Brevet FR3016559A1 — publié le 20150724

BOITE DE VITESSES A TRAIN EPICYCLOIDAL AVEC RECIRCULATION A RAPPORT VARIABLE L'invention a trait au domaine de la transmission de couple, plus particulièrement au domaine des boîtes de vitesses notamment de véhicule automobile. L'invention a trait également à un véhicule équipé d'une telle transmission. L'utilisation de trains épicycloïdaux est courante dans les chaînes de transmission de véhicules automobiles. Un train épicycloïdal est un dispositif de transmission mécanique ayant pour particularité d'avoir trois arbres ayant des vitesses de rotation différentes avec toutefois une relation mathématique entre ces vitesses. En fixant les vitesses de deux des arbres on peut alors connaître celle du troisième. Ces trains sont souvent utilisés pour la transmission en réduction de vitesse du fait des grands rapports de transmission que cette configuration autorise, à compacité égale avec un engrenage simple. On trouve de tels réducteurs en particulier dans les boîtes de vitesses automatiques, les moteurs de véhicules hybrides, les moyeux à vitesses intégrées des vélos, les motoréducteurs électriques, les winchs et les boites de vitesses robotisées à double embrayage. Le document de brevet publié US 8,157,689 B2 divulgue une transmission à quatre roues motrices, deux de ces quatre roues étant cinématiquement reliées au groupe motopropulseur via un train épicycloïdal. Le premier arbre relié au planétaire intérieur de ce train est relié à un frein à fluide magnéto-rhéologique. Le deuxième arbre relié au porte-satellites du train est en prise avec la sortie de boîte de vitesse du groupe motopropulseur. Le troisième arbre relié à la couronne ou planétaire extérieure du train est en prise avec le différentiel des deux roues en question. Le frein à fluide magnéto-rhéologique comprend des premiers disques liés en rotation avec le premier arbre et des deuxièmes disques fixes, les premiers et deuxièmes disques étant disposés les uns entre les autres et étant baignés du fluide magnéto-rhéologique. Le frein comprend également un enroulement électrique apte à produire un champ magnétique dans le fluide au niveau des disques. En l'absence de courant d'excitation de l'enroulement, le fluide présente un premier niveau de viscosité assurant la génération d'efforts de friction entre les disques lorsque le premier arbre est en rotation. Lorsqu'un courant d'excitation parcoure l'enroulement, le fluide est rendu davantage visqueux, ce qui a pour effet d'augmenter les efforts de friction entre les disques au point d'immobiliser le premier arbre. Le document de brevet publié EP 0 216 749 B2 divulgue, similairement au document précédent, une transmission à quatre roues motrices, deux de ces quatre roues étant cinématiquement reliées au groupe motopropulseur via un train épicycloïdal. Au vu de ces enseignements, les architectures classiques consistent à mettre un train épicycloïdal en sortie de boîte de vitesses. Cela veut dire que les boîtes de vitesse restent de construction classique au travers desquelles transite la totalité de la puissance du moteur. Cela constitue une contrainte importante sur la construction de la boîte de vitesse, notamment sur ses composants et son coût total. L'invention a pour objectif de proposer une transmission palliant au moins un des inconvénients susmentionnés. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de proposer un dispositif de transmission de couple à rapport variable qui soit de coût réduit. L'invention a pour objet un dispositif de transmission de couple, comprenant un train épicycloïdal avec: un premier arbre lié à un planétaire intérieur du train épicycloïdal; un deuxième arbre lié à un porte-satellites du train épicycloïdal; et un troisième arbre lié à un planétaire extérieur du train épicycloïdal; remarquable en ce qu'il comprend, en outre, un module de transmission à rapport variable reliant cinématiquement deux des trois arbres, l'un desdits deux arbres étant l'arbre de sortie, et l'arbre restant des trois arbres étant l'arbre d'entrée. Il s'entend que le premier arbre est préférentiellement