Brevet FR2989325A1 — publié le 20131018

DISPOSITIF DE TRANSMISSION DE PUISSANCE D'UN VEHICULE ET VEHICULE ASSOCIE [01] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [02] L'invention concerne un dispositif de transmission de puissance d'un véhicule ainsi que le véhicule associé. L'invention a notamment pour but d'améliorer le rendement d'une chaîne de traction entre le moteur du véhicule et les roues. [3] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, pour les véhicules équipés d'un dispositif de propulsion présentant des pertes liées au régime du moteur, comme par exemple un moteur thermique classique dont les pertes par frottement augmentent avec le régime moteur. [4] ETAT DE LA TECHNIQUE [05] Dans le domaine des transmissions de puissance, on connaît les boîtes mécaniques classiques (pilotées ou non) comprenant une série d'engrenages crabotables/décrabotables formant les rapports de vitesses installés entre un arbre primaire entrainé par le moteur d'un véhicule et un arbre secondaire entraînant un train de roues du véhicule. [06] De telles boîtes de vitesses présentent un bon rendement mécanique mais ne permettent pas d'optimiser le point de fonctionnement du moteur lorsque sa vitesse n'est pas stabilisée en raison du caractère discret des rapports. [07] En conséquence, lors des phases de roulage urbain dans lesquelles la vitesse du moteur varie de manière importante, les boîtes mécaniques classiques ne permettent pas d'optimiser la consommation du véhicule. En revanche, lors des phases de roulage extra-urbain (sur route ou autoroute) dans lesquelles la vitesse du moteur est sensiblement stabilisée, le bon rendement mécanique de ces boîtes permet d'économiser plus de carburant que ce qui est perdu à cause des légères variations du point de fonctionnement du moteur que les rapports discrets ne peuvent pas compenser. [8] On connaît également des systèmes de transmission à variation continue (ou « Continuously Variable Torque » CVT en anglais) composés de deux poulies dont les gorges sont à écartement variable, reliées par une courroie. En fonction de l'écartement des parois des poulies, la courroie pénètre plus ou moins près du centre, et change le rapport de démultiplication en conséquence. [9] Les CVT actuelles permettent d'optimiser le point de fonctionnement du moteur en continue, mais leur rendement mécanique est plus faible que celui d'une transmission discrète classique. En effet, le rendement d'une CVT est de l'ordre de 85% contre près de 94% pour une transmission discrète classique. L'adaptation continue du régime moteur lors des phases de roulage urbain permet d'économiser plus de carburant que ce qui est perdu en raison des rendements moins élevés. En revanche, lors des phases de roulage extra-urbain, les variations du régime moteur sont moins importantes, de sorte que ce sont les rendements faibles de transmission qui pénalisent fortement la consommation. [10] Il existe donc un besoin d'un dispositif de transmission de 20 puissance présentant un rendement optimum à la fois dans les phases de roulage urbain et dans les phases de roulage extra-urbain. [11] OBJET DE L'INVENTION [12] L'invention a pour but de combler ce besoin en combinant un système de transmission à variation continue de type CVT couplé avec un 25 module de division de puissance et deux rapports de transmission discrète à engrenages. La CVT est dimensionnée pour les roulages urbains et le module de division de puissance permet de diviser la puissance dans la CVT pour en limiter les pertes de fonctionnement. Pour des roulages extra-urbains, notamment sur autoroute, un premier rapport de transmission 30 discrète à engrenage de type « rapport de vitesse surmultiplié » se substitue à la CVT pour améliorer le rendement du dispositif de transmission. Le deuxième rapport de transmission discrète à engrenage est mis en oeuvre pour effectuer une marche arrière avec le véhicule. [13] La transmission selon l'invention permet ainsi d'allier les avantages d'une CVT en roulage urbain (gain consommation, agrément...) et les bons 5 rendements d'une boîte mécanique classique pour les roulages rapides stabilisés. [14] L'invention concerne donc un dispositif de transmission de puissance d'un véhicule comportant : un arbre primaire destiné à être connecté à un dispositif de propulsion du véhicule, un arbre secondaire 10 destiné à être connecté à un train de roues du véhicule via un pont différentiel, et au moins un rapport de vitesse formé par un pignon menant monté sur l'arbre primaire et un pignon récepteur monté libre sur l'arbre secondaire. Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte : un premier synchronisateur apte à solidariser et désolidariser le pignon récepteur à 15 l'arbre secondaire, un arbre tertiaire composé de deux parties reliées par un module de division de puissance, un engrenage apte à relier la première partie de l'arbre tertiaire à l'arbre primaire en fonction de la position d'un deuxième synchronisateur, et un système de transmission continue apte à relier la deuxième partie de l'arbre tertiaire à l'arbre secondaire en fonction 20 de la position d'un troisième synchronisateur. [15] Selon une réalisation, le module de division de puissance comporte un train épicycloïdal. Préférentiellement, le train épicycloïdal comporte des satellites à double étages. [16] Préférentiellement, le train épicycloïdal comporte : un porte- 25 satellites connecté à la première partie de l'arbre tertiaire, un planétaire intérieur connecté à la deuxième partie de l'arbre tertiaire, et un planétaire extérieur connecté à un engrenage de l'arbre secondaire via un pignon de renvoi. [17] Selon une réalisation, l'engrenage apte à relier la première partie 30 de l'arbre tertiaire à l'arbre primaire comporte un pignon récepteur monté libre sur l'arbre secondaire et engrainé par le pignon menant monté sur l'arbre primaire autrement utilisé pour former le rapport de vitesse entre l'arbre primaire et l'arbre secondaire. [18] Selon une réalisation, le système de transmission continue comporte deux poulies à rayons variables reliées par une courroie. Préférentiellement, la courroie est métallique. [19] Selon une réalisation, les deux parties de l'arbre tertiaire sont coaxiales. [20] L'invention concerne en outre un véhicule automobile équipé d'un dispositif de transmission de puissance selon l'invention. [021] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [022] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [023] Figure 1 : un schéma de principe d'un dispositif de transmission de puissance de l'invention ; [24] Figure 2 : le schéma de principe de la Figure 1 lors de l'évolution du véhicule en condition urbaine ; et [25] Figure 3 : le schéma de principe de la Figure 1 lors de l'évolution du véhicule en condition autoroutière. [26] Les éléments identiques, similaires ou analogues, conservent les mêmes références d'une Figure à l'autre. [27] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION [028] Les Figures 1 à 3 montrent un dispositif de transmission de puissance 10, par exemple une boite de vitesses, selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de transmission de puissance 10 permet de transmettre le couple d'un moteur 15, thermique ou électrique, à un train de roues pour effectuer la traction du véhicule. Le dispositif de transmission de puissance 10 comporte un arbre primaire 11 destiné à recevoir le couple du moteur lorsque l'embrayage 14 est fermé et un arbre secondaire 12 relié au train de roues du véhicule par l'intermédiaire d'un pont différentiel 16. [029] L'arbre primaire 11 peut transmettre le couple du moteur 15 directement à l'arbre secondaire 12 par l'intermédiaire de deux engrenages formant deux rapports de vitesse. A cet effet, l'arbre primaire 11 comporte deux pignons menants 17, 18 entrainés par l'arbre primaire 11 et l'arbre secondaire 12 comporte deux pignons récepteurs 19, 20. Le premier pignon menant 17 s'engrène avec le premier pignon récepteur 19 afin de former un rapport de marche arrière du véhicule et le deuxième pignon menant 18 s'engrène avec le deuxième pignon récepteur 20 afin de former un rapport de grande vitesse de type « rapport de vitesse surmultiplié ». Les pignons récepteurs 19, 20 sont montés libre sur l'arbre secondaire 12 et un premier synchronisateur 22 permet de solidariser ou désolidariser les pignons récepteurs 19, 20 de l'arbre secondaire. Le synchronisateur peut, par exemple, être un crabot. L'arbre secondaire 12 entraine le pont différentiel 16 directement par un engrenage 21. [030] L'arbre primaire 11 peut également