapport 1, dont la fonction est de faire tourner en sens inverse les deux variateurs, ce qui permet de rendre symétriques les deux renvois d'angle 27,28 27',28'. On évite ainsi un éventuel problème de longueur insuffisante sur un des arbres d'attaque des roues. Selon la figure 4, les variateurs, toujours du type à courroie, sont placés en aval du renvoi d'angle, leurs axes devenant donc perpendiculaires à celui du véhicule. Concernant le rapport du renvoi d'angle et la vitesse de rotation des variateurs, on peut faire la remarque déjà faite à propos de la figure 2, notamment pour faire tourner les variateurs plus vite. Dans ce cas, la démultiplication introduite par les couples de pignons 29,30 29',30' peut s'avérer insuffisante, ce qui peut nécessiter l'introduction d'engrenages supplémentaires. La figure 5 est un détail en coupe de la figure 1. On y voit apparaître les variateurs sphériques à un seul satellite décrits dans la demande de brevet précitée, à savoir, notamment : - Les planétaires amont 31,31'. -Les planétaires aval 32,32'. - Les ensembles satellites 33,33', dont les angles d'inclinaison a,a' définissent les rapports de variation R,R'. En trajectoire rectiligne, ces angles sont égaux. En trajectoire courbe, on introduit entre eux une différence permettant l'obtention du rapport RR souhaité. Les efforts aux points de contact planétaires / satellites introduisent des réactions radiales F1, F2, F'1, F'2 qu'il est préférable de ne pas transmettre aux paliers. Pour cela, on utilise le fait que les deux variateurs tournent en sens inverse pour faire rouler les planétaires les uns contre les autres. Ainsi, il y a neutralisation des réactions F1, F'1 d'une part, F2, F'2 d'autre part. Pour les planétaires amont qui tournent à la même vitesse, il suffit d'équiper les planétaires de portées cylindriques dimensionnées pour supporter les efforts qui leur sont appliqués, tout en n'introduisant pas de déperdition appréciable d'énergie au niveau du point de roulement. Pour les planétaires aval, il n'en va pas de même, car leurs vitesses peuvent être différentes. Il est donc nécessaire d'équiper au moins un des planétaires, par exemple 32, d'une bague intermédiaire 34 qui assure le contact avec 32' tout en tourillonnant librement sur 32. Ce tourillonnement doit être organisé de façon à introduire un minimum de déperdition d'énergie, par exemple en étant conçu comme un roulement équipé de rouleaux 35. On est aidé dans cette recherche d'économie par le fait que la vitesse de tourillonnement n'est qu'une vitesse relative, qui est voisine de zéro quand on est en ligne droite ou en très faible courbe, ce qui est la situation la plus fréquente. Pour ce faire, il faut évidemment qu'il y ait égalité entre les diamètres de roulement de la bague 34 et du planétaire 32'. La forme de la bague 34 est étudiée pour qu'elle présente un maximum de rigidité avec un minimum d'encombrement radial. 20 25 30 10 Revendications . 1. Transmission pour un véhicule automobile comportant au moins un essieu à deux roues motrices, caractérisé en ce qu'il comporte deux variateurs (4,4') accouplés en parallèle pour attaquer les roues motrices (11,11'), en engendrant à la fois une variation continue du rapport global de transmission et une adaptation permanente du rapport de chaque variateur à la vitesse de rotation de la roue correspondante. 2. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que les rapports de transmission des deux variateurs sont adaptés en permanence pour que leur moyenne corresponde au rapport global de transmission recherché, et que leur quotient corresponde au rapport à introduire entre les vitesses de rotation des deux roues (11,11'), notamment en trajectoire courbe. 3. Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que le quotient des rapports des deux variateurs est directement calculé à partir des vitesses effectives de rotation des roues (11,11'), mesurées par des capteurs de vitesse (14,14') d'un type approprié. 4. Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que le quotient des rapports des deux variateurs est calculé par une fonction principale prenant en compte l'angle de direction mesuré par un capteur (15) d'un type approprié, et par une fonction secondaire prenant en compte la différence d'écrasement des pneumatiques, à travers la vitesse du véhicule. 5. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des capteurs de couple d'un type approprié (13,13') mesurant les couples appliqués à chacune des deux roues (11,11'), en vue d'optimiser leur répartition. 6. Transmission selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une fonction de correction exploite les indications fournies par les capteurs de couple (13,13') en situation d'adhérence normale pour agir sur le quotient des rapports des variateurs, afin de maintenir une bonne répartition des couples appliqués aux roues (11,11'). 7. Transmission selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une autre fonction intervient en situation de perte d'adhérence, pour permettre à un maximum de couple d'être transféré sur la roue qui conserve la meilleure adhérence, tout en veillant à ce que le variateur concerné ne soit pas surchargé. 8. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que les variateurs (4,4'), de type coaxial, sont placés de telle sorte que deux variateurs présentent des axes parallèles et des sens de rotation inversés, leurs planétaires amont (31,31') étant munis de portées leur permettant de rouler l'un contre l'autre, leurs planétaires aval (32,32') pouvant également rouler l'un contre l'autre, mais avec interposition d'au moins une bague (34) tourillonnant librement sur le planétaire correspondant (32), permettant ainsi d'absorber une différence des vitesses de rotation. 9. Transmission selon la revendication 1, équipant un véhicule à quatre roues motrices, caractérisée en ce qu'elle comporte quatre variateurs dont chacun actionne une des roues motrices. 10. Transmission selon la revendication 1, équipant un véhicule à quatre roues motrices, caractérisée en ce qu'elle comporte deux variateurs actionnant respectivement le train avant et le train arrière. 30