directement lié au planétaire intérieur, le deuxième arbre directement lié à au porte-satellites, et le troisième arbre directement lié au planétaire extérieur du train épicycloïdal. Le module de transmission à rapport variable forme une branche de recirculation de puissance du train épicycloïdal. Il peut être du type à rapports discrets et/ou à rapport variable de manière continue. Le train épicycloïdal peut être configuré pour que le couple ou encore la puissance passant par la branche de recirculation soit inférieure à 50%, préférentiellement 40%, plus préférentiellement 30%, plus préférentiellement encore 20% du couple ou de la puissance totale, respectivement. Le train épicycloïdal peut être configuré pour que les vitesses de rotations des éléments du module de transmission à rapport variable soit inférieures ou égale à 10.000 tr/minute. Selon un mode avantageux de l'invention, le module de transmission à rapport variable comprend au moins deux, préférentiellement au moins trois, plus préférentiellement au moins quatre rapports de transmission de même sens et, préférentiellement, un rapport de sens inverse. Selon un mode avantageux de l'invention, le module de transmission à rapport variable est du type à pignons et chaîne avec dérailleur pour les rapports de même sens, préférentiellement le rapport de sens inverse comprenant des roues dentées engrenant mutuellement. Selon un mode avantageux de l'invention, le module de transmission à rapport variable relie cinématiquement le premier arbre au deuxième arbre, le troisième arbre étant l'arbre d'entrée et, préférentiellement, le deuxième arbre étant l'arbre de sortie. Selon un mode avantageux de l'invention, le dispositif comprend un rapport de transmission fixe, différent de 1, entre le module de transmission à rapport variable et au moins un des deux arbres qu'il relie. Selon un mode avantageux de l'invention, le train épicycloïdal est un premier train épicycloïdal, le dispositif comprenant un deuxième train épicycloïdal avec: un planétaire extérieur relié au planétaire extérieur du premier train; un porte-satellites relié au porte-satellites du premier train; et un planétaire intérieur lié à un quatrième arbre apte à être relié cinématiquement au deuxième via le module de transmission à rapport variable. Selon un mode avantageux de l'invention, le module de transmission à rapport variable est configuré pour pouvoir relier cinématiquement le deuxième arbre, de manière sélective, au premier ou au quatrième arbre, ledit module comprenant au moins une roue de transmission sur chacun des premier et quatrième arbres, lesdits arbres étant préférentiellement concentriques. Selon un mode avantageux de l'invention, le dispositif comprend au moins deux rapports de transmission sélectionnables, en amont de l'arbre d'entrée, le nombre de rapports dudit dispositif correspondant au nombre de ces rapports sélectionnables en amont multiplié par le nombre de rapports du module de transmission à rapport variable. L'invention a également pour objet une boîte de vitesse, notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'elle comprend un dispositif selon l'invention, et un différentiel relié cinématiquement à l'arbre de sortie dudit dispositif. L'invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur, caractérisé en ce que ledit groupe comprend une boîte de vitesse selon l'invention. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent de réaliser une transmission avec rapport variable à faible coût. En effet, son principe consiste à faire circuler une partie seulement de la puissance à transmettre au travers d'un module de transmission à rapport variable. Ce dernier peut ainsi être sous-dimensionné par rapport à une configuration plus classique où toute la puissance transiterait au travers du module en question. D'autres avantages et détails de l'invention vont être illustrés en relation avec les figures où : - La figure 1 illustre de manière schématique l'architecture du dispositif de transmission conforme à l'invention ; - La figure 2 illustre de manière schématique et davantage détaillée l'architecture