Brevet FR2912694A1 — publié le 20080822

B06-3505FR ù EGA/DD Société par action simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Transmission à dérivation de puissance à machine électrique indépendante. Invention de : BUANNEC Michel MENDES Paulo Transmission à dérivation de puissance à machine électrique indépendante. L'invention concerne le domaine des transmissions à dérivation de puissance. 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 destinées à être implantées dans le véhicule, soit transversalement pour des véhicules de puissance modérée, soit longitudinalement pour des véhicules de forte puissance. Pour les groupes motopropulseurs à implantation transversale, on recherche des transmissions courtes axialement et éventuellement ayant plusieurs axes parallèles. 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. Les transmissions à dérivation de puissance, qu'il s'agisse de transmissions implantées transversalement ou longitudinalement, ont la plupart du temps intégrées des machines électriques à l'intérieur de la transmission. Autrement dit, des rotors de machines électriques sont directement équipés de dentures ou de pignons servant à la partie mécanique de la transmission. De telles transmissions présentent l'inconvénient que la tolérance d'entrefer nécessaire pour la partie rotor impose des précisions mécaniques onéreuses au carter et aux arbres de la transmission. Cela est particulièrement pénalisant pour les transmissions à implantation longitudinale en raison de la longueur des arbres. Un autre inconvénient de ce type de machine est d'engendrer des difficultés d'assemblage. En effet, le magnétisme inhérent au rotor perturbe l'assemblage des arbres de transmission équipés de multiples pignons. Cet inconvénient est particulièrement pénalisant pour les transmissions à implantation transversale, qui ont généralement de multiples arbres parallèles assemblés de manière groupée. Le brevet US 5 931 757 décrit une transmission à dérivation de puissance comprenant deux machines électriques, trois trains épicycloïdaux et présente deux modes de transmission. Ce type de transmission, ayant un arbre de sortie dans l'axe de l'arbre d'entrée, est adapté à une implantation longitudinale. La partie mécanique de la transmission est répartie de part et d'autre des deux machines électriques. Ce type de transmission présente de nombreux étages d'arbres creux ou de moyeux concentriques. De plus, les rotors entourent une partie des trains épicycloïdaux. Cela impose des rotors de grands diamètres, ce qui est un inconvénient pour une implantation longitudinale de la transmission. L'invention propose une transmission à dérivation de puissance pour véhicule automobile, qui remédie aux inconvénients précités et notamment qui facilite l'assemblage de la transmission sans dégrader l'encombrement. Selon un mode de réalisation, la transmission à dérivation de puissance pour véhicule automobile, comprend un arbre d'entrée destiné à être relié à un moteur thermique et définissant un axe primaire de la transmission. La transmission comprend en outre un carter de transmission, deux machines électriques munies chacune d'un arbre de rotor, au moins deux trains épicycloïdaux G1 et G2 et un dispositif de changement de mode comprenant un train épicycloïdal de changement de mode G3. Une première machine électrique est une machine électrique indépendante d'extrémité dont l'arbre de rotor est coaxial à l'axe primaire et disposé à l'extrémité opposée à l'arbre d'entrée. Ledit arbre de rotor est monté à rotation sur deux carters de machine électrique dont au moins l'un est fixé de manière démontable sur le carter de la transmission. Une telle transmission présente une machine électrique avec un carter indépendant. L'assemblage de la machine électrique peut être séparé de l'assemblage du reste de la transmission sans être perturbé par le magnétisme de cette machine électrique indépendante. De plus, étant située à l'extrémité de l'axe primaire, la machine électrique n'est pas obligée d'entourer les engrenages de la transmission. Cela réduit l'encombrement radial, ce qui est un avantage pour un groupe motopropulseur à implantation longitudinale. Dans le cas d'un groupe motopropulseur à implantation transversale, l'encombrement axial d'une telle transmission n'est pas sensiblement dégradé par rapport à l'état de la technique. Avantageusement, la transmission comprend au moins un arbre d'entraînement monté à rotation sur le carter de la transmission et muni de cannelures longitudinales coopérant avec des cannelures complémentaires d'un arbre de rotor d'une machine électrique. Grâce aux cannelures, l'entraînement en rotation peut supporter une tolérance de coaxialité entre le rotor et l'arbre d'entraînement. Cela