Brevet FR2952590A1 — publié le 20110520

L'invention se rapporte aux transmissions planétaires ou boîtes de vitesses dont les rapports de démultiplication ou multiplication sont réalisés par l'engagement d'organes de friction tels qu'embrayages et freins, et qui sont généralement associées à un organe de démarrage à glissement progressif tel qu'un convertisseur hydraulique à pontage interne ou éventuellement un embrayage simple commandé automatiquement. Elle a pour but de résoudre le problème des voitures, à traction avant et à moteur transversal qui impose une transmission de faible longueur avec sortie latérale vers l'engrenage de réduction finale et son différentiel. Ces voitures devant aussi pouvoir bénéficier de la propulsion dite hybride, c'est-à-dire à partir d'un moteur thermique conventionnel et d'un moteur électrique. La situation énergétique actuelle étant caractérisée par l'épuisement des ressources pétrolières, l'accroissement du peuplement suburbain avec ses besoins de transports indivi- duels et le ralentissement consécutif des vitesses de circulation ; un besoin s'est créé de transmissions et boîtes de vitesses d'automobiles à nombreux rapports pour placer le moteur thermique dans ses meilleures conditions d'économie et aussi pour offrir la possibilité de conjuguer une source de puissance électrique en vue de répondre aux faibles vitesses imposées par la réglementation et les encombrements de circulation. Pour répondre à ces problèmes la transmission de l'invention procure huit rapports en marche avant, deux en marche arrière et une prise de mouvement pour une machine électrique de puissance limitée mais suffisante pour circuler à 50 km/h et capable de charger un accumulateur en recevant de l'énergie mécanique issue du véhicule en mou- vement ou du moteur quand le véhicule est immobile. Dans une variante, elle procure également six rapports en marche avant et un rapport en marche arrière avec une prise de mouvement pour une machine électrique. En analogie avec des brevets Pierre Le Pelletier, connus depuis 1966, le principe est d'utiliser deux niveaux de vitesse, l'un étant égal à la vitesse d'entrée et l'autre à une fraction de cette dernière. Les dits niveaux de vitesse étant appliqués sélectivement ou simultanément à l'aide de quatre embrayages à trois organes d'un mécanisme planétaire dont deux des trois organes précédents peuvent aussi être immobilisés par deux freins. Suivant le brevet FR 2870580, une transmission automatique planétaire offre huit vitesses avant, deux vitesses arrière ou bien six vitesses avant et une arrière. Cette transmission animée par moteur thermique ne prévoit pas de connexion à une machine électrique ni de sortie latérale adaptée à la position transversale du moteur en traction avant. Cette transmission comporte un train planétaire double du type « Ravigneaux, au moins un train supplémentaire ainsi que quatre ou trois embrayages et deux freins combinés de manière sélective. Enfin l'arbre de sortie vers les roues du véhicule est toujours entraîné par la couronne unique du train Ravigneaux et les schémas font présumer un encombrement de longueur difficilement compatible avec les voitures à traction avant Le demandeur s'est donc posé le problème de loger une transmission planétaire à huit ou six rapports dans l'espace restreint disponible sur les voitures à traction avant à moteur transversal, avec entraînement par énergie thermique ou électrique ou les deux à la fois. A cet effet, l'invention a pour objet une transmission planétaire à sortie latérale dont les rapports sont réalisés par engagement sélectif d'embrayages et de freins, la dite transmission étant connectée à un moteur thermique et à une machine électrique. Cette transmission étant caractérisée en ce qu'elle comporte deux trains planétaires reliés entre eux, un train (Ti) réducteur de vitesse de l'arbre d'entrée (A) du moteur thermique et un train (T2) de type Ravigneaux, ce train (T2) étant relié à la vitesse d'entrée moteur par les embrayages (E3) et (E4) et à la vitesse réduite par les embrayages (El) et (E2). Suivant une caractéristique de l'invention, le train composé (T2) de type Ravigneaux comporte un pignon unique (1) relié à la machine électrique (EL), deux jeux de satellites (2, 4), un seul porte satellites (K) entraînant la sortie (7, 8) vers les roues du véhicule, et deux couronnes (3, 5) reliées au train réducteur (Ti), la couronne (3) étant reliée à un élément (D) à vitesse réduite du train (Ti) par l'embrayage (El), et la couronne (5) étant reliée à la vitesse d'entrée du porte satellites (G) du train (Ti) par un élément (H) et par l'embrayage (E3). Grâce à la constitution du train composé du type Ravigneaux avec deux couronnes contrôlées, un seul pignon contrôlé et un porte satellites solidaire de l'arbre de sortie, la longueur totale de la transmission devient compatible à l'espace disponible restreint des voitures à traction avant D'autres caractéristiques fondamentales apparaîtront dans la description qui va suit : Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, La Fig.1 est un schéma conventionnel de la boîte de vitesses de l'invention à huit vitesses avant, deux vitesses arrière et point mort freiné avec sortie de mouvement par un en-grenage latéral, La Fig.2 est un tableau de fonctionnement de la boîte Fig.1 où sont figurés les embrayages ou freins actionnés pour fournir les différents rapports, La Fig.3 est un schéma analogue celui de la Fig.1 limité à six vitesses avant, une vitesse arrière et point mort freiné, La Fig.4 est le tableau de fonctionnement de la boîte Fig.3 La Fig.5 est un schéma d'une variante à sortie coaxiale de boîte de vitesses à huit vitesses avant, deux vitesses arrière et un point mort freiné. Suivant l'exemple d'exécution de la Fig.1 un moteur thermique (M) transversal qui peut être combiné, comme connu avec un convertisseur hydraulique non représenté, entraîne un arbre (A) d'entrée dans un train planétaire (Ti) réducteur de la vitesse de l'arbre (A). Le train (Ti) comporte un pignon (P) fixé au carter (F) représenté par des hachures. Des satellites (S) portés par le porte satellites (G), sont engrenés l'un sur l'autre et placés entre le pignon (P) et la couronne (D). Le porte satellites (G) est relié au train composé (T2) par deux embrayages (E3, E4). La couronne (D) est reliée au train composé (T2) par deux embrayages (El, E2) L'embrayage (E3) ayant pour fonction de relier la couronne (5) du train composé (T2) au 35 porte satellites (G) du train (Ti), l'embrayage (E4) ayant pour fonction de relier le pignon (1) du train (T2) au même porte satellites (G) du train (Ti) L'embrayage (El) ayant pour fonction de relier la couronne (3) du train composé (T2) à la couronne (D) du train (T1), l'embrayage (E2) ayant pour fonction de relier le pignon (1) du train (T2) à la même couronne (D) du train (Ti). 40 Le train (T2) dont on a vu les liaisons avec le train (Ti) par les embrayages (El, E2, E3, E4) est conçu de la manière suivante : Il comporte un pignon unique (1) solidaire de l'arbre (C), deux jeux de satellites (2) et (4) engrenés entre eux, portés par le porte satellites (K), les satellites (2) engrenant sur le pi-gnon (1) et la couronne (3), les satellites (4) engrenant sur la couronne (5). Cette se- 45 tonde couronne (5) étant susceptible d'être immobilisée par le frein (F1) solidaire du car-ter (F) représenté par des hachures. Le porte satellites (K) est solidaire d'un engrenage (7) menant à la réduction finale (8) portant le différentiel entraînant les roues d'une façon connue et non représentée sur le schéma. L'engrenage (7) étant porté par un palier à roulements (6) solidaire du carter (F). 50 Le pignon (1) est solidaire d'un arbre (C), coaxial au palier (6), qui porte les disques d'un frein (F2) destiné à immobiliser le dit pignon (1) et susceptible d'être connecté à une ma-chine électrique (EL) par des liaisons cinématiques non représentées. FONCTIONNEMENT Les différents rapports de vitesses sont obtenus par l'engagement de 2 éléments de commutation selon le tableau de la Fig.2. Le passage d'un rapport à celui immédiatement adjacent s'obtient en ne changeant qu'un seul organe de friction sur les deux qui définis- scient l'état antérieur. Sur le tableau de la Fig.2, les rapports sont les rapports de vitesses entre l'arbre de sortie porteur du pignon (8) et l'arbre d'entrée (A). L'ouverture est le ratio entre le rapport le plus élevé et le plus bas. Les steps, c'est-à-dire les pas, étages, ou échelons sont les ratios entre chaque rapport et le rapport adjacent qui le précède. Les rapports et les steps sont donnés à titre indicatif. Par action sur la démultiplication donnée par le train (T1), c'est-à-dire sur la vitesse de la couronne (D) et sur les raisons du train planétaire (T2), il est possible de faire