du dispositif de transmission de la figure 1, conforme à l'invention ; - La figure 3 illustre un premier exemple de réalisation de dispositif de transmission conforme à l'invention ; - La figure 4 illustre un second exemple de réalisation de dispositif de transmission conforme à l'invention. La figure 1 illustre l'architecture de base d'une chaîne de transmission de puissance mécanique selon l'invention. Un moteur 6, tel qu'un moteur à combustion, alimente le dispositif de transmission 8 conforme à l'invention. Ce dernier alimente alors les roues 7 en puissance mécanique. Le dispositif de transmission 8 comprend, essentiellement, un train épicycloïdal 10, un module de transmission à rapport variable 12 et, optionnellement un différentiel 14. Le train épicycloïdal 10 comprend, de manière classique, un planétaire intérieur, un porte-satellites (avec des satellites) et un planétaire extérieur. Le planétaire intérieur est également couramment appelé « soleil ». Le planétaire extérieur est également couramment appelé « couronne ». Un arbre spécifique est associé à chacun de ces trois éléments, en l'occurrence le planétaire intérieur, le porte- satellites et le planétaire extérieur. La construction en tant que telle d'un train épicycloïdal est bien connue en soi de l'homme de métier. Le moteur 6 est en prise avec un de ces trois arbres, cet arbre correspondant alors à l'arbre d'entrée. L'arbre de sortie est un des deux arbres restants parmi les trois arbres du train épicycloïdal, transmettant la majeure partie de la puissance du moteur 6 via la branche de transmission 16. Le module de transmission à rapport variable 12 est disposé de manière à relier l'arbre restant du train épicycloïdal à l'arbre de sortie via une branche 18 de recirculation de puissance. Seule une partie de la puissance transmise par le moteur 6 au train épicycloïdal 10 transite par la branche de recirculation 18, permettant ainsi de sous-dimensionner le module de transmission à rapport variable 12. Le module de transmission à rapport variable 12 peut être du type à rapports discrets ou encore du type à variation continue du rapport de transmission. Il peut également assurer une fonction de marche arrière avec inversion du sens de rotation par rapport aux rapports de marche avant. La figure 2 illustre de manière plus détaillée l'architecture du dispositif de transmission de la figure 1, le module de transmission à rapport variable comprenant, à titre d'exemple, cinq rapports de transmission dans le même sens, en l'occurrence les rapports R1 à R5. Sur cette figure 2, les signes de référence 1, 2 et 3 correspondent aux trois arbres du train épicycloïdal 6. L'arbre 1 est l'arbre d'entrée en prise avec le moteur 6, l'arbre 2 est l'arbre de recirculation en prise avec le module de transmission à rapport variable 12, et l'arbre 3 est l'arbre de sortie du train épicycloïdal, en prise également avec le module de transmission à rapport variable 12 et avec l'arbre de sortie 5 du dispositif. Un premier étage de transmission 20 de rapport RE peut être prévu entre l'arbre 3 et l'arbre 4. Un deuxième étage de transmission 22 de rapport Rp peut être prévu entre l'arbre 4 et l'arbre 5. Nous allons maintenant définir les relations de couple agissant sur le dispositif de transmission. On définit: - : couple à l'arbre 1 ; - C2 : couple à l'arbre 2 ; - C3 : couple à l'arbre 3. En appliquant le principe des puissances virtuelles on obtient : C1(.01 = C2(.02 + C3w3 (1) Or en appliquant au train épicycloïdal le principe des forces statiques (en l'absence de rotation), on obtient : = C2 + C3 (2) et donc C1,01 = (C1 - C3)w2 + C3w3 (3) Ce qui donne C1 = C3 - (4) - Et on obtient ainsi C2 = - C3 = C3 Selon la loi de Willis relative aux trains épicycloïdaux, on a -1 W., (1) p s (6) = A copi - cops où A est la raison, c'est-à-dire le taux de transmission du train ; cape est la vitesse de rotation de l'arbre du planétaire extérieur ; ps est la vitesse de rotation de l'arbre du porte-satellites ; et copi est la vitesse de rotation de l'arbre du planétaire intérieur. - (5) - Dans le cas d'un train épicycloïdal tel qu'à la