Brevet FR3073783A1 — publié le 20190524

TRANSMISSION INFINIMENT VARIABLE A TRAIN DIVISEUR DE PUISSANCE A TROIS MODES DE FONCTIONNEMENT ET PROCEDE DE FONCTIONNEMENT DE CELLE-CI La présente invention concerne les variateurs de vitesses, ou transmissions infiniment variables (dites CVT pour « Continuously Variable Transmission » en anglais), dont le rapport entre la vitesse d'entrée et la vitesse de sortie, varie de manière continue. Plus précisément, elle a pour objet une transmission infiniment variable à train épicycloïdal diviseur de puissance, qui relie mécaniquement un moteur thermique et deux machines électriques échangeant entre elles de la puissance électrique. Dans cette transmission, la puissance mécanique du moteur thermique se répartit au niveau d'un élément d'entrée du train entre une première voie de puissance, où elle est prélevée par une première machine électrique, et une deuxième voie de puissance, où elle est réunie à la puissance mécanique de la deuxième machine électrique. Elle se regroupe sur un élément de sortie du train, d'où elle est transmise aux roues du véhicule sur un rapport de transmission variable en fonction de la puissance électrique échangée entre les deux machines électriques. La présente invention a également pour objet un 25 procédé de fonctionnement d'une telle transmission Dans les variateurs basés sur un train épicycloïdal, on ajuste le ratio en imposant un différentiel de vitesse entre deux éléments du train. Lorsqu'on fait varier le régime de rotation d'un composant du train, le ratio de 30 réduction entre deux autres composants varie en conséquence. Par la publication EP 1 125 780, on connaît une chaîne cinématique hybride dite e-CVT, comportant un moteur thermique et une transmission basée sur un train épicycloïdal, utilisant deux machines électriques pour faire 35 varier son ratio de transmission. Le moteur thermique est connecté au porte-satellites du train. Une première machine électrique est connectée au planétaire. En faisant varier sa - 2 vitesse, on fait varier le ratio entre le moteur thermique et les roues, qui sont connectées à la couronne, ainsi qu'à une deuxième machine électrique. En faisant varier la vitesse de la première machine électrique, on fait varier le 5 ratio de transmission entre le moteur thermique et les roues. Dans un véhicule conventionnel, toute l'énergie apportée aux roues provient du moteur thermique. Le rôle principal de l'e-CVT est d'ajuster le ratio entre le moteur 10 thermique et les roues. Selon le dessin en coupe de la figure 1, la première machine GEN peut prélever de la puissance mécanique au moteur thermique ICE, ou fournir de la puissance mécanique (et donc produire ou consommer de la puissance), selon la manière dont elle est pilotée. On 15 utilise alors la seconde machine ME pour dépenser ou produire cette énergie électrique, de manière à rester à bilan énergétique nul (pas de stockage ni de dépense électrique). Dans le cas d'un véhicule hybride, la machine permet d'assurer le roulage électrique et la récupération 20 d'énergie au freinage. Le rendement de l'e-CVT dépend de son ratio de réduction. Selon ce ratio, la puissance électrique échangée entre les machines, varie jusqu'à l'extrême, où toute la puissance mécanique fournie par le moteur thermique passe en dérivation électrique. Si la machine GEN ne tourne pas, le taux de dérivation est nul. La transmission est à son rendement maximum, car aucune puissance mécanique n'est prélevée ou fournie par la machine GEN. En revanche, elle doit fournir le couple d'appui nécessaire à l'équilibre du train. Il y a dans cette transmission une autre situation particulière, pour laquelle le rendement mécanique est au maximum. C'est lorsque tous les éléments du tain tournent à la même vitesse. Mais dans ce cas, la machine GEN prélève de la puissance : elle tourne et doit fournir un couple d'appui proportionnel au couple du moteur thermique. La présente invention a pour but de soulager la machine électrique de la transmission e-CVT, du couple 3 d'appui lorsqu'elle ne tourne pas, tout en ayant une dérivation de puissance nulle, lorsque tous les éléments du train tournent à la même vitesse. Dans ce but, la transmission comporte un groupe de 5 couplage entre la première machine électrique et une des deux autres sources motrices, pour faire tourner la transmission en bloc sur un rapport fixe. Conformément à l'invention, lorsque le passage de la transmission sur le rapport fixe est choisi, le moteur 10 thermique et les deux machines électriques sont pilotés pour établir le ratio du rapport fixe en mode e-CVT, avant d'effectuer le couplage de la couronne avec le porte-satellites du train. La transmission comporte de préférence un groupe de 15 couplage comprenant un manchon de crabotage pouvant être positionné selon trois positions : - une position centrale où le train planétaire fonctionne librement en e-CVT, - une première position axiale, où il relie le 20 planétaire à point fixe et bloque le planétaire en rotation, sur un premier rapport fixe « long », et - une seconde position axiale, où il lie le planétaire et le porte-satellite, permettant au train de tourner d'un seul bloc, sur un second rapport fixe 25 « court ». Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le moteur thermique est relié au porte-satellites du train, la première machine électrique GEN au planétaire, et la deuxième machine électrique à la couronne de sortie. 30 Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, le moteur thermique est relié à la couronne, la première machine électrique est reliée au planétaire, et la deuxième machine électrique est reliée au porte-satellites. Dans ces deux modes de réalisation non limitatifs de 35 l'invention, la transmission peut disposer : - d'un premier mode de fonctionnement, dans lequel le système de couplage est ouvert, où la puissance dérivée 4 sur la première machine électrique varie en fonction du régime du moteur thermique ; - d'un deuxième mode de fonctionnement, dans lequel le système de couplage est fermé, où la totalité de la 5 puissance du moteur thermique se retrouve sur la couronne de sortie du train : la première machine électrique ne tourne pas et le couple d'appui est fourni par le système de couplage. La puissance électrique dérivée est nulle ; - d'un troisième mode de fonctionnement, dans 10 lequel le système de couplage est fermé sur le train, où la totalité de la puissance du moteur thermique se retrouve sur la couronne de sortie du train. La première machine électrique tourne à la vitesse du train qui fait bloc, mais sans fournir de couple ; la puissance électrique dérivée est 15