Brevet FR3025460A1 — publié le 20160311

BOÎTE DE VITESSES MÉCANIQUE À PIGNON DE COUPLAGE DE DIFFÉRENTIEL COUPLÉ À UN TRAIN ÉPICYCLOÏDAL ENTRAÎNÉ PAR UNE MACHINE ÉLECTRIQUE, POUR UN VÉHICULE L'invention concerne les boîtes de vitesses de type mécanique, couplées à un différentiel et destinées à équiper des véhicules, éventuellement de type automobile, et plus précisément le contrôle du couple que peut fournir le différentiel de telles boîtes de vitesses. la Dans ce qui suit, on entend 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 15 double embrayage (ou DCT), mais pas d'une boîte de vitesses automatique au sens classique, c'est-à-dire avec une gestion hydraulique interne de multiples embrayages hydrauliques. Les stocks d'hydrocarbures de la terre étant limités et la pollution induite par l'homme devant être mieux contrôlée, de nombreuses pistes sont 20 explorées pour diminuer la consommation de carburant des véhicules à moteur thermique. L'une de ces pistes consiste à améliorer le rendement énergétique des groupes motopropulseurs des véhicules. Pour ce faire, on peut, par exemple, intégrer à la chaîne de transmission du véhicule au moins un(e) machine (ou moteur), électrique ou hydraulique ou encore à air 25 comprimé, pour augmenter le couple qui est fourni par son 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 30 chaîne de transmission. En variante, la machine peut être un organe déjà présent dans le 3025460 2 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. 5 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 de la boîte de vitesses ou des organes qui sont solidarisés à cette dernière. 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 définir différents rapports sélectionnables, et un différentiel comprenant une couronne engrenant un pignon de couplage solidarisé fixement à une extrémité de l'arbre de sortie. 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 pignon de liaison, - un ensemble d'au moins un pignon intermédiaire assurant un engrènement entre le pignon de liaison et le pignon de couplage, et - une machine électrique propre à entraîner en rotation l'axe d'entrée du train épicycloïdal pour fournir un couple choisi au différentiel via l'axe de sortie de ce train épicycloïdal, le pignon de liaison, l'ensemble de pignon(s) intermédiaire(s) et le pignon de couplage. Grâce à l'invention, on obtient d'une manière simple et peu onéreuse une « hybridation électrique » du groupe motopropulseur d'un véhicule via le pignon de couplage du différentiel. La boîte de vitesses selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - son ensemble peut comprendre au moins deux pignons intermédiaires ; 3025460 3 le train épicycloïdal peut être de type dit « à couronne fixe » ; le train épicycloïdal peut être simple, double ou triple ; - elle peut comprendre un carter logeant au moins partiellement les arbres d'entrée et de sortie avec leurs pignons de rapport, et auquel est solidarisé 5 fixement un autre carter logeant à rotation l'ensemble, le pignon de liaison, le pignon de couplage, et une partie de la couronne du différentiel ; - l'autre carter peut constituer une interface de fermeture pour la boîte de vitesses, du côté de l'extrémité de l'arbre de sortie, et pour un embrayage du véhicule qui assure un couplage entre l'arbre d'entrée et 10 un arbre moteur d'un moteur thermique du véhicule ; - l'autre carter peut loger de façon étanche l'ensemble de pignon(s) intermédiaire(s) ; - dans une variante, elle peut loger une partie principale de l'ensemble dans un plan contenant également le pignon de couplage, et elle peut 15 comprendre un carter comportant une ouverture permettant à un pignon intermédiaire de l'ensemble de déboucher à l'extérieur pour engrener le pignon de liaison. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant une boîte de vitesses du type de celle présentée 20 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 25 thermique via un embrayage, et à un différentiel. L'invention a notamment pour but de proposer une boîte de vitesses BV de type mécanique, couplée à un différentiel DF et destinée à équiper un véhicule à moteur(s) thermique(s) MT. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le 30 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 3025460 4 couple à une boîte de vitesses de type mécanique, via un embrayage. Par conséquent, l'invention concerne les véhicules terrestres, les véhicules fluviaux ou maritimes, et les aéronefs. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non 5 limitatif, que la boîte de vitesses BV est manuelle classique. Mais l'invention 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 la 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, et à un différentiel DF. 15 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 moteur solidarisé fixement à l'arbre moteur AM et un disque d'embrayage 20 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 exemple la pédale d'embrayage). Mais l'embrayage pourrait être à commande 25 « hybride », c'est-à-dire couplé à son organe de commande via un module 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, un pignon de liaison PL, un ensemble EP d'au moins un 30 pignon intermédiaire Plk, et une machine électrique ME. 