permet d'avoir des tolérances de positionnement des composants de la transmission dans le carter moins onéreuses. Selon un mode de réalisation, la transmission comprend un premier train épicycloïdal G1 et un premier dispositif ternaire de combinaison de puissance à rotation commune, reliés en parallèle par une voie électrique de transmission de puissance comprenant les deux machines électriques et par une première voie mécanique de transmission de puissance. Une deuxième voie mécanique de transmission de puissance comprend, d'un côté un deuxième dispositif de combinaison de puissance à rotation commune lequel est relié au premier train épicycloïdal G1 et à un arbre d'entré et, de l'autre côté, un deuxième train épicycloïdal G2 lequel est relié au premier dispositif ternaire et à un moyeu de sortie destiné à être relié aux roues du véhicule. Avantageusement, les deux dispositifs ternaires de combinaison de puissance à rotation commune sont constitués d'au moins une roue entraînée en rotation par trois moyen différents pris parmi : un arbre, un porte satellites fixé à la roue, une courroie, un engrènement avec une chaîne, avec une denture d'axe fixe ou avec des satellites. Avantageusement, la première voie mécanique de transmission de puissance comprend le dispositif de changement de mode, et dans laquelle le train épicycloïdal de changement de mode G3 est coaxial au premier train épicycloïdal G1 et à l'axe primaire. Avantageusement, le dispositif de changement de mode comprend une chaîne cinématique reliant deux entrées du train épicycloïdal de changement de mode G3, laquelle chaîne comprend un synchroniseur monté sur un arbre de renvoi et un engrènement entre deux pignons. Une telle transmission permet d'optimiser le rendement énergétique de la transmission sur une plage de rapports plus large. Selon un mode de réalisation, la transmission présente un axe secondaire, parallèle à l'axe primaire, comprenant, à une extrémité, une deuxième machine électrique indépendante d'extrémité dont l'arbre de rotor est fixé de manière démontable à un deuxième arbre d'entraînement et dont l'un des carter de machine électrique est fixé de manière démontable sur le carter de la transmission. Une telle transmission est particulièrement adaptée à une implantation transversale du groupe motopropulseur dans le véhicule. Avantageusement, le deuxième train épicycloïdal G2 est disposé sur l'axe secondaire et comprend une couronne C2, entraînée par une première chaîne et par un dispositif de transmission à rapport fixe relié au deuxième arbre d'entraînement, comprend également un planétaire P2 relié à une deuxième chaîne par un dispositif à engrenages, et comprend un porte satellites PS2 fixé au moyeu de sortie. Avantageusement, le dispositif de transmission à rapport fixe comprend un quatrième train épicycloïdal G4 dont un planétaire est monté fixe sur le deuxième arbre d'entraînement et dont, soit un porte satellites, soit une couronne est fixe par rapport au carter de la transmission. Un tel dispositif de transmission permet d'inclure un rapport élevé, par exemple de deux à quatre, avec un encombrement axial réduit. Selon un mode de réalisation, la transmission comprend au moins trois trains épicycloïdaux et une deuxième machine électrique coaxiaux à l'axe primaire. Une telle transmission convient plus particulièrement à une implantation longitudinale dans le 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 : - 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 de la transmission montrant un dispositif de blocage d'arbre et dispositif de changement de mode. 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 et un dispositif 3 de blocage de l'arbre d'entrée 2. La transmission comprend également 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. La transmission comprend également quatre dispositifs de transmission 7, 8, 9 et 10 présentant un rapport de transmission fixe et interposés entre le deuxième train épicycloïdal G2 et respectivement le moteur thermique MT, le dispositif de changement de mode 4, la deuxième machine électrique ME2 et les roues 1. Un autre dispositif de transmission à rapport fixe 6a est monté en série avec le moyen de solidarisation 6 entre deux entrées du troisième train épicycloïdal G3. Le couple transmis à l'arbre d'entrée 2 est réparti par un dispositif 2a de combinaison de puissance à rotation commune, entre le dispositif de transmission 7 et le premier train épicycloïdal G1. Les couples moteurs issus des dispositifs de transmission 8 et 9 s'ajoutent grâce à un premier dispositif la de combinaison de puissance à rotation commune. La transmission présente une voie électrique, et deux voies mécaniques de transmission de puissance. La voie électrique comprend