Brevet FR3025459A1 — publié le 20160311

BOÎTE DE VITESSES MÉCANIQUE À PIGNON DE RAPPORT COUPLÉ À UN TRAIN ÉPICYCLOÏDAL ENTRAÎNÉ PAR UNE MACHINE ÉLECTRIQUE, POUR UN VÉHICULE L'invention concerne les boîtes de vitesses de type mécanique et qui sont destinées à équiper des véhicules, éventuellement de type automobile, et plus précisément le contrôle du couple que peuvent fournir de telles boîtes de vitesses. la On entend ici par « boîte de vitesses mécanique » une boîte de vitesses dont les changements de rapport sont contrôlés par le conducteur du véhicule au moyen d'un organe de commande. Par conséquent, il pourra par exemple s'agir d'une boîte de vitesses manuelle classique, d'une boîte de vitesses robotisée ou d'une boîte de vitesses à double embrayage (ou DCT), 15 mais pas d'une boîte de vitesses automatique au sens classique, c'est-à-dire avec une gestion hydraulique interne de multiple embrayages hydrauliques. En raison du caractère limité des stocks d'hydrocarbures et de la nécessité de réduire la pollution induite par l'homme, de nombreuses pistes sont explorées pour diminuer la consommation de carburant des véhicules à 20 moteur thermique. L'une de ces pistes concerne l'amélioration du rendement énergétique des groupes motopropulseurs des véhicules. A cet effet, il a été proposé d'utiliser au moins un(e) machine (ou moteur), électrique ou hydraulique ou encore à air comprimé, dans la chaîne de transmission du véhicule pour augmenter le couple fourni par le moteur thermique. 25 Cette machine peut être soit 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. 30 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 3025459 2 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 5 alternative offrant une bonne capacité de traction ou de propulsion tout en étant peu onéreuse et peu encombrante, et n'induisant, si possible, que de faibles modifications de la boîte de vitesses. Elle propose notamment à cet effet une boîte de vitesses destinée à équiper un véhicule et comprenant un arbre d'entrée et au moins un arbre de sortie comprenant chacun des pignons de rapport destinés à participer ensemble de façon sélective à la définition de différents rapports sélectionnables. Cette boîte de vitesses se caractérise par le fait qu'elle comprend également : - un train épicycloïdal comportant un axe d'entrée couplé à un axe de sortie auquel est solidarisé fixement un premier pignon de liaison, - un second pignon de liaison engrenant le premier pignon de liaison et un pignon de rapport prédéfini monté libre sur l'arbre d'entrée et associé à des moyens de synchronisation propres à l'accoupler à ce dernier, et - une machine électrique propre à entraîner en rotation l'axe d'entrée pour fournir un couple choisi à l'arbre de sortie via l'axe de sortie, les premier et second pignons de liaison, le pignon de rapport prédéfini, et un autre pignon de rapport solidarisé à l'arbre de sortie et définissant un rapport avec le pignon de rapport prédéfini. Grâce à l'invention, on obtient d'une manière simple et peu onéreuse une « hybridation électrique » du groupe motopropulseur d'un véhicule via un rapport prédéfini de sa boîte de vitesses. La boîte de vitesses selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - en présence de N rapports de marche avant sélectionnables, avec N supérieur ou égal à 4, le pignon de rapport prédéfini peut être celui qui 3025459 3 participe à la définition du N-ième et dernier rapport de marche avant ; - N peut être égal à 6 ; le train épicycloïdal peut être de type dit « à couronne fixe » ; le train épicycloïdal peut être double ; 5 il peut comprendre un carter principal comportant une ouverture par laquelle débouchent au moins l'arbre d'entrée avec le pignon de rapport prédéfini, et un carter auxiliaire solidarisé fixement à la machine électrique et au carter principal et logeant au moins le train épicycloïdal, les premier et second pignons de liaison, et le pignon de rapport prédéfini ; 10 - le carter auxiliaire peut loger de façon étanche au moins le train épicycloïdal, les premier et second pignons de liaison, et le pignon de rapport prédéfini. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant une boîte de vitesses du type de celle présentée 15 ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et du dessin annexé, sur lequel l'unique figure illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d'une boîte de vitesses selon l'invention, couplée à un moteur 20 thermique via un embrayage. L'invention a notamment pour but de proposer une boîte de vitesses BV de type mécanique et destinée à équiper un véhicule à moteur(s) thermique(s). 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 une boîte de vitesses de type mécanique, via un embrayage. Par conséquent, l'invention concerne les véhicules terrestres, les véhicules 30 fluviaux ou maritimes, et les aéronefs. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que la boîte de vitesses BV est manuelle classique. Mais l'invention 3025459 4 n'est pas limitée à ce type de boîte de vitesses. Elle concerne en effet également et notamment les boîtes de vitesses robotisées et les boîtes de vitesses à double embrayage (ou DCT), mais pas les boîtes de vitesses automatiques au sens classique, c'est-à-dire avec une gestion hydraulique 5 interne de multiples embrayages hydrauliques. On a schématiquement représenté sur l'unique figure un exemple de réalisation d'une boîte de vitesses BV mécanique selon l'invention, couplée à un moteur thermique MT d'un véhicule, via un embrayage EM. Le moteur thermique MT comprend un vilebrequin (non représenté) 10 qui définit un arbre moteur AM couplé à l'embrayage EM afin de lui fournir du couple destiné à des roues du véhicule. Par exemple, l'embrayage EM comprend notamment un volant 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. 15 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 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 20 d'actionnement électrique. Comme illustré, une boîte de vitesses BV, selon l'invention, comprend au moins un arbre d'entrée AE, au moins un arbre de sortie AS, un train épicycloïdal TE, des premier PL1 et second PL2 pignons de liaison, et une machine électrique ME. 25 La boîte de vitesses BV comprend au moins un arbre d'entrée (ou primaire) AE et au moins un arbre de sortie (ou secondaire) AS destinés à être couplés l'un à l'autre. 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 30 communiquer à un arbre de transmission (non représenté) auquel il est couplé et qui est couplé indirectement à des roues du véhicule, via un différentiel et d'éventuels moyens d'accouplement. L'arbre d'entrée AE et l'arbre de sortie AS comprennent chacun des pignons de rapport PRij qui sont 3025459 5 destinés à participer ensemble 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 5 portés par l'arbre de sortie AS (i = 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) rapports de marche avant. Mais elle pourrait comporter un nombre N plus ou 10 moins important de rapports de marche avant, et par exemple quatre, cinq ou sept. Le train épicycloïdal TE comporte un axe d'entrée Al qui est couplé à un axe de sortie A2 auquel est solidarisé fixement le premier pignon de liaison PL1. 15 On notera que ce train épicycloïdal TE peut être simple, double ou 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 20 de véhicule. Il est rappelé qu'un train épicycloïdal TE simple comporte en 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 25 engrenant chaque pignon satellite. 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. Mais d'autres 30 agencements peuvent être envisagés. Le second pignon de liaison PL2 engrène le premier pignon de liaison PL1 et un pignon de rapport PRI prédéfini de l'arbre d'entrée AE de la boîte de vitesses BV. Ce pignon de rapport PRI prédéfini est monté libre sur 3025459 6 l'arbre d'entrée AE et associé à des moyens de synchronisation MS qui sont agencés de manière à l'accoupler à ce dernier (AE). On notera que ce pignon de rapport PRI prédéfini définit un j-ième rapport de la boîte de vitesses BV avec un autre pignon de rapport PR2j qui est solidarisé à l'arbre de sortie AS. 5 