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 3025460 5 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 à un différentiel DF qui est couplé à deux demi arbres de transmission AT auxquels sont couplées des roues motrices du véhicule. 5 L'arbre d'entrée AE et l'arbre de sortie AS comprennent chacun des pignons de rapport PRij qui sont 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 1 o rapport 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 15 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 préférence deux (C1 et C1') comme illustré non limitativement sur l'unique 20 figure. Dans l'exemple illustré, le carter Cl loge partiellement les arbres d'entrée AE et de sortie AS avec leurs pignons de rapport PRij. Le couplage entre l'arbre de sortie AS et le différentiel DF se fait via un pignon de couplage PC. Ce dernier (PC) est plus précisément solidarisé fixement à une extrémité EA de l'arbre de sortie AS et engrène une couronne 25 CE du différentiel DF. Ce différentiel DF est par exemple solidarisé fixement au carter Cl (ou C1') de la boîte de vitesses BV. Par ailleurs, ce différentiel DF peut comprendre un boîtier de différentiel solidarisé fixement à la couronne CE, un axe (porte satellites) solidarisé fixement au boîtier de différentiel afin d'être 30 entraîné en rotation par la couronne CE et auquel sont solidarisés au moins deux pignons satellites qui engrènent deux pignons planétaires solidarisés fixement aux deux demi arbres de transmission AT chargés d'entraîner les roues motrices du véhicule. 3025460 6 Le train épicycloïdal TE comporte un axe d'entrée Al qui est couplé à un axe de sortie A2 auquel est solidarisé fixement un pignon de liaison PL. On notera que ce train épicycloïdal TE peut être simple, double ou triple. Un train épicycloïdal double est constitué de deux trains épicycloïdaux 5 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 complément de ses axes d'entrée Al et de sortie A2, une couronne, au moins 10 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. Par exemple, le train épicycloïdal TE peut être de type dit « à 15 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 d'exemple, la couronne du train épicycloïdal TE peut être solidarisée fixement à un carter Cl ou Cl' de la boîte de vitesses BV. Mais d'autres agencements 20 peuvent être envisagés. L'ensemble EP comprend au moins un pignon intermédiaire Plk et est chargé d'assurer un engrènement entre le pignon de liaison PL (de l'axe de sortie A2 du train épicycloïdal TE) et le pignon de couplage PC de l'arbre de sortie AS de la boîte de vitesses BV). 25 On notera que dans l'exemple de réalisation illustré non limitativement sur l'unique figure, l'ensemble EP comprend deux pignons intermédiaires Pli et PI2 (k = 1 ou 2). Le premier pignon intermédiaire Pli engrène le pignon de liaison PL de l'axe de sortie A2 du train épicycloïdal TE, et le second pignon intermédiaire PI2 engrène le premier pignon intermédiaire 30 Pli et le pignon de couplage PC de l'arbre de sortie AS de la boîte de vitesses BV. Mais le nombre de pignons intermédiaires Plk de l'ensemble EP peut prendre n'importe quelle valeur supérieure ou égale à un. Ainsi, ce nombre peut être égal à un ou trois, voire même quatre ou plus encore. On 3025460 7 notera que ce nombre dépendra principalement de la place disponible dans le plan contenant le pignon de couplage PC et de la distance séparant ce dernier (PC) du pignon de liaison PL. La machine électrique ME est agencée de manière à entraîner en 5 rotation l'axe d'entrée Al pour fournir un couple choisi au différentiel DF via l'axe de sortie A2, le pignon de liaison PL, l'ensemble EP de pignon(s) intermédiaire(s) Plk et le pignon de couplage PC. Il est important de noter que le pignon de liaison PL et l'ensemble EP de pignon(s) intermédiaire(s) Plk n'assurent ici que la liaison rotative entre 10 l'axe de sortie A2 du train épicycloïdal TE et le pignon de couplage PC. Ils ne participent donc pas à la démultiplication. 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 pignon 15 de liaison PL, selon un second régime dépendant du rapport de démultiplication offert par le train épicycloïdal TE (et donc notablement différent du premier régime choisi). La rotation du pignon de liaison PL est alors transmise à l'ensemble EP qui la transmet au pignon de couplage PC qui est solidarisé fixement à l'arbre de sortie AS et qui engrène la couronne 20 CE du différentiel DF. Le couple produit par la machine électrique ME est ainsi transféré au différentiel DF où il vient compléter le couple « principal » fourni par le moteur thermique MT via 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 25 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 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. 30 Le rapport de démultiplication offert par le train épicycloïdal TE est spécifique à la machine électrique ME à laquelle il est couplé et dépendant des performances recherchées. Ici, ce rapport de démultiplication est similaire à celui offert par un 1 er rapport de marche avant. 