les machines électriques ME1 et ME2. Une première voie mécanique relie le premier train épicycloïdal G1 au premier dispositif de combinaison de puissance à rotation commune la. Une deuxième voie mécanique relie le deuxième dispositif de combinaison de puissance à rotation commune 2a au deuxième train épicycloïdal G2. Lorsque le dispositif de blocage 3 est actionné, les roues 1 du véhicule peuvent être entraînées simultanément par les deux machines électriques ME1 et ME2 grâce à l'énergie électrique stockée dans une batterie B. La puissance motrice de la première machine ME1 est transmise par le train épicycloïdal Gl, le dispositif de changement de mode 4 et le dispositif de transmission 8. La puissance motrice issue de la deuxième machine électrique ME2 est transmise par le dispositif de transmission 9. La puissance motrice des deux machines électriques rejoint les roues 1 par le deuxième train épicycloïdal G2. Lorsque le dispositif de blocage 3 est libre, la transmission fonctionne à dérivation de puissance. La puissance du moteur thermique MT est transmise aux roues 1 en passant par les 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 la batterie B 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 entre le premier train épicycloïdal Gl et le dispositif de transmission 8 présente un rapport donné fixe. Cette configuration correspond à un premier mode de fonctionnement de la transmission, convenant à des vitesses réduites du véhicule. Lorsque le moyen de solidarisation 6 est actionné et que le moyen d'immobilisation 5 est libre, le dispositif de changement de mode 4 présente un autre rapport de transmission permettant de faire fonctionner la transmission à dérivation de puissance de manière optimisée pour des vitesses élevées 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. L'ensemble des engrenages de la transmission sont optimisés pour que, lors du premier mode de fonctionnement (moyen d'immobilisation 5 activé), la proportion de l'énergie transmise par la voie électrique soit minimale pour une plage de rapport de transmission entre le moteur MT et les roues 1 correspondant aux basses vitesses du véhicule. Grâce à cette optimisation, la transmission présente un rapport infiniment variable tout en minimisant les pertes d'énergie dues à la transformation d'énergie mécanique en énergie électrique et inversement. Le dispositif 6a permet d'introduire un degré de liberté permettant au deuxième mode de fonctionnement de la transmission, d'optimiser la proportion d'énergie transmise par la voie électrique pour une plage de rapport de transmission située en continuité avec la plage optimisée pour le premier mode. La présence d'un dispositif de transmission à rapport fixe 6a dans le dispositif de changement de mode 4 permet à l'ensemble de la transmission d'être optimisé du point de vue énergétique pour une plage de rapports de transmission très large. On va à l'aide de la figure 2 décrire de manière plus détaillée une structure particulière permettant de réaliser une transmission de dérivation de puissance correspondant à la figure 1. La transmission présente une zone d'engrenage 40 logée à l'intérieur d'un carter 41. Deux machines électriques ME1 et ME2 comprennent chacune un carter avant 42a et 43a situé du côté du carter 41 de la zone d'engrenage 40 et un carter arrière 42b et 43b sur lesquels sont montés à rotation un arbre rotor correspondant 42 et 43. Les carters avant 42a et 43a présentent des portées de positionnement des carters arrière 42b, 43b par rapport au carter avant 42a et 43a, présentent également des diamètres de centrage du carter avant par rapport au carter 41, ainsi que des paliers à roulement guidant l'arbre rotor 42 et 43. Grâce aux portées de centrage précitées, les carters avant 42a et 43a assurent la coaxialité de l'arbre rotor 42, 43 par rapport au carter 41. Les carters arrière 42b et 43b sont fixés au carter de la transmission 41. La transmission comprend principalement deux axes. Un axe primaire comprend le moteur thermique MT et la première machine électrique ME1. Un axe secondaire comprend la deuxième machine ME2. Sur l'axe primaire, de gauche à droite, la transmission comprend l'arbre rotor 42 de la première machine électrique ME1, un arbre 11 d'entraînement monté à rotation sur le carter 41 et relié en rotation à l'arbre rotor 42 par des cannelures, un arbre d'entrée 2 équipé d'un dispositif d'amortissement dynamique 15, et relié au moteur thermique MT. Un premier moyeu 12 et un deuxième moyeu 13 sont montés à rotation autour de l'arbre d'entraînement 11. Le premier et le troisième train épicycloïdaux G1, G3 sont également coaxiaux à l'axe primaire. Chacun des trains épicycloïdaux G1, G3 comprend un planétaire Pl, P3, des satellites S1 et