figure 2 où l'arbre 1 est l'arbre du planétaire extérieur (cope-cui), l'arbre 2 celui du planétaire intérieur (copi-co2) et l'arbre 3 celui du porte-satellites (cups=w3), on a alors : -1 C2 = C1 A (7) Le couple transmis par la branche de recirculation se voit ainsi d'autant réduit que la raison, c'est-à-dire le taux de transmission, du train épicycloïdal est élevée. Un raisonnement similaire peut être suivi pour le calcul des rapports de transmission et des vitesses de rotation. En effet, on a W4, W5 6)4 = -; flp = ; RE = -; W5 = RpR1W2 = RpREW3 (8) 6)4 W3 Le rapport de transmission total en 1 ère vitesse s'énonce alors : W5 RpR1W2 D1 = - = (9) (1)1 (1)1 En exprimant, dans la formule de Willis, w3 en fonction de w2 suivant l'équation (8), on peut alors exprimer coi en fonction de W2, ce qui donne : D RpRER1A 10 1 - R1 + RE (A + 1) ( ) Le même raisonnement s'applique pour tous les rapports, y compris le rapport le plus grand, en l'occurrence le 5è" rapport : RPRERSA (11) D, = R5 + REM + 1) Les vitesses des pignons moteur (copmR/) et récepteur (copRR/) de la 1 ère vitesse s'expriment alors : w1D1 ( WPMR1 = 12 D) np nD i WPRR1 = wiD1 (13) Rp Le même raisonnement s'applique à la 5ème vitesse. La transmission peut alors être dimensionnée pour limiter les vitesses de rotation des pignons du module de transmission à rapport variable, par exemple à des vitesses inférieures à 10.000 tr/min. Ce module doit alors transmettre un couple limité à des vitesses de rotation limitées. Outre la configuration décrite ci-avant, il existe cinq configurations alternatives possibles. - L'arbre 1 est l'arbre du planétaire extérieur (cope-wi), l'arbre 2 celui du porte- satellites (wps=w2) et l'arbre 3 celui du planétaire intérieur (cop1-co3), on a alors : 1 + A C2 = C1 A (14) - L'arbre 1 est l'arbre du porte-satellites (cops-coi), l'arbre 2 celui du planétaire extérieur (cope=w2) et l'arbre 3 celui du planétaire intérieur (cop1-co3), on a alors : A C2 = 1 +A (15) - L'arbre 1 est l'arbre du porte-satellites (cups-cu,), l'arbre 2 celui du planétaire intérieur (wp;=w2) et l'arbre 3 celui du planétaire extérieur (cope=w3), on a alors : 1 C2 = 1 +A (16) - L'arbre 1 est l'arbre du planétaire intérieur (copi-cui), l'arbre 2 celui du planétaire extérieur (cope=w2) et l'arbre 3 celui du porte-satellites (cups=w3), on a alors : C2 = C1(-A) (17) - L'arbre 1 est l'arbre du planétaire intérieur (cop;=wi), l'arbre 2 celui du porte- satellites (cups=w2) et l'arbre 3 celui du planétaire extérieur (cope=w3), on a alors : A C2 = 1 +A (18) On constate alors que par un choix adéquat de la raison du train épicycloïdal (par exemple entre des valeurs courantes de -5 à +5), on peut ainsi réduire la fraction du couple qui va transiter dans la branche de recirculation. La figure 3 illustre un premier exemple de réalisation du dispositif de transmission décrit en relation avec les figures 1 et 2. Les numéros de référence des figures 1 et 2 sont utilisés pour désigner les mêmes éléments ou des éléments correspondants, ces numéros étant toutefois majorés de 100. Des numéros de références spécifiques compris entre 100 et 200 sont utilisés pour les éléments spécifiques à ce mode de réalisation. Le dispositif de transmission 108 comprend un train épicycloïdal 110 dont la couronne 126 ou planétaire extérieur est en prise via l'arbre 101 avec le moteur 106. Le planétaire intérieur 128 est en prise via l'arbre 102 de recirculation avec le module de transmission à rapport variable 112. Le porte-satellites 130 est en prise via l'arbre 103 avec l'arbre 104 via un premier étage de transmission 120. L'arbre 104 supporte des pignons et/ou roues dentées du module de transmission à rapport variable 112. Il transmet également la puissance mécanique depuis le train épicycloïdal 110 vers l'arbre 105 du différentiel 114 des roues du véhicule via un deuxième étage de transmission 122. Le train épicycloïdal 110 est particulier en ce qu'il comprend une double couronne 126 et en ce que le porte-satellites 130 supporte deux jeux de satellites, un premier (à gauche sur la figure) coopérant avec la première partie de la couronne 126 et