Brevet FR3025458A1 — publié le 20160311

BOÎTE DE VITESSES À COURONNE DE DIFFÉRENTIEL COUPLÉE À UN ENSEMBLE DE PIGNONS DE RÉDUCTION ENTRAÎNÉ PAR UNE MACHINE ÉLECTRIQUE, POUR UN VÉHICULE L'invention concerne les boîtes de vitesses qui sont couplées à un différentiel et destinées à équiper des véhicules, éventuellement de type automobile, et plus précisément la fourniture de couple par les différentiels de telles boîtes de vitesses. la Dans ce qui suit, on entend par « boîte de vitesses » aussi bien une boîte de vitesses de type mécanique, c'est-à-dire dont les changements de rapport sont contrôlés par le conducteur du véhicule au moyen d'un organe de commande, qu'une boîte de vitesses de type automatique. En raison du caractère limité des stocks d'hydrocarbures de la terre et 15 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 moteur thermique. L'une de ces pistes consiste à améliorer le rendement énergétique du groupe motopropulseur du véhicule. Pour ce faire, on peut par exemple utiliser au moins un(e) machine (ou moteur), électrique 20 ou hydraulique ou encore à air comprimé, dans la chaîne de transmission du véhicule pour augmenter le couple 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 25 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 30 que l'alternateur est relativement peu efficace en termes de capacité de traction ou de propulsion. 3025458 2 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 d'organe(s) 5 solidarisé(s) 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 ensemble d'au moins deux pignons de réduction (ou réducteurs) assurant un engrènement entre un pignon de liaison et la couronne du différentiel, et - une machine électrique comportant un axe de sortie auquel est solidarisé fixement le pignon de liaison et propre à entraîner en rotation ce dernier pour fournir un couple choisi au différentiel via le pignon de liaison, l'ensemble de pignons réducteurs et la couronne du différentiel. Grâce à l'invention, on obtient d'une manière simple et peu onéreuse une « hybridation électrique » du groupe motopropulseur d'un véhicule via la couronne 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 un premier pignon de réduction engrenant le pignon de liaison, et un second pignon de réduction engrenant le premier pignon de réduction et la couronne du différentiel ; - elle peut comprendre un carter logeant au moins partiellement les arbres d'entrée et de sortie avec leurs pignons de rapport, l'ensemble de pignons de réduction, une partie du différentiel comprenant la couronne, et le 3025458 3 pignon de liaison ; - elle peut comprendre un autre carter logeant une partie complémentaire du différentiel et constituant une interface de fermeture pour la boîte de vitesses, du côté de l'extrémité de l'arbre de sortie, et pour un 5 embrayage du véhicule qui assure un couplage entre l'arbre d'entrée et un arbre moteur d'un moteur thermique du véhicule. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant une boîte de vitesses du type de celle présentée ci-avant. 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d'une boîte de vitesses selon l'invention, couplée à un moteur 15 thermique via un embrayage, et à un différentiel, la figure 2 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue de face (du côté de l'embrayage), un exemple de positionnement des pignons de réduction, différentiel et arbres d'entrée et de sortie de la boîte de vitesses de la figure 1, par rapport au moteur électrique, et 20 la figure 3 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue du dessus, un exemple de positionnement des pignons de réduction, différentiel et arbres d'entrée et de sortie de la boîte de vitesses de la figure 1, par rapport au moteur électrique. L'invention a notamment pour but de proposer une boîte de vitesses 25 BV 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 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 30 véhicule comprenant au moins un moteur thermique propre à fournir du couple à une boîte de vitesses. Par conséquent, l'invention concerne les véhicules terrestres, les véhicules fluviaux ou maritimes, et les aéronefs. 3025458 4 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 n'est pas limitée à ce type de boîte de vitesses. Elle concerne en effet les boîtes de vitesses de type mécanique (comme par exemple celles dites 5 manuelles classiques, celles dites robotisées et celles dites à double embrayage (ou DCT)), et les boîtes de vitesses de type automatique (c'est-à-dire ayant une gestion hydraulique interne de multiples embrayages hydrauliques). On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple de 10 réalisation d'une boîte de vitesses BV selon l'invention, couplée à un moteur thermique MT d'un véhicule, ici via un embrayage EM, et à un différentiel DF. 