S3, un porte satellites PSI, PS3 et une couronne Cl, C3. Le premier moyeu 12 est équipé d'une roue fixe 16, d'une roue libre 17 et est fixé au porte satellites PS3. Le planétaire P3 et le porte satellites PSI sont fixés sur le deuxième moyeu 13. La roue libre 17 est fixée à la couronne C3 et engrène avec un pignon de renvoi 18 monté libre à rotation sur un arbre de renvoi 19. L'arbre de renvoi 19 comprend un synchroniseur double à crabots 20 et un pignon fixe 21 engrenant avec la roue fixe 16. Le synchroniseur 20 est apte à solidariser sous l'action d'une fourchette 22 le pignon fixe 21 avec le pignon de renvoi 18. Le dispositif d'immobilisation 5 comprend un flasque 44 et un baladeur 45 coulissant dans une cloison 46 fixée au carter 41. Le flasque 44, fixé au porte satellites PS3, s'étend radialement entre les trains épicycloïdaux G3 et G1 et présente des crabots périphériques aptes à coopérer avec des crabots complémentaires du baladeur 45. Le baladeur 45 coulisse axialement le long de cannelures axiales de la cloison 46. Le porte satellites PS3 est immobilisé en rotation lorsqu'une fourchette 47 déplace le baladeur 45 vers le flasque 44. Le dispositif de blocage de l'arbre 3 comprend une plaque 48 entraînée en rotation autour de l'axe primaire par un actionneur 49, de manière à immobiliser l'arbre d'entrée 2 de la transmission. On va maintenant décrire l'axe secondaire de la transmission. Un arbre d'entraînement 30 est monté sur des paliers du carter 41 et est entraîné en rotation par des cannelures de l'arbre rotor 43 de la deuxième machine électrique ME2. Un arbre intermédiaire 31 est monté dans l'alignement de l'axe secondaire, sur des paliers de la cloison 46. Deux trains épicycloïdaux G2 et G4 coaxiaux comprennent respectivement chacun un planétaire P2, P4, des satellites S2 et S4, un porte satellites PS2, PS4 et une couronne C2, C4. Le planétaire P4 est monté sur l'arbre d'entraînement 30. Une roue 32 montée libre à rotation sur l'arbre d'entraînement 30 est fixée au porte satellites PS4 et à la couronne C2 et est reliée en rotation par une chaîne 33 à la couronne C3. Le planétaire P2 est entraîné en rotation par l'arbre intermédiaire 31 et par une roue 34 reliée par une chaîne 35 à la couronne Cl. Le porte satellites PS2 est monté sur un moyeu de sortie 37 libre en rotation autour de l'arbre intermédiaire 31 et relié aux roues par un arbre intermédiaire et un différentiel 36. Le dispositif de transmission à rapport fixe 9 est constitué par le train épicycloïdal G4 dans lequel la couronne C4 est fixe. Cela permet d'introduire un rapport de transmission entre l'arbre d'entraînement 30 de la deuxième machine électrique ME2 et la couronne C2 du deuxième train épicycloïdal G2. Le premier dispositif de combinaison de puissance à rotation commune la est un dispositif ternaire constitué par la roue 32 comprenant la couronne C2 entraînée en rotation par la chaîne 33, par les satellites S2 et par le porte satellites PS4. Le deuxième dispositif de combinaison de puissance à rotation commune 2a est un dispositif ternaire constitué par la couronne Cl entraînée en rotation par l'arbre d'entrée 2, par la chaîne 35 et par les satellites Sl. Dans une variante, n'importe quel type de dispositif de combinaison de puissance à rotation commune conviendrait. I1 suffit que ce dispositif soit constitué d'une roue entraînée en rotation par au moins trois moyens différents d'entraînement en rotation. La vitesse de rotation est commune aux trois moyens et la somme des couples exercés par les moyens sur la roue commune est nulle. Pour les groupes motopropulseurs à implantation transversale, le fait que les machines électriques soient indépendantes de la zone d'engrenage permet de choisir des machines électriques dont le rotor est particulièrement court et de grand diamètre, de sorte que le choix de l'encombrement optimisé n'est pas gêné par les contraintes de compatibilité avec la zone d'engrenage 40. Dans un autre mode de réalisation, convenant plus particulièrement à un groupe motopropulseur à implantation longitudinale, le train épicycloïdal G2 est reporté sur l'axe primaire et le porte satellites PS2 entraîne un arbre de sortie traversant par l'intérieur l'arbre rotor 42. La deuxième machine électrique ME2 peut être coaxiale à l'arbre primaire et dans ce cas elle n'est plus indépendante. La deuxième machine électrique peut également être indépendante et disposée latéralement. On privilégie une machine électrique de type boudin ayant un rotor long et un petit diamètre. Dans tous les types d'implantation, le fait que la première machine électrique soit indépendante, facilite le montage de la transmission sans dégrader l'encombrement. De plus, lorsque les machines électriques ME1 et ME2 sont indépendantes, les