Brevet FR3025579A1 — publié le 20160311

DIFFÉRENTIEL DE VÉHICULE, À BOÎTIER DE DIFFÉRENTIEL COUPLÉ À UN TRAIN ÉPICYCLOÏDAL ENTRAÎNÉ PAR UNE MACHINE ÉLECTRIQUE L'invention concerne les différentiels qui sont destinés à entraîner en rotation des arbres de transmission de véhicules, éventuellement de type automobile, et plus précisément le couple que de tels différentiels peuvent fournir aux arbres de transmission. Comme le sait l'homme de l'art, de nombreuses pistes sont explorées pour diminuer la consommation de carburant des véhicules à moteur thermique en raison du caractère limité des stocks d'hydrocarbures de la terre et de la pollution induite pour cette consommation. L'une de ces pistes consiste à améliorer le rendement énergétique des groupes motopropulseurs des véhicules, par exemple, en intégrant dans la chaîne de transmission du véhicule au moins un(e) machine (ou moteur), électrique ou hydraulique ou encore à air comprimé, destinée à augmenter le couple qui est fourni par le moteur thermique. Une telle machine peut, par exemple, être additionnelle et dédiée à la fourniture de couple, et dans ce cas elle doit être associée à des moyens de stockage d'énergie. Hélas, l'ajout de machine(s) électrique(s) augmente la complexité, l'encombrement et le coût du groupe motopropulseur et de la chaîne de transmission. En variante, la machine peut être un organe déjà présent dans le véhicule, et qui est adapté pour assurer au moins deux fonctions dont celle de fourniture de couple additionnel. Hélas, cette machine qui n'est rien d'autre que l'alternateur est relativement peu efficace en termes de capacité de traction ou de propulsion. L'invention a donc notamment pour but de proposer une solution alternative offrant une bonne capacité de traction ou de propulsion tout en étant simple, peu encombrante et peu onéreuse, et n'induisant, si possible, que de faibles modifications d'organes appartenant à la chaîne de transmission. 3025579 2 Elle propose notamment à cet effet un différentiel, destiné à équiper un véhicule, et comprenant une couronne propre à engrener un pignon de couplage d'un arbre pour être entraînée en rotation, un boîtier de différentiel solidarisé fixement à cette couronne, un axe porte satellites solidarisé 5 fixement à ce boîtier de différentiel et auquel sont solidarisés au moins deux pignons satellites engrenant deux pignons planétaires propres à être solidarisés fixement à des premier et second arbres de transmission du véhicule. Ce différentiel se caractérise par le fait : 10 - que son boîtier de différentiel comprend un partie cylindrique circulaire, creuse pour le passage du premier arbre de transmission et comportant une face externe munie de premiers moyens de couplage, et - qu'il comprend également, d'une part, un train épicycloïdal comportant un axe d'entrée couplé à un axe de sortie cylindrique circulaire, creux, 15 emmanché sur la partie cylindrique circulaire et comportant une face interne munie de seconds moyens de couplage propres à coopérer avec les premiers moyens de couplage pour assurer un couplage en rotation, et, d'autre part, une machine électrique propre à entraîner en rotation l'axe d'entrée pour fournir un couple choisi au différentiel via l'axe de sortie du 20 train épicycloïdal et le boîtier de différentiel. Grâce à l'invention, on obtient d'une manière simple et peu onéreuse une « hybridation électrique » de la chaîne de transmission d'un véhicule via la couronne du différentiel. Le différentiel selon l'invention peut comporter d'autres 25 caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : les premiers moyens de couplage peuvent être agencés sous la forme de cannelures axiales, et les seconds moyens de couplage peuvent être agencés sous la forme de nervures axiales ; 30 - en variante, les premiers moyens de couplage peuvent être agencés sous la forme de nervures axiales, et les seconds moyens de couplage peuvent être agencés sous la forme de cannelures axiales ; 3025579 3 - sa machine électrique peut comprendre un évidement propre à permettre le passage du premier arbre de transmission, et l'axe d'entrée du train épicycloïdal peut être également creux afin de permettre le passage de ce premier arbre de transmission ; 5 le train épicycloïdal peut être de type dit « à couronne fixe » ; le train épicycloïdal peut être double. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant un différentiel du type de celui présenté ci-avant et engrenant un pignon de couplage d'un arbre. 10 Par exemple, cet arbre peut être un arbre de sortie d'une boîte de vitesses. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : 15 la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de différentiel selon l'invention couplé à deux arbres de transmission et à un arbre de sortie d'une boîte de vitesses, également couplée à un moteur thermique via un embrayage, et la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en coupe, un exemple 20 de réalisation d'un différentiel selon l'invention. L'invention a notamment pour but de proposer un différentiel DF d'hybridation électrique, destiné à équiper un véhicule à moteur(s) thermique(s) MT. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le 25 véhicule est de type automobile. Il s'agit par exemple d'une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout véhicule comprenant au moins un moteur thermique propre à fournir du couple à un différentiel via une boîte de vitesses. Par conséquent, l'invention concerne les véhicules terrestres, les véhicules fluviaux ou maritimes, et les 30 aéronefs. On a schématiquement représenté sur l'unique figure un exemple de réalisation d'un différentiel DF couplé à des premier AT1 et second AT2 3025579 4 arbres de transmission, auxquels sont couplées des roues motrices du véhicule, et à un pignon de couplage PC solidarisé fixement à un arbre AS. Dans cet exemple non limitatif le pignon de couplage PC est solidarisé fixement à une extrémité EA d'un arbre de sortie (ou secondaire) AS d'une 5 boîte de vitesses BV qui comprend également un arbre d'entrée (ou primaire) AE couplé à un moteur thermique MT du véhicule, via un embrayage EM. On considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que la boîte de vitesses BV est de type manuel et classique. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de boîte de vitesses. Elle concerne en effet également et 10 notamment les boîtes de robotisées et les boîtes de vitesses automatiques. Le moteur thermique MT comprend un vilebrequin (non représenté) qui définit un arbre moteur AM couplé à l'embrayage EM afin de lui fournir du couple destiné à des roues motrices du véhicule. Par exemple, l'embrayage EM comprend notamment un volant 15 moteur solidarisé fixement à l'arbre moteur AM et un disque d'embrayage solidarisé fixement à l'arbre d'entrée AE de la boîte de vitesses BV. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que l'embrayage EM est de type classique, et donc qu'il est directement contrôlé par le conducteur du véhicule via un organe de commande (comme par 20 exemple la pédale d'embrayage). Mais l'embrayage pourrait être à commande « hybride », c'est-à-dire couplé à son organe de commande via un module d'actionnement électrique. L'arbre d'entrée (ou primaire) AE et l'arbre de sortie (ou secondaire) AS de la boîte de vitesses BV sont destinés à être couplés l'un à l'autre. 25 L'arbre d'entrée AE est destiné à recevoir le couple du moteur thermique MT via l'embrayage EM. L'arbre de sortie AS est destiné à recevoir le couple du moteur thermique MT via l'arbre d'entrée AE afin de le communiquer, ici, au différentiel DF. L'arbre d'entrée AE et l'arbre de sortie AS comprennent chacun des pignons de rapport PRij qui sont destinés à participer ensemble 30 de façon sélective à la définition de différent(e)s rapports (ou vitesses) sélectionnables de la boîte de vitesses BV, et notamment N rapports de marche avant. L'indice i désigne ici les pignons de rapport portés par l'arbre d'entrée AE (i = 1) et les pignons de rapport portés par l'arbre de sortie AS (i = 3025579 5 2). L'indice j désigne ici les différents rapports de marche avant. Par conséquent, j = 1 à N. On notera que dans l'exemple de réalisation illustré non limitativement sur l'unique figure la boîte de vitesses BV comprend six (N = 6) 5 rapports de marche avant. Mais elle pourrait comporter un nombre N plus ou moins important de rapports de marche avant, et par exemple quatre, cinq ou sept. Les arbres d'entrée AE et de sortie AS et leurs pignons de rapport PRij sont logés dans un espace qui est défini par au moins un carter C1, et de la préférence deux (C1 et C1') comme illustré non limitativement sur l'unique figure. Comme illustré partiellement sur les figures 1 et 2, un différentiel DF, selon l'invention, comprend au moins une couronne CE, un boîtier de différentiel BD, un axe porte satellites, au moins deux pignons satellites, deux 15 pignons planétaires PPk (k = 1 ou 2), un train épicycloïdal TE et une machine électrique ME. Le différentiel DF est, par exemple et comme illustré non limitativement sur la figure 1, solidarisé fixement à un carter C2 de l'embrayage EM. La couronne CE est destinée à engrener le pignon de couplage PC. 20 Le boîtier de différentiel BD est solidarisé fixement à la couronne CE afin d'être entraîné en rotation par cette dernière (CE) lorsqu'elle est elle-même entraînée en rotation par le pignon de couplage PC. L'axe porte satellites est solidarisé fixement au boîtier de différentiel BD afin d'être entraîné en rotation par la couronne CE. Les pignons satellites sont solidarisés à l'axe porte 25 satellites et engrènent les deux pignons planétaires PPk auxquels sont solidarisés fixement et respectivement les premier AT1 et second AT2 arbres de transmission. Le boîtier de différentiel BD comprend également une partie cylindrique circulaire PCC qui est creuse afin de permettre le passage du 30 premier arbre de transmission AT1, et qui comporte une face externe munie de premiers moyens de couplage MC1. Le différentiel DF peut, comme illustré sur la figure 2, comprendre un carter de protection CP logeant le pignon de couplage PC, la couronne CE, la 3025579 6 quasi-totalité du boîtier de différentiel BD, l'axe porte satellites, les pignons satellites et les pignons planétaires PPk. Le train épicycloïdal TE comporte un axe d'entrée Al qui est couplé à un axe de sortie A2 cylindrique circulaire, creux, emmanché sur la partie 5 cylindrique circulaire PCC du boîtier de différentiel BD et comportant une face interne munie de seconds moyens de couplage MC2. Ces derniers (MC2) sont agencés de manière à coopérer avec les premiers moyens de couplage MC1 pour assurer un couplage en rotation de l'axe de sortie A2 au boîtier de différentiel BD (via sa partie cylindrique 10 circulaire PCC). Par exemple, les premiers moyens de couplage MC1 peuvent être agencés sous la forme de cannelures (ou rainures) axiales (c'est-à-dire parallèles à l'axe de rotation de l'axe de sortie A2), et les seconds moyens de couplage MC2 peuvent être agencés sous la forme de nervures axiales. Mais 15 dans une variante de réalisation les premiers moyens de couplage MC1 peuvent être agencés sous la forme de nervures axiales, et les seconds moyens de couplage MC2 peuvent être agencés sous la forme de cannelures (ou rainures) axiales. On notera que le train épicycloïdal TE peut être simple, double ou 20 triple. Un train épicycloïdal double est constitué de deux trains épicycloïdaux simples montés en série, et un train épicycloïdal triple est constitué de trois trains épicycloïdaux simples montés en série. De tels trains épicycloïdaux multiples sont couramment utilisés dans les boîtes de vitesses automatiques de véhicule. Il est rappelé qu'un train épicycloïdal TE simple comporte en 25 complément de ses axes d'entrée Al et de sortie A2, une couronne, au moins un pignon satellite engrenant la couronne, un porte satellite(s) solidarisé fixement à l'axe d'entrée Al et auquel est solidarisé fixement chaque pignon satellite, et un pignon planétaire solidarisé fixement à l'axe de sortie A2 et engrenant chaque pignon satellite. 30 Par exemple, le train épicycloïdal TE peut être de type dit « à couronne fixe ». Dans ce cas, sa couronne est fixe dans le véhicule, tandis que ses axes d'entrée Al et de sortie A2 sont entraînés en rotation selon des régimes différents, définis par son rapport de démultiplication. A titre 3025579 7 d'exemple, la couronne du train épicycloïdal TE peut être solidarisée fixement à une paroi de fixation PF du carter de protection CP du différentiel DF (voir figure 2), ainsi qu'éventuellement au carter C2 de l'embrayage EM. Mais d'autres agencements peuvent être envisagés. 5 La machine électrique ME est agencée de manière à entraîner en rotation l'axe d'entrée Al pour fournir un couple choisi au différentiel DF via l'axe de sortie A2 et le boîtier de différentiel BD. A titre d'exemple, la machine électrique ME peut être solidarisée fixement à un carter C2 de l'embrayage EM. Mais d'autres agencements peuvent être envisagés. 10 On comprendra que lorsque la machine électrique ME est utilisée, elle entraîne en rotation l'axe d'entrée A1, ce qui induit un entraînement en rotation de l'axe de sortie A2, et donc du boîtier de différentiel BD (via sa partie cylindrique circulaire PCC). La rotation du boîtier de différentiel BD provoque alors l'entraînement en rotation des premier AT1 et second AT2 15 arbres de transmission, via l'axe porte satellites, les pignons satellites et les pignons planétaires PPk. Le couple produit par la machine électrique ME est ainsi transféré directement au différentiel DF où il est réparti sensiblement également entre les premier AT1 et second AT2 arbres de transmission, et où il vient compléter le couple « principal » fourni par le moteur thermique MT via 20 les arbres d'entrée AE et de sortie AS. On notera que dans une option on peut avoir un mode de fonctionnement « tout électrique » dans lequel seule la machine électrique ME fournit du couple au différentiel DF. Mais cette option nécessite que l'embrayage EM soit à commande hybride (et donc couplé à son organe de 25 commande (comme par exemple la pédale d'embrayage) via un module d'actionnement électrique), de sorte que l'arbre moteur AM puisse être temporairement découplé de l'arbre d'entrée AE par l'embrayage EM. Le rapport de démultiplication offert par le train épicycloïdal TE est spécifique à la machine électrique ME à laquelle il est couplé et dépendant 30 des performances recherchées. Ici, ce rapport de démultiplication est similaire à celui offert par un 1 er rapport de marche avant. Comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, il est particulièrement avantageux que la machine électrique ME comprenne un 3025579 8 évidement propre à permettre le passage du premier arbre de transmission AT1, et que l'axe d'entrée Al du train épicycloïdal TE soit également creux afin de permettre le passage du premier arbre de transmission AT1. Ainsi, le premier arbre de transmission AT1 peut avantageusement passer au travers 5 de la machine électrique ME et des axes d'entrée Al et de sortie A2 du train épicycloïdal TE pour être solidarisé au pignon planétaire PP1 associé, ce qui offre une grande compacité et un encombrement minimal. L'invention est avantageuse car elle permet une « hybridation électrique » de la chaine de transmission d'un véhicule via la couronne du la différentiel, simple, peu onéreuse et offrant une bonne capacité de traction ou de propulsion, sans pour autant augmenter significativement la complexité de la chaine de transmission. REVENDICATIONS1. Différentiel (DF) propre à équiper un véhicule et comprenant une couronne (CE) propre à engrener un pignon de couplage (PC) d'un arbre (AS) pour être entraînée en rotation, un boîtier de différentiel (BD) solidarisé fixement à ladite couronne (CE), un axe solidarisé fixement au boîtier de différentiel (BD) et auquel sont solidarisés au moins deux pignons satellites engrenant deux pignons planétaires (PPk) propres à être solidarisés fixement à des premier (AT1) et second (AT2) arbres de transmission dudit véhicule, caractérisé en ce que ledit boîtier de différentiel (BD) comprend une partie cylindrique circulaire (PCC) creuse pour le passage dudit premier arbre de transmission (AT1) et comportant une face externe munie de premiers moyens de couplage (MC1), et en ce qu'il comprend en outre i) un train épicycloïdal (TE) comportant un axe d'entrée (A1) couplé à un axe de sortie (A2) cylindrique circulaire, creux, emmanché sur ladite partie cylindrique circulaire (PCC) et comportant une face interne munie de seconds moyens de couplage (MC2) propres à coopérer avec lesdits premiers moyens de couplage (MC1) pour assurer un couplage en rotation, et ii) une machine électrique (ME) propre à entraîner en rotation ledit axe d'entrée (A1) pour fournir un couple choisi audit différentiel (DF) via ledit axe de sortie (A2) et ledit boîtier de différentiel (BD). 2. Différentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de couplage (MC1) sont agencés sous la forme de cannelures axiales, et lesdits seconds moyens de couplage (MC2) sont agencés sous la forme de nervures axiales. 3. Différentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de couplage (MC1) sont agencés sous la forme de nervures axiales, et lesdits seconds moyens de couplage (MC2) sont agencés sous la forme de cannelures axiales. 4. Différentiel selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite machine électrique (ME) comprend un évidement propre à permettre le passage dudit premier arbre de transmission (AT1), et ledit axe 3025579 10 d'entrée (A1) du train épicycloïdal (TE) est creux afin de permettre le passage dudit premier arbre de transmission (AT1). 5. Différentiel selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit train épicycloïdal (TE) est de type dit « à couronne fixe ». 5 6. Différentiel selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit train épicycloïdal (TE) est double. 7. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un différentiel (DF) selon l'une des revendications précédentes, engrenant un pignon de couplage (PC) d'un arbre (AS). 10 8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit arbre (AS) est un arbre de sortie d'une boîte de vitesses (BV). 9. Véhicule selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.