3025460 8 De préférence, et comme illustré non limitativement sur l'unique figure, un autre carter C2 est solidarisé fixement au carter Cl (qui loge au moins partiellement les arbres d'entrée AE et de sortie AS avec leurs pignons de rapport PRij), et loge à rotation, de préférence de façon étanche, au moins 5 une partie de l'ensemble EP. Par exemple, la rotation de chaque pignon intermédiaire Plk dans cet autre carter C2 peut se faire via un palier de roulement. On notera que dans l'exemple non limitatif illustré, cet autre carter C2 loge avantageusement, de préférence de façon étanche, non seulement 10 l'ensemble EP, mais également le pignon de liaison PL, le pignon de couplage PC et une partie de la couronne CE du différentiel DF. Mais d'autres agencements sont également possibles. Par ailleurs, et comme illustré non limitativement sur l'unique figure, il est particulièrement avantageux que l'autre carter C2 constitue une interface 15 de fermeture pour la boîte de vitesses BV, du côté de l'extrémité EA de son arbre de sortie AS, et pour l'embrayage EM. Cela permet en effet de minimiser l'augmentation d'encombrement induite par la présence de l'ensemble EP, voire de rendre nulle cette augmentation lorsque l'autre carter C2 est inchangé par rapport à celui qui est parfois utilisé pour définir 20 l'interface de fermeture entre la boîte de vitesses BV et l'embrayage EM qui est solidarisé à cette dernière (BV). Cet agencement permet également de minimiser l'augmentation de coût induite par « l'hybridation électrique » du groupe motopropulseur. On notera que dans une variante de réalisation non illustrée le pignon 25 de liaison PL pourrait être externe au carter Cl alors qu'une partie principale de l'ensemble EP est logée dans ce carter Cl à l'intérieur de la boîte de vitesses BV, dans un même plan que celui contenant le pignon de couplage PC. Dans ce cas le carter Cl de la boîte de vitesses BV doit comporter une ouverture permettant au premier pignon intermédiaire Pli de déboucher à 30 l'extérieur pour engrener le pignon de liaison PL. L'invention est avantageuse car elle permet une « hybridation électrique » du groupe motopropulseur d'un véhicule via le pignon assurant le couplage entre l'arbre de sortie de la boîte de vitesses et le différentiel, 3025460 9 simple, peu onéreuse et offrant une bonne capacité de traction ou de propulsion, sans pour autant augmenter significativement la complexité du groupe motopropulseur. En outre, l'invention permet avantageusement d'utiliser une boîte de vitesses existante sans qu'il faille développer une 5 chaine de transmission spécifique. 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 définir différents rapports sélectionnables, et un différentiel (DF) comprenant une couronne (CE) engrenant un pignon de couplage (PC) solidarisé fixement à une extrémité (EA) dudit arbre de sortie (AS), 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 pignon de liaison (PL), ii) un ensemble (EP) d'au moins un pignon intermédiaire (Plk) assurant un engrènement entre ledit pignon de liaison (PL) et ledit pignon de couplage (PC), et iii) 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), ledit pignon de liaison (PL), ledit ensemble (EP) et ledit pignon de couplage (PC). 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit ensemble (EP) comprend au moins deux pignons intermédiaires (Plk). 3. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ledit train épicycloïdal (TE) est de type dit « à couronne fixe ». 4. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit train épicycloïdal (TE) est double. 5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter (C1) logeant au moins partiellement lesdits arbres d'entrée (AE) et de sortie (AS) avec leurs pignons de rapport (PRij), et auquel est solidarisé fixement un autre carter (C2) logeant à rotation ledit ensemble (EP), ledit pignon de liaison (PL), ledit pignon de couplage (PC), et une partie de ladite couronne (CE) du différentiel (DF). 6. Boîte de vitesses selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit autre carter (C2) constitue une interface de fermeture pour ladite boîte de vitesses (BV), du côté de ladite extrémité (EA) dudit arbre de sortie (AS), et pour un embrayage (EM) dudit véhicule assurant un couplage entre ledit arbre 3025460 11 d'entrée (AE) et un arbre moteur (AM) d'un moteur thermique (MT) dudit véhicule. 7. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que ledit autre carter (C2) loge de façon étanche ledit ensemble (EP). 5 8. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle loge une partie principale dudit ensemble (EP) dans un plan contenant également ledit pignon de couplage (PC), et en ce qu'elle comprend un carter (C1) comportant une ouverture permettant à un pignon intermédiaire (Plk) dudit ensemble (EP) de déboucher à l'extérieur pour 10 engrener ledit pignon de liaison (PL). 9. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte de vitesses (BV) selon l'une des revendications précédentes. 10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.