fils d'alimentation électrique ne traversent pas le carter 41. Cela permet de déplacer le bornier de puissance électrique à un endroit ne gênant pas l'implantation du groupe motopropulseur dans le véhicule. REVENDICATIONS 1 - Transmission à dérivation de puissance pour véhicule automobile, comprenant un arbre d'entrée (2) destiné à être relié à un moteur thermique (MT) et définissant un axe primaire de la transmission, comprenant en outre un carter (41) de transmission, deux machines électriques (ME1 et ME2) munies chacune d'un arbre de rotor (42, 43), au moins deux trains épicycloïdaux (Gl, G2) et un dispositif de changement de mode (4) comprenant un train épicycloïdal de changement de mode (G3), caractérisée par le fait qu'une première machine électrique (ME1) est une machine électrique indépendante d'extrémité dont l'arbre de rotor (42) est coaxial à l'axe primaire et disposé à l'extrémité opposée à l'arbre d'entrée (2) ; ledit arbre de rotor (42) étant monté à rotation sur deux carters (42a, 42b) de machine électrique dont au moins l'un (42b) est fixé de manière démontable sur le carter (41) de la transmission. 2 - Transmission selon la revendication 1, comprenant au moins un arbre d'entraînement (11, 30) monté à rotation sur le carter (41) de la transmission et muni de cannelures longitudinales coopérant avec des cannelures complémentaires d'un arbre de rotor (42, 43) d'une machine électrique (ME1, ME2). 3 - Transmission selon la revendications 1 ou 2, comprenant un premier train épicycloïdal (Gl) et un premier dispositif ternaire de combinaison de puissance à rotation commune (la), reliés en parallèle par une voie électrique de transmission de puissance comprenant les deux machines électriques (ME1, ME2) et par une première voie mécanique de transmission de puissance; une deuxième voie mécanique de transmission de puissance comprenant, d'un côté un deuxième dispositif de combinaison de puissance à rotation commune (2a) lequel est relié au premier train épicycloïdal (Gl) et à un arbre d'entré (2) et, de l'autre côté, un deuxième train épicycloïdal (G2) lequel est relié au premier dispositif ternaire (la) et à un moyeu de sortie (37) destiné à être relié aux roues (1) du véhicule. 4 - Transmission selon la revendication 3, dans lequel les deux dispositifs ternaires de combinaison de puissance à rotation commune (la, 2a) sont constitués d'au moins une roue (Cl, 32) entraînée en rotation par trois moyen différents pris parmi : un arbre (2), un porte satellites (PS4) fixé à la roue (32), une courroie, un engrènement avec une chaîne (33, 35), avec une denture d'axe fixe ou avec des satellites (Sl, S2). 5 - Transmission selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle la première voie mécanique de transmission de puissance comprend le dispositif de changement de mode (4), et dans laquelle le train épicycloïdal de changement de mode (G3) est coaxial au premier train épicycloïdal (G l) et à l'axe primaire. 6 - Transmission selon la revendication 5, dans laquelle le dispositif de changement de mode (4) comprend une chaîne cinématique reliant deux entrées du train épicycloïdal de changement de mode (G3), laquelle chaîne comprend un synchroniseur (20) monté sur un arbre de renvoi (19) et un engrènement entre deux pignons (16-21, 17-18). 7 - Transmission selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, présentant un axe secondaire, parallèle à l'axe primaire, comprenant, à une extrémité, une deuxième machine électrique (ME2) indépendante d'extrémité dont l'arbre de rotor (43) est fixé de manière démontable à un deuxième arbre d'entraînement (30) et dont l'un des carters (43b) de machine électrique est fixé de manière démontable sur le carter (41) de la transmission. 8 - Transmission selon la revendication 7, dans laquelle le deuxième train épicycloïdal (G2) est disposé sur l'axe secondaire et comprend une couronne (C2), entraînée par une première chaîne (33) et par un dispositif de transmission à rapport fixe relié au deuxième arbre d'entraînement (30), comprend également un planétaire (P2) relié à une deuxième chaîne (35) par un dispositif à engrenages, et comprend un porte satellites (PS2) fixé au moyeu de sortie (37). 9 - Transmission selon la revendication 8, dans laquelle le dispositif de transmission à rapport fixe comprend un quatrième train épicycloïdal (G4) dont un planétaire (P4) est monté fixe sur ledeuxième arbre d'entraînement (30) et dont, soit un porte satellites (PS4), soit une couronne (C4) est fixe par rapport au carter (41) de la transmission. 10- Transmission selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 6, comprenant au moins trois trains épicycloïdaux (Gl, G2, G3) et une deuxième machine électrique (ME2) coaxiaux à l'axe primaire.