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. 15 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. On considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que l'embrayage EM est de type classique, et donc qu'il est directement contrôlé 20 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 d'actionnement électrique. Comme illustré sur la figure 1, une boîte de vitesses BV, selon 25 l'invention, comprend au moins un arbre d'entrée AE, au moins un arbre de sortie AS, un pignon de couplage PC, un ensemble EP d'au moins deux pignons de réduction (ou réducteurs) PRk, une machine électrique ME et un pignon de liaison PL. La boîte de vitesses BV comprend au moins un arbre d'entrée (ou 30 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 3025458 5 communiquer à un différentiel DF qui est couplé à deux arbres de transmission ATn (n = 1 ou 2) auxquels sont couplées des roues motrices du véhicule. L'arbre d'entrée AE et l'arbre de sortie AS comprennent chacun des pignons de rapport Pij qui sont destinés à participer ensemble de façon 5 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 = 2). L'indice j désigne ici les différents rapports de marche avant. Par conséquent, j = 1 à N. 10 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 moins important de rapports de marche avant, et par exemple quatre, cinq ou sept. 15 Les arbres d'entrée AE et de sortie AS et leurs pignons de rapport Pij 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 figure. Dans l'exemple illustré, le carter Cl loge partiellement les arbres d'entrée AE et de sortie AS avec leurs pignons de rapport Pij. 20 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 CE du différentiel DF. Ce différentiel DF est par exemple logé au moins partiellement dans 25 le carter Cl de la boîte de vitesses BV, comme illustré non limitativement sur la figure 1. On notera que dans l'exemple non limitatif de la figure 1 une partie du différentiel DF, comprenant notamment la couronne CE, est logée dans le carter C1, tandis que la partie complémentaire de ce différentiel DF est logée dans un carter C2 qui sert, ici, d'interface de fermeture pour la boîte de 30 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'encombrement et de diminuer le nombre de pièces solidarisées aux carters de la boîte de vitesses BV. 3025458 6 Par exemple, ce différentiel DF peut comprendre un boîtier de différentiel solidarisé fixement à sa couronne CE, un axe porte satellites solidarisé fixement au boîtier de différentiel afin d'être entraîné en rotation par la couronne CE et auquel sont solidarisés au moins deux pignons satellites 5 qui engrènent deux pignons planétaires solidarisés fixement aux deux arbres de transmission AT1 et AT2 qui sont chargés d'entraîner les roues motrices du véhicule. Comme cela apparaît mieux sur les figures 2 et 3, l'ensemble EP comprend au moins deux pignons de réduction (ou réducteurs) PRk chargés 10 d'assurer un engrènement entre un pignon de liaison PL solidarisé à un axe de sortie Al et la couronne CE du différentiel DF. Cet ensemble EP est destiné à réaliser un rapport de démultiplication prédéfini du couple entre le pignon de liaison PL et le différentiel DF. Par ailleurs, il induit une réduction de régime entre le moteur électrique ME et le 15 différentiel DF, de façon moins onéreuse qu'un train épicycloïdal. On notera que dans l'exemple de réalisation illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, l'ensemble EP comprend des premier PR1 et second PR2 pignons de réduction (k = 1 ou 2). Le premier pignon de réduction PR1 engrène le pignon de liaison PL, et le second pignon de 20 réduction PR2 engrène le premier pignon de réduction PR1 et la couronne CE du différentiel DF. Mais le nombre de pignons de réduction PRk de l'ensemble EP peut prendre n'importe quelle valeur supérieure ou égale à deux. Ainsi, ce nombre peut être égal à trois ou quatre ou plus encore. On notera que ce nombre dépend des capacités du moteur électrique ME en termes de régime 25 maximal admissible et des performances de traction/propulsion attendues avec ce moteur électrique ME. Une démultiplication importante permettra des régimes bas du moteur électrique ME mais des performances modestes en termes de traction/propulsion. Par exemple, les premier PR1 et second PR2 pignons de réduction 30 peuvent être avantageusement logés dans le carter Cl de la boîte de vitesses BV, en particulier lorsque