varier l'ouverture et l'échelonnement des rapports. Avec une machine électrique (EL) reliée au pignon (1) et pouvant fonctionner en moteur ou en générateur il est possible : quand le moteur thermique est arrêté,de mouvoir le véhicule, en avant ou en arrière, en freinant le seul frein (F1), la vitesse en avant pouvant atteindre 50 km/h pour une utilisation urbaine en site encombré et à vitesse réglementaire limitée d'ajouter de la puissance d'origine électrique à celle du moteur thermique sur les rapports 3 et 4 d'absorber de la puissance mécanique sur les rapports 3, 4, 5, 6, 7 pour charger un accumulateur électrique Suivant l'exemple d'exécution de la Fig.3, les trains (T1) et (T2) sont semblables à ceux de la Fig.1, mais l'embrayage (E4) est supprimé, de sorte que le porte satellites (G) du train (T1) ne peut plus être relié à l'arbre (C) en restant toutefois relié à la couronne (5) du train (T2) par l'embrayage (E3). Il en résulte une transmission à six vitesses avant, une vitesse arrière et un point mort freiné comme indiqué par le tableau Fig.4. L'ouverture est plus faible, tout en conservant la possibilité d'accoupler une machine électrique (EL). Suivant l'exemple d'exécution de la Fig.5, le train double (T2) est modifié de la manière suivante : au lieu d'un seul pignon (1), le train (T2) a deux pignons identiques (1) engre- nant avec le même jeu de satellites (2), lesquels engrènent d'une part avec la couronne (3) elle-même reliée à l'embrayage (El), d'autre part avec le deuxième jeu de satellites (4) qui engrènent avec la couronne (5) comme aux Fig.1 et 3. En différence avec les Fig.1 et 3, les satellites (2,4) sont portés par un porte satellites (K1) qui se prolonge par un flasque central s'interposant entre les pignons (1) et relié à un ar-40 bre (J) de sortie coaxial à l'arbre (A) et dans le prolongement de celui-ci. L'un des pignons (1) est connecté aux embrayages (E2, E4) comme aux Fig. 1 et 3. L'autre pignon (1), susceptible d'être immobilisé par le frein (F2), est connecté à la ma-chine électrique (EL) par un arbre creux (N) coaxial à l'arbre (J) et entraînant une roue dentée (77) engrenant avec un engrenage (88), lui-même porté par un arbre (99) 45 connecté à la machine électrique (EL). L'arbre (99) est parallèle aux arbres (N) et (J). Cette variante convient à des véhicules à moteur en position longitudinale, elle ne change pas les fonctions de la machine (EL). Une autre variante, non représentée, consiste à supprimer l'embrayage (E4) comme à la Fig. 3, et à obtenir six vitesses avant, une vitesse arrière, un point mort freiné avec une 50 sortie (J) dans le prolongement de l'arbre (A). Le schéma de boîte de vitesses de la Fig.5 permet de réaliser, en huit ou six vitesses une sortie vers les roues par l'arbre (J) dans le prolongement des arbres (C) et (A) en ne modifiant qu'une minorité des composants du train (T2), à savoir le remplacement du pignon (1) par deux pignons (1) et du porte satellites (K) par le porte satellites (K1) et des 55 variantes de liaisons de ceux-ci avec d'autres composants, le frein (F2) et la machine électrique (EL). AVANTAGES La transmission de l'invention à huit vitesses avant, deux vitesses arrière et un point mort freiné, comportant un train planétaire de réduction (Ti) et un groupe planétaire (T2) du type Ravigneaux permet, grâce à ses deux couronnes (3 et 5), son pignon unique (1) et son porte satellites (K) portant deux jeux de satellites (2) et (4) coopérant avec les deux couronnes (3) et (5) de réduire l'encombrement du groupe (T2). Cette combinaison conduit simultanément à un arrangement des liaisons et à une organisation des six organes de commutation (quatre embrayages et deux freins) capables de donner l'encombrement de longueur minimale pour s'adapter favorablement aux véhicules auto-mobiles à traction avant et à moteur en position transversale. L'invention permet aussi le raccordement sur le pignon (1) d'une source d'énergie indépendante du type électrique (EL) pour se substituer au moteur thermique (M) sur une étendue réduite de vitesse du véhicule ou pour coopérer à la traction ou pour le ralentir en fournissant de l'énergie électrique. Avec seulement six vitesses, la transmission de la Fig. 4 présente les mêmes avantages de liaison à une machine électrique et par absence de l'embrayage (E4) conduit à une simplification susceptible d'une certaine réduction de longueur. Que ce soit en huit ou six vitesses la transmission de la Fig. 5 permet de réaliser une sortie coaxiale à l'entrée en ne modifiant qu'une minorité des composants. 