transmettre le couple du moteur 15 à un arbre tertiaire 13. L'arbre tertiaire 13 comporte une première partie 13a reliée à l'arbre primaire 11 par un engrenage et une deuxième partie 13b reliée à l'arbre secondaire 12 par un système de transmission continue 50. L'engrenage reliant le première partie 13a et l'arbre primaire 11 est composé d'un pignon récepteur 45 s'engrenant avec le deuxième pignon menant 18 de l'arbre primaire 11. Un deuxième synchronisateur 23 permet de solidariser ou désolidariser le pignon récepteur 45 de l'arbre tertiaire 13. [031] Le système de transmission continue 50 peut être une CVT à poulies à rayons variables, à galets toroïdaux ou hydrostatique. De préférence, le système de transmission continue 50 comporte deux poulies 50a, 50b à rayons variables reliées par une courroie métallique. En variante les deux poulies peuvent être reliées par une courroie en caoutchouc ou une chaîne métallique. La première poulie 50a est fixée sur l'arbre tertiaire 13 et la deuxième poulie 50b est montée sur l'arbre secondaire 12. La deuxième poulie 50b peut être solidarisée ou désolidarisée de l'arbre secondaire par un troisième synchronisateur 24. [32] Les deux parties 13a, 13b sont reliée par un module de division de puissance 30. De préférence le module de division de puissance 30 est un train épicycloïdal comportant des satellites à double étages 31. Le module de division de puissance 30 comporte alors un porte-satellites 32 connecté à la première partie 13a et un planétaire intérieur 33 connecté à la deuxième partie 13b. La puissance générée au niveau du planétaire intérieur 33 io pouvant être divisée par rapport à la puissance envoyée au niveau du porte-satellites 32. Le module de division de puissance 30 comporte également un planétaire extérieur 34 connecté à l'arbre secondaire 12 par un engrenage formé par un pignon récepteur 38 via un pignon de renvoi 36. Le pignon récepteur 38 est libre par rapport à l'arbre secondaire 12 et peut être 15 solidarisé et désolidarisé en fonction de la position du troisième synchronisateur 24. De préférence les deux parties 13a et 13b de l'arbre tertiaire 13 sont coaxiales. [33] Dans une première situation de vie, cas de la Figure 2, le véhicule évolue en milieu urbain et la transmission continue 50 offre un meilleur 20 rendement que des rapports de vitesse classiques. Le premier synchronisateur 22 est donc placé dans une position qui désolidarise les pignons récepteurs 19, 20 de l'arbre secondaire 12. Les rapports de vitesse classiques sont représentés en traits discontinus car ils ne sont pas utilisés. Le deuxième synchronisateur 23 est placé dans une position qui solidarise le 25 pignon récepteur 45 avec la première partie 13a de l'arbre tertiaire 13. Le couple du moteur 15 est alors transféré sur la première partie 13a de l'arbre tertiaire 13. La puissance est transmisse à la deuxième partie 13b de l'arbre tertiaire 13 modulo une division effectuée, en fonction des besoins de roulage, par le module de division de puissance 30. 30 [034] Le couple est ensuite transmis entre les poulies 50a et 50b du système de transmission continue 50 par la courroie. Le troisième synchronisateur 24 est fermé de sorte que la deuxième poulie 50b entraine l'arbre secondaire 12. L'arbre secondaire 12 entraine ainsi les roues du véhicule via le pont différentiel 16. [35] Dans une situation de vie autoroutière, cas de la Figure 3, le véhicule évolue sans changement de rapport fréquent et une transmission 5 classique est préférable à une transmission continue. Les deuxième 23 et troisième 24 synchronisateurs sont ouverts de sorte que les pignons 45 et 38 soient désolidarisés de leurs arbres respectifs. Les éléments de mise en oeuvre de la transmission continue sont représentés en traits discontinus car ils ne sont pas utilisés. Le premier synchronisateur 22 est fermé de sorte que 10 le pignon récepteur 20 soit solidarisé de l'arbre secondaire 12. Le couple du moteur 15 peut ainsi directement être transféré à l'arbre secondaire 12 via le pignon menant 18 et le pignon récepteur 20. [36] L'invention permet ainsi d'allier les avantages d'une CVT en roulage urbain (gain consommation, agrément...) et les bons rendements 15 d'une boîte mécanique classique pour les roulages rapides stabilisés ainsi que la marche arrière.