la couronne CE du différentiel DF est également logée dans ce carter Cl. Par exemple, la rotation des premier PR1 et second PR2 pignons de réduction dans le carter C2 peut se faire via des paliers de 3025458 7 roulement. Cet agencement permet de minimiser l'encombrement et de diminuer le nombre de pièces solidarisées aux carters de la boîte de vitesses BV. En effet, il ne nécessite pas de carter additionnel ou de pièces de maintien complémentaires, et tous les usinages de maintien et de fixation du 5 moteur électrique ME ainsi que tous les paliers supportant les roulements sont axiaux, et donc usinables sur des moyens communs aux paliers des arbres d'entrée AE et de sortie AS. On notera que cet agencement apporte aussi un gain en termes de montage des composants dans la boîte de vitesses BV avec des moyens unifiés. 10 La machine électrique ME comporte un axe de sortie Al auquel est solidarisé fixement le pignon de liaison PL. Elle est par ailleurs agencée de manière à entraîner en rotation le pignon de liaison PL pour fournir un couple choisi au différentiel DF via ce pignon de liaison PL, l'ensemble EP de pignons de réduction PRk et la couronne CE. 15 On comprendra que lorsque la machine électrique ME est utilisée, elle entraîne en rotation l'axe de sortie A1, ce qui induit un entraînement en rotation du pignon de liaison PL. La rotation du pignon de liaison PL est alors transmise à l'ensemble EP qui la transmet par engrènement à la couronne CE du différentiel DF. Le couple produit par la machine électrique ME est ainsi 20 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 fournit du couple au différentiel DF. Mais cette option nécessite que 25 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. Dans ce cas, le différentiel DF peut recevoir le couple du moteur thermique MT 30 et/ou le couple de la machine électrique ME simultanément ou indépendamment l'un de l'autre. On notera également que le rapport de démultiplication offert par l'ensemble EP complète celui qui est offert par la machine électrique ME. 3025458 8 La machine électrique ME peut, par exemple, être solidarisée fixement au carter Cl de la boîte de vitesses BV. Dans ce cas, le pignon de liaison PL que porte l'axe de sortie Al est de préférence logé dans le carter Cl sensiblement dans le plan où sont installés l'ensemble EP et la couronne 5 CE. On notera que dans une variante de réalisation non illustrée le pignon de liaison PL, l'ensemble EP et le différentiel DF pourraient être logés dans un carter additionnel solidarisé au carter Cl de la boîte de vitesses BV ou au carter C2 servant d'interface de fermeture entre l'embrayage EM et la boîte de io vitesses BV. L'invention est avantageuse car elle permet une « hybridation électrique » du groupe motopropulseur d'un véhicule via la couronne du différentiel, simple, peu onéreuse et offrant une bonne capacité de traction ou de propulsion, sans pour autant augmenter significativement la complexité du 15 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 (Pij) 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 ensemble (EP) d'au moins deux pignons de réduction (PRk) assurant un engrènement entre un pignon de liaison (PL) et ladite couronne (CE) du différentiel (DF), et ii) une machine électrique (ME) comportant un axe de sortie (A1) auquel est solidarisé fixement ledit pignon de liaison (PL) et propre à entraîner en rotation ce dernier (PL) pour fournir un couple choisi audit différentiel (DF) via ledit pignon de liaison (PL), ledit ensemble (EP) de pignons de réduction (PRk) et ladite couronne (CE). 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit ensemble (EP) comprend un premier pignon de réduction (PR1) engrenant ledit pignon de liaison (PL), et un second pignon de réduction (PR2) engrenant ledit premier pignon de réduction (PR1) et ladite couronne (CE). 3. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 et 2, 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 (Pij), ledit ensemble (EP) de pignons de réduction (PRk), une partie du différentiel (DF) comprenant ladite couronne (CE), et ledit pignon de liaison (PL). 4. Boîte de vitesses selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un autre carter (C2) logeant une partie complémentaire dudit différentiel (DF) et constituant 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 d'entrée (AE) et un arbre moteur (AM) d'un moteur thermique (MT) dudit véhicule. 3025458 10 5. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte de vitesses (BV) selon l'une des revendications précédentes. 6. Véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.