Brevet FR3042742A1 — publié le 20170428

- 1 - TRANSMISSION HYBRIDE POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention se rapporte au domaine des transmissions hybrides pour véhicule automobile, comportant 5 au moins un moteur thermique et une machine électrique d'entraînement. Plus précisément, elle a pour objet, une transmission hybride pour véhicule automobile muni d'un moteur thermique et d'une machine électrique principale, 10 comportant deux arbres primaires concentriques reliés respectivement au moteur thermique et à celle-ci, portant chacun au moins un pignon de descente sur un arbre secondaire relié aux roues du véhicule. La transmission comporte un premier moyen de couplage entre l'arbre 15 secondaire et deux pignons tournant fou sur celui-ci, et au moins un deuxième moyen de couplage. Ce dernier peut occuper trois positions dans lesquelles : - le moteur thermique est découplé de la chaîne cinématique reliant la machine électrique d'entraînement 20 aux roues, - le moteur thermique entraîne les roues avec l'appoint de la machine électrique principale, et - le moteur électrique et la machine électrique principale sont couplés de manière à additionner leurs 25 couples respectifs. Actuellement, de nombreuses architectures hybrides sont proposées, en simplifiant la boite de vitesses. On cherche notamment à supprimer l'embrayage d'entrée, à diminuer le nombre de rapport, et à supprimer les 30 synchroniseurs. La publication FR 2 973 299 décrit une transmission hybride sans embrayage d'entrée, comportant deux arbres primaires concentriques reliés respectivement au moteur thermique et à la machine électrique d'entraînement. Chaque 35 arbre primaire porte au moins un pignon de descente sur un arbre secondaire relié aux roues du véhicule, et deux moyens de couplage sans synchroniseurs. Une évolution possible de ce type de transmission, consiste à ajouter une 3042742 - 2 - seconde machine électrique, beaucoup plus petite que la première. L'intégration d'une machine électrique secondaire dans un véhicule hybride est proposée sous diverses formes, 5 par exemple dans la publication FR 2 792 582, qui montre un dispositif de propulsion et de traction hybride comportant un embrayage d'entrée, et deux associées aux deux trains de roues du La présente invention vise à 10 deuxième machine électrique sur le sources d'énergie principales d'un machines électriques véhicule. tirer bénéfice d'une même essieu que les véhicule hybride, et dans le fonctionnement de la transmission, tout en se passant d'un embrayage d'entrée et de synchroniseurs. Dans ce but, la transmission comporte une machine 15 secondaire reliée au moteur thermique et à un arbre primaire, par un train épicycloïdal. Elle peut présenter un arbre supplémentaire portant un troisième moyen de couplage permettant de déplacer le véhicule grâce au moteur thermique seul, ou à la deuxième 20 machine électrique seule, sur deux rapports distincts. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la machine électrique secondaire est reliée à un arbre primaire plein, de la transmission. Les deux machines électriques peuvent être 25 disposées à deux extrémités opposées de la transmission, ou à la même extrémité de celle-ci. Ces mesures permettent notamment de s'affranchir de l'embrayage, et de diminuer le nombre de rapports. D'autres caractéristiques et avantages de 30 l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation non limitatifs de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est un schéma d'architecture d'un 35 premier mode de réalisation de la transmission, la figure 2 en est une variante, la figure 3 présente ses principaux modes de fonctionnement, 3042742 - 3 - la figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation de la transmission, la figure 5 présente ses principaux modes de fonctionnement, la figure 6 est un diagramme de répartition des couples sur le train épicycloïdal, la figure 7 illustre le démarrage du moteur thermique par la machine électrique secondaire, la figure 8 illustre la variation de vitesse du 10 moteur thermique sur un même rapport de transmission, et la figure 9 illustre la synchronisation des changements de rapports. Dans l'exemple de la figure 1, le moteur thermique (ICE) 1 du véhicule est lié au porte-satellite 2 du train 15 épicycloïdal 3. Une machine électrique secondaire 4b (SSG), par exemple de 10KW, est liée au planétaire 5. La couronne 6 du train est liée à l'arbre primaire plein 7 de la transmission. Celle-ci comporte aussi un arbre primaire creux 8 concentrique à l'arbre primaire plein 7, et relié 20 à la machine électrique principale (MG) 4a, par exemple de 25KW. L'arbre primaire creux 8 porte deux pignons fixes 9, 10, respectivement de premier, et de troisième rapport. L'arbre primaire plein 7 porte un pignon fou 11 de deuxième rapport. La transmission comporte un arbre secondaire 12 25 portant deux pignons fous, 13, 14, de premier et de troisième rapport, et un pignon fixe de deuxième rapport 15, ainsi qu'un pignon de descente 10 sur un différentiel (non représenté) relié aux roues du véhicule. Cette transmission hybride est conçue pour un 30 véhicule automobile muni d'un moteur thermique 1 et d'une machine électrique principale 4a. Elle comporte deux arbres primaires concentriques 7, 8 reliés respectivement au moteur thermique 1 et à la machine électrique principale 4a. Chaque arbre primaire 7, 8 porte au moins un pignon de 35 descente sur un arbre secondaire 11, relié aux roues du véhicule. Elle est équipée de deux coupleurs, par exemple du type crabots, sans synchroniseurs mécaniques Cl et C2. Le premier moyen de couplage Cl est placé sur l'arbre 3042742 - 4 secondaire, entre les deux pignons 13, 14, tournant fou sur celui-ci. Le deuxième moyen de couplage C2, porté par la ligne primaire, peut occuper trois positions dans lesquelles : 5 - le moteur thermique 1 est découplé de la chaîne cinématique reliant la machine électrique principale 4a aux roues, - le moteur thermique 1 entraîne les roues avec l'appoint de la machine électrique principale 4a, et - le moteur thermique 1 et la machine électrique principale 4a sont couplés de manière à additionner leurs couples respectifs. Comme indiqué plus haut, la transmission comporte une machine secondaire 4b reliée au moteur thermique 1 et à 15 un arbre primaire 7 par un train épicycloïdal 3. Dans les deux modes de réalisation non limitatifs de l'invention décrits, la machine électrique secondaire 4b est reliée à l'arbre primaire plein 7. Sur la figue 1, les deux machines électriques 4a, 4b sont disposées à deux extrémités 20 opposées de la transmission. Dans la variante de la figure 3, les deux machines électriques 4a, 4b sont disposées à la même extrémité de celle-ci, de part et d'autre du train 4. Dans le mode de réalisation de la figure 3, on retrouve les mêmes composants que sur la figure 1 : 25 - deux arbres primaires 7, 8, des pignons fixes 9, 10 sur l'arbre primaire creux 8 engrenant avec deux pignons fous 13, 14 sur l'arbre secondaire 12, associés ici au coupleur C3 pour donner un premier ou un troisième rapport 30 - un premier coupleur (C2) sur le primaire plein 7 permettant de coupler les deux arbres primaires 7, 8 à gauche, ou d'engager un deuxième rapport à droite par les pignons 11, 15, et un deuxième coupleur (C3) sur l'arbre secondaire 35 12, pour engager deux rapports électriques. La transmission de la figure 3 présente un arbre supplémentaire 16 portant un pignon fixe 17, deux pignons fous 18, 19, ainsi qu'un troisième coupleur (C1). On 3042742 - 5 retrouve les deux machines électriques MG (4a) et SSG (4b) dans une disposition analogue à la figure 1. Dans les variantes de la figure 1 et de la figure 2, ainsi que dans le deuxième mode de la figure 3 : 5 le moteur thermique lest relié au porte- satellites 2, - la machine électrique secondaire 4b est reliée au planétaire 5, et - le primaire plein 7 est relié à la couronne 6. 10 Le fonctionnement est le même. Le couple de la machine secondaire SSG entre sur le train 3 par le planétaire 4, le couple du moteur thermique par le porte-satellites 2, et celui de l'arbre primaire plein 7, par la couronne 5 (cf. figure 3). Il est toujours le même dans une autre variante (non décrite) de la figure 3, où la machine secondaire SSG est disposée comme sur la figure 2, à proximité du moteur thermique. Dans le premier mode de réalisation (figure 1 et 2) on peut établir neuf états et modes de fonctionnements de 20 la transmission (selon la combinaison des coupleurs Cl et C2), qui sont illustrés par la figure 3. Lorsque les deux coupleurs sont au Neutre, aucun couple n'est transmis aux roues. En déplaçant le premier coupleur Cl vers la gauche ou vers la droite (selon la représentation de la figure 1) 25 sans toucher au deuxième coupleur C2, on obtient deux rapports électriques de rang 1 et 3, EV1, et EV3. En déplaçant le deuxième coupleur C2 vers la gauche, on a aussi trois états : un mode de recharge de la machine électrique principale par le moteur thermique si le 30 coupleur Cl reste au neutre, et deux modes hybrides EV1- ICE1 et EV3-ICE3 selon que le coupleur Cl est déplacé vers la gauche ou vers la droite. Le train 3 peut servir d'embrayage au démarrage, notamment sur le rapport EV1ICE1, en pilotant le SSG. En plaçant le coupleur C2 à 35 droite, et en laissant le premier coupleur au neutre, on a un rapport thermique de rang deux IC2 ou un déplacement sur la machine secondaire SSG seule si le moteur thermique est coupé. Avec le coupleur C2 à droite, et le coupleur Cl 3042742 - 6 - à droite, on a un mode hybride EV3-IC2, ou électrique EV3 si le moteur thermique est arrêté. Avec le coupleur C2 à gauche, et le coupleur Cl à gauche, on a un mode hybride EV1-ICE2 ou un mode électrique EV1 si le moteur thermique 5 est arrêté. Dans cette situation, la machine secondaire SSG peut assister la machine principale 4a (MG) pour entraîner le véhicule. Lorsque le coupleur C2 est à droite, la machine secondaire 4b (SSG) peut gommer une partie des trous de couple lors de changements de position du deuxième 10 coupleur avec le moteur thermique arrêté. Dans le deuxième mode de réalisation, la transmission présente au moins 15 modes de fonctionnement, présentés sur la figure 5, selon la position des trois coupleurs Cl, C2 et C3 : 15 - lorsque C3 est au neutre, on dispose de trois rapports thermiques IC2, IC3, IC4 plus un mode recharge, selon la position de Cl et C2, - lorsque C3 est à gauche, le couple électrique sort sur le rapport EV1, seul, ou en mode hybride ICE2-EV1, ICE3- EV1, ICE4-EV1, ou ICE1-EV1 selon la position des coupleurs Cl et C2, avec complément de SSG dans tous les cas, particulièrement sur ICE1-EV1 pour les démarrages en pente, - lorsque C3 est à droite, le couple électrique sort sur le rapport EV2, seul, ou en mode hybride ICE2-EV2, ICE3- EV1, ICE4-EV1, ou ICE3 (overdrive)-EV2 selon la position des coupleurs Cl et C2, avec complément éventuel du SSG. L'arbre supplémentaire 16 portant un troisième moyen de couplage Cl permet notamment de déplacer le véhicule grâce au moteur thermique 1 seul, sur les deux rapports thermiques distincts ICE3 et ICE4, ou à l'aide de la deuxième machine électrique (4b) seule sur ces mêmes rapports. Les avantages du train épicycloïdal sont les mêmes dans les deux modes de réalisation décrits. La figure 6 montre qu'il permet de démarrer le moteur thermique grâce à la machine électrique secondaire SSG en passant d'une 3042742 - 7 - vitesse négative ah à une vitesse positive 02, pour amener le moteur thermique à un régime minimum. La figure 7 montre que le train permet de faire varier la vitesse du moteur thermique pour un rapport 5 donné : pour une vitesse véhicule donnée (vitesse couronne fixe), le régime SSG diminue, entraînant la baisse du régime du moteur thermique, notamment quand le conducteur demande moins de puissance. La figure 8 montre qu'il permet de synchroniser les 10 changements de rapport: pour le même régime moteur, voire légèrement plus faible, l'augmentation du régime de la machine secondaire SSG entraîne une chute du régime de la couronne pour le passage du rapport supérieur. De manière plus générale, la transmission proposée, 15 réalise un convertisseur électrique permettant d'avoir des modulations de rapport autour du rapport engagé. Lorsque les deux machines électriques sont regroupées du même côté de la transmission, comme sur la figure 2, le montage et accessibilité de la machine 20 électrique secondaire SSG, notamment en après-vente, sont plus difficiles. Toutefois, cette disposition présente l'avantage de réaliser une unité groupant les deux machines électriques et le train épicycloïdal dans un seul carter. REVENDICATIONS1. Transmission hybride pour véhicule automobile muni d'un moteur thermique (1) et d'une machine électrique 5 principale (4a), comportant deux arbres primaires concentriques (7, 8) reliés respectivement au moteur thermique (1) et à la machine électrique principale (9) portant chacun au moins un pignon de descente sur un arbre secondaire relié aux roues du véhicule, un premier moyen de 10 couplage (C1, C3) entre l'arbre secondaire et deux pignons tournant fou sur celui-ci, et au moins un deuxième moyen de couplage (C2) pouvant occuper trois positions dans lesquelles : - le moteur thermique (1) est découplé de la chaîne 15 cinématique reliant la machine électrique principale (4a) aux roues, - le moteur thermique (1) entraîne les roues avec l'appoint de la machine électrique principale (4a), et - le moteur thermique (1) et la machine électrique 20 principale (4a) sont couplés de manière à additionner leurs couples respectifs, caractérisée en ce qu'elle comporte une machine électrique secondaire (4b) reliée au moteur thermique (1) et à un arbre primaire (7) par un train épicycloïdal (3). 25 2. Transmission hybride selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente un arbre supplémentaire (16) portant un troisième moyen de couplage (C1) permettant de déplacer le véhicule grâce au moteur thermique (1) seul ou à la deuxième machine électrique (4b) seule, sur deux 30 rapports distincts. 3. Transmission hybride selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la machine électrique secondaire (4b) est relié à l'arbre primaire plein (7). 4. Transmission hybride selon la revendication 1, 35 2, ou 3, caractérisée en ce que les deux machines électriques (4a, 4b) sont disposées à deux extrémités opposées de la transmission. 5. Transmission hybride selon la revendication 1, 2 3042742 - 9 - ou 3, caractérisée en ce que les deux machines électriques (4a, 4b) sont disposées à la même extrémité de la transmission. 6. Transmission hybride selon la revendication 5, 5 caractérisée en ce que les deux machines électriques (4a, 4b) sont disposées de part et d'autre du train épicycloïdal (3) 7. Transmission hybride selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le 10 moteur thermique (1) est relié au porte-satellites (2) du train épicycloïdal (3). 8. Transmission hybride selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la machine électrique secondaire (4b) est reliée au planétaire 15 (5) du train épicycloïdal (3). 9. Transmission hybride selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'arbre primaire plein (7) est relié à la couronne (6) du train épicycloïdal (3). 20