transmettant la majeure partie de la puissance mécanique provenant du moteur 106. Le porte-satellites 130 supporte également un deuxième jeu de satellites (à gauche sur la figure) coopérant avec un planétaire intérieur spécifique 132, ce planétaire étant en prise avec un deuxième arbre de recirculation 102'. Ce deuxième arbre de recirculation 102' présente l'avantage que le deuxième jeu de satellites forme avec la double couronne 126 et avec le planétaire intérieur spécifique 132 un étage de transmission entre le train épicycloïdal 110 et le module de transmission à rapport variable 112. Plus précisément, on peut en effet observer que ce dernier comprend des éléments d'entrainement, en l'occurrence deux pignons, sur l'arbre 102' et d'autres éléments d'entrainement, en l'occurrence trois pignons de marche avant et un engrenage de marche arrière sur l'arbre 102, ces deux arbres étant concentriques. En référence à l'équation (7) ci-avant, par un choix adéquat de la raison A du train épicycloïdal 110, comme par exemple une raison supérieure ou égale à 5, il est ainsi possible de ne faire transiter que 20% du couple total dans la branche de recirculation, à savoir dans le module de transmission à rapport variable 112. Ce dernier peut ainsi par exemple comprendre de pignons à chaîne comme illustré schématiquement à la figure 3 pour les rapports 1 à 5 de marche avant. Un dérailleur (non représenté) peut être prévu pour déplacer la chaîne d'une paire de pignons à une autre. La marche arrière est réalisée à la figure 3 par une paire de roues dentées engrenant mutuellement. La figure 4 illustre un deuxième exemple de réalisation du dispositif de transmission décrit en relation avec les figures 1 et 2. Les numéros de référence des figures 1 et 2 sont utilisés pour désigner les mêmes éléments ou des éléments correspondants, ces numéros étant toutefois majorés de 200. Des numéros de références spécifiques compris entre 200 et 300 sont utilisés pour les éléments spécifiques à ce mode de réalisation. Le dispositif de transmission 208 comprend un train épicycloïdal 210 dont la couronne 226 ou planétaire extérieur est en prise avec le moteur 206. Le planétaire intérieur 228 est en prise via l'arbre 202 de recirculation avec le module de transmission à rapport variable 212. Le porte-satellites 230 est en prise via l'arbre 203 avec l'arbre 204 via un premier étage de transmission 220. L'arbre 204 supporte des pignons et/ou roues dentées du module de transmission à rapport variable 212. Il transmet également la puissance mécanique depuis le train épicycloïdal vers l'arbre 205 du différentiel 214 des roues du véhicule via un deuxième étage de transmission 222. Le dispositif de la figure 4 présente la particularité d'avoir un étage de transmission 234 à plusieurs rapports, en l'occurrence à deux rapports, disposé cinématiquement entre le moteur 206 et le train épicycloïdal 210. Le moteur 206 est en prise avec un premier arbre 201' supportant deux roues dentées engrenant, respectivement, avec des roues dentées correspondantes sur l'arbre 201 qui est en prise directe avec le planétaire extérieur 226 du train épicycloïdal 210. Les différents rapports de transmission permis par l'étage de transmission 234 permet de multiplier, en l'occurrence de doubler, le nombre de rapports du module de transmission à rapport variable 212. Le module de transmission à rapport variable 212 comprend ici un nombre réduit de rapports, en l'occurrence trois rapports de marche avant et un rapport de marche arrière. Similairement au premier exemple à la figure 3 et en référence à l'équation (7), par un choix adéquat de la raison A du train épicycloïdal 210, comme par exemple une raison supérieure ou égale à 5, il est ainsi possible de ne faire transiter que 20% du couple total dans la branche de recirculation, à savoir dans le module de transmission à rapport variable 212. Ce dernier peut ainsi par exemple comprendre des pignons à chaîne comme illustré schématiquement à la figure 4 pour les rapports 1 à 3 de marche avant. Un dérailleur (non représenté) peut être prévu pour déplacer la chaîne d'une paire de pignons à une autre. La marche arrière est réalisée à la figure 4 par une paire de roues dentées engrenant mutuellement II est important de noter que les deux exemples qui viennent d'être décrit peuvent être déclinés de plusieurs manières et que de nombreux autres exemples sont possibles, notamment pour d'autres configurations du train épicycloïdal.20 REVENDICATIONS1. Dispositif de transmission de couple (8 ; 108 ; 208), comprenant un train épicycloïdal avec : - un premier arbre (2 ; 102 ; 202) lié à un planétaire intérieur (128 ; 228) du train épicycloïdal (10 ; 110 ; 210) ; - un deuxième arbre (3 ; 103 ; 203) lié à un porte-satellites 130 ; 230) du train épicycloïdal (10 ; 110 ; 210) ; et - un troisième arbre (1 ; 101 ; 201) lié à un planétaire extérieur du train épicycloïdal ; caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un module de transmission à rapport variable (12 ; 112 ; 212) reliant cinématiquement deux (2 ; 102 ; 202 ; 3 ; 103 ; 203) des trois arbres, l'un (3 ; 103 ; 203) desdits deux arbres étant l'arbre de sortie, et l'arbre restant (1 ; 101 ; 201) des trois arbres étant l'arbre d'entrée. 2. Dispositif (8 ; 108 ; 208) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de transmission à rapport variable (12 ; 112 ; 212) comprend au moins deux, préférentiellement au moins trois, plus préférentiellement au moins quatre rapports de transmission de même sens et, préférentiellement, un rapport de sens inverse. 3. Dispositif (8 ; 108 ; 208) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module de transmission à rapport variable (12 ; 112 ; 212) est du type à pignons et chaîne avec dérailleur pour les rapports de même sens, préférentiellement le rapport de sens inverse comprenant des roues dentées engrenant mutuellement. 4. Dispositif (8 ; 108 ; 208) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le module de transmission à rapport variable (12 ; 112 ; 212) relie cinématiquement le premier arbre (2 ; 102 ; 202) au deuxième arbre (3 ; 103 ; 203), le troisième arbre (1 ; 101 ; 201) étant l'arbre d'entrée et, préférentiellement, le deuxième arbre étant l'arbre de sortie. 5. Dispositif (108) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un rapport de transmission fixe (124), différent de 1, entre lemodule de transmission à rapport variable (112) et au moins un (102) des deux arbres (102, 103) qu'il relie cinématiquement. 6. Dispositif (108) selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le train épicycloïdal (110) est un premier train épicycloïdal, le dispositif comprenant un deuxième train épicycloïdal avec : - un planétaire extérieur relié au planétaire extérieur (126) du premier train ; - un porte-satellites relié au porte-satellites du premier train ; et - un planétaire intérieur (132) lié à un quatrième arbre (102') apte à être relié cinématiquement au deuxième (103) via le module de transmission à rapport variable (112). 7. Dispositif (108) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le module de transmission à rapport variable (112) est configuré pour pouvoir relier cinématiquement le deuxième arbre (103), de manière sélective, au premier (102) ou au quatrième arbre (102'), ledit module comprenant au moins une roue de transmission sur chacun des premier et quatrième arbres (102 ; 102'), lesdits arbres étant préférentiellement concentriques. 8. Dispositif (208) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux rapports de transmission sélectionnables (234), en amont de l'entrée du train épicycloïdal (210), le nombre de rapports dudit dispositif correspondant au nombre de ces rapports sélectionnables en amont multiplié par le nombre de rapports du module de transmission à rapport variable (212) 9. Boîte de vitesse notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'elle comprend un dispositif (8 ; 108 ; 208) selon l'une des revendications 1 à 8, et un différentiel (14 ; 114 ; 214) relié cinématiquement à l'arbre de sortie dudit dispositif. 10. Véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur, caractérisé en ce que ledit groupe comprend une boîte de vitesse selon la revendication 9.30