4 REVENDICATIONS1). Boîte de vitesses à deux trains planétaires (Tl, T2) dont les rapports sont obtenus par l'engagement sélectif d'organes de friction tels qu'embrayages et freins, la dite boîte étant connectée à un moteur thermique (M) sur son arbre d'entrée (A) et à une machine électrique (EL) sur un autre arbre (C) pour donner au moins six vitesses avant, au moins une vitesse arrière et un point mort freiné. ETANT CARACTERISEE EN CE QUE Le premier train (Ti) dit réducteur possède un élément de réaction fixe (P), des satellites (S) et un porte satellites (G) ainsi qu'une couronne (D) à vitesse réduite par rapport à l'arbre (A), ladite couronne (D) étant reliée au deuxième train double composé (T2) de type Ravigneaux par deux embrayages (El, E2), le premier train (Ti) étant également relié au deuxième train (T2) par au moins un embrayage (E3, E4) qui lui transmet la vitesse de l'arbre d'entrée (A) 2). Boîte de vitesses à huit vitesses avant et deux vitesses arrière suivant la revendication 1 CARACTERISEE EN CE QUE L'élément moteur (G) du train (Ti) est relié au train (T2) par deux embrayages (E3, E4) 3) Boîte de vitesses suivant les revendications 1 CARACTERISEE EN CE QUE Le train (T2) comporte un seul pignon (1) engrenant avec deux jeux de satellites (2, 4) portés par un porte satellites unique (K), les satellites étant engrenés entre eux et avec les couronnes (3, 5) de telle sorte que la raison entre le pignon (1) et la couronne (3) soit négative et que la raison entre le pignon (1) et la couronne (5) soit positive, la cou- ronne (5) étant susceptible d'être immobilisée par un frein (F1), et le pignon (1) étant susceptible d'être immobilisé par un frein (F2) 4) Boîte à huit vitesses suivant les revendications 1, 2 et 3 CARACTERISEE EN CE QUE La couronne (D) à vitesse réduite du train (Ti) est reliée d'une part à la couronne (3) du train (T2) par l'embrayage (El), d'autre part au pignon (1) et à l'arbre (C) du train (T2) et à la liaison vers une machine électrique (EL) par l'embrayage (E2), et le porte satellites (G) du train (T1) est relié à la couronne (5) du train (T2) par l'embrayage (E3) et à l'arbre (C) par l'embrayage (E4). 5) Boîte à six vitesses suivant les revendications 1 et 3 CARACTERISEE EN CE QUE Le porte satellites (G) du train (Ti) est relié au train (T2) par un seul embrayage (E3) susceptible d'être connecté à un élément (H) lié à la couronne (5) du train (T2) 6) Boîte à six vitesses suivant les revendications 1, 3 et 5 CARACTERISEE EN CE QUE L'embrayage (E2) solidaire de la couronne (D) du train (Ti) à vitesse réduite est susceptible d'être connecté au pignon (1) et à l'arbre (C) du train (T2) ainsi qu'à une machine électrique (EL) 7) Boîte de vitesses suivant la revendication 1 CARACTERISEE EN CE QUE Le pignon (1) du train (T2) solidaire de l'arbre (C) est relié à une machine électrique (EL) susceptible de fonctionner séparément du moteur thermique (M) ou simultané-ment avec le moteur (M) 8) Boîte de vitesses suivant la revendication 1 CARACTERISEE EN CE QUE Le porte satellites (K) des satellites (2, 4) du train (T2) est solidaire d'un engrenage 20 latéral (7) engrenant avec une sortie (8) vers un différentiel et les roues avant d'un véhicule 9) Boîte de vitesses suivant la revendication 1 et 3 25 CARACTERISEE EN CE QUE La couronne (5) du train (T2) solidaire de l'élément (H) relié au train (Ti) par l'embrayage (E3) est susceptible d'être immobilisée par le frein (FI), tandis que le pignon (1) du train (T2) solidaire de l'arbre (C) est susceptible d'être immobilisé par le frein (F2) 30 10) Boîte de vitesses suivant les revendications 1, 2 et 4 CARACTERISEE EN CE QUE Le train double (T2) à deux couronnes (3) et (5) et deux jeux de satellites (2) et (4) comporte deux pignons (1), l'un connecté aux embrayages (E3,E4), l'autre étant suscep- 35 tible d'être immobilisé par le frein (F2) et étant relié à la machine électrique (EL) à travers une paire d'engrenages (77) et (88) et un arbre (N) commun audit autre pignon (1) et à l'engrenage (77), les deux pignons (1) laissant place entre eux à un porte satellites (K1) portant les satellites (2) et (4), et solidaire d'une sortie (J) dans le prolongement axial des arbres (A) et (C), l'arbre (N) étant coaxial à l'arbre (J). 40 15