La machine électrique ME est agencée de manière à entraîner en rotation l'axe d'entrée Al pour fournir un couple choisi à l'arbre de sortie AS via l'axe de sortie A2, les premier PLI et second PL2 pignons de liaison, le pignon de rapport PRI prédéfini, et l'autre pignon de rapport PR2j qui est solidarisé à l'arbre de sortie AS et qui définit un j-ième rapport avec le pignon 10 de rapport PR1j prédéfini. Les premier PL1 et second PL2 pignons de liaison assurent ici la liaison rotative entre l'axe de sortie A2 du train épicycloïdal TE et le pignon de rapport PR1 j prédéfini. Ils peuvent également et éventuellement participer à la démultiplication globale. 15 On comprendra que lorsque la machine électrique ME est utilisée, elle entraîne en rotation l'axe d'entrée Al selon un premier régime choisi, ce qui induit un entraînement en rotation de l'axe de sortie A2, et donc du premier pignon de liaison PL1, selon un second régime dépendant du rapport de démultiplication offert par le train épicycloïdal TE (et donc notablement 20 différent du premier régime choisi). La rotation du premier pignon de liaison PLI est alors transmise au second pignon de liaison PL2, lequel la transmet au pignon de rapport PRI prédéfini qui n'est pas accouplé à l'arbre d'entrée AE par ses moyens de synchronisation MS mais qui engrène l'autre pignon de rapport PR2j associé. Le couple produit par la machine électrique ME est 25 ainsi transféré par l'autre pignon de rapport PR2j à l'arbre de sortie AS où il vient compléter le couple « principal » fourni par le moteur thermique MT. 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 à l'arbre d'entrée AE. Mais cette option nécessite que 30 l'embrayage EM soit à commande hybride (et donc couplé à son organe de commande (comme par exemple la pédale d'embrayage) via un module d'actionnement électrique). Dans ce cas, l'arbre de sortie AS peut recevoir le couple du moteur thermique MT et/ou le couple de la machine électrique ME 3025459 7 simultanément ou indépendamment l'un de l'autre. Le rapport de démultiplication offert par le train épicycloïdal TE peut être sensiblement égal à la différence entre le rapport de démultiplication devant exister entre l'arbre moteur AM et les roues motrices et le rapport de 5 démultiplication offert par le différentiel. De préférence, et comme illustré non limitativement sur l'unique figure, le pignon de rapport PR1 j prédéfini est celui qui participe à la définition du N-ième et dernier rapport de marche avant, soit ici le sixième (N = 6). Cet exemple de réalisation est particulièrement avantageux car c'est celui qui 10 permet d'induire le moins de modifications dans les boîtes de vitesses utilisées actuellement. En effet, le N-ième et dernier rapport de marche avant est défini par couplage des deux pignons de rapport PR1N et PR2N (ici PR16 et PR26) qui sont installés sur l'une des extrémités des arbres d'entrée AE et de sortie AS de la boîte de vitesses BV. Par conséquent, en modifiant le (un) 15 carter principal CP de la boîte de vitesses BV dans la zone où est situé au moins le pignon de rapport PR1 N prédéfini, on peut rendre accessible le pignon de rapport PR1 N et ainsi permettre l'implantation des premier PU et second PL2 pignons de liaison dans un plan contenant ce pignon de rapport PR1 N, avec le second pignon de liaison PL2 engrenant ce dernier (PR1 N). 20 Plus précisément, et comme illustré, on peut définir dans le (un) carter principal CP une ouverture OV par laquelle débouche au moins l'arbre d'entrée AE avec le pignon de rapport PR1 N prédéfini, et adjoindre à la boîte de vitesses BV un carter auxiliaire CA solidarisé fixement à la machine électrique ME et au carter principal CP et logeant au moins le train 25 épicycloïdal TE, les premier PU et second PL2 pignons de liaison, et le pignon de rapport PR1N prédéfini. Ce logement précité dans le carter auxiliaire CA se fait de préférence de façon étanche. On notera que dans l'exemple de réalisation illustré non 30 limitativement sur l'unique figure, le carter auxiliaire CA loge également le pignon de rapport PR2N qui est fixé à une extrémité de l'arbre de sortie AS et qui engrène le pignon de rapport PR1N prédéfini pour définir avec ce dernier le N-ième rapport de marche avant. 3025459 8 On notera également que le carter auxiliaire CA peut éventuellement comporter une ouverture auxiliaire, située à l'opposé de l'ouverture OV du carter principal CP, et destinée à permettre la lubrification des arbres d'entrée AE et de sortie AS de la boîte de vitesses BV via un couvercle. Ce couvercle 5 comprend une face interne configurée pour récupérer de l'huile afin d'alimenter les arbres d'entrée AE et de sortie AS en vue de les lubrifier. Par ailleurs, ce couvercle, qui est parfois utilisé dans les boîtes de vitesses BV de l'art antérieur pour la lubrification précitée, est alors solidarisé fixement, par vissage, à la face externe du carter auxiliaire CA, de manière à fermer de la façon étanche son ouverture auxiliaire. On comprendra qu'un tel couvercle peut donc être très avantageusement utilisé dans une boîte de vitesses BV selon l'invention, sans modification. L'invention est avantageuse car elle permet une « hybridation électrique » du groupe motopropulseur d'un véhicule via un rapport de la boîte 15 de vitesses, qui offre une bonne capacité de traction ou de propulsion grâce à une petite modification de la boîte de vitesses qui n'augmente pas significativement la complexité du groupe motopropulseur. REVENDICATIONS1. Boîte de vitesses (BV) propre à équiper un véhicule et comprenant un arbre d'entrée (AE) et au moins un arbre de sortie (AS) comprenant chacun des pignons de rapport (PRij) destinés à participer ensemble de façon sélective à la définition de différents rapports sélectionnables, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre i) un train épicycloïdal (TE) comportant un axe d'entrée (A1) couplé à un axe de sortie (A2) auquel est solidarisé fixement un premier pignon de liaison (PL1), ii) un second pignon de liaison (PL2) engrenant ledit premier pignon de liaison (PL1) et un pignon de rapport (PR1j) prédéfini monté libre sur ledit arbre d'entrée (AE) et associé à des moyens de synchronisation (MS) propres à l'accoupler à ce dernier (AE), et iii) une machine électrique (ME) propre à entraîner en rotation ledit axe d'entrée (A1) pour fournir un couple choisi audit arbre de sortie (AS) via ledit axe de sortie (A2), lesdits premier (PL1) et second (PL2) pignons de liaison, ledit pignon de rapport (PR1j) prédéfini, et un autre pignon de rapport (PR2j) solidarisé audit arbre de sortie (AS) et définissant un rapport avec ledit pignon de rapport (PR1j) prédéfini. 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'en présence de N rapports de marche avant sélectionnables, avec N supérieur ou égal à 4, ledit pignon de rapport (PR1j) prédéfini est celui qui participe à la définition du N-ième et dernier rapport de marche avant. 3. Boîte de vitesses selon la revendication 2, caractérisée en ce que N est égal à6. 4. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit train épicycloïdal (TE) est de type dit « à couronne fixe ». 5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit train épicycloïdal (TE) est double. 6. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter principal (CP) comportant une ouverture (OV) par laquelle débouchent au moins ledit arbre d'entrée (AE) avec ledit pignon de rapport (PR1j) prédéfini, et un carter auxiliaire (CA) solidarisé 3025459 10 fixement à ladite machine électrique (ME) et audit carter principal (CP) et logeant au moins ledit train épicycloïdal (TE), lesdits premier (PU ) et second (PL2) pignons de liaison, et ledit pignon de rapport (PR1j) prédéfini. 7. Boîte de vitesses selon la revendication 6, caractérisée en ce que 5 ledit carter auxiliaire (CA) loge de façon étanche au moins ledit train épicycloïdal (TE), lesdits premier (PL1) et second (PL2) pignons de liaison, et ledit pignon de rapport (PR1j) prédéfini. 8. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte de vitesses (BV) selon l'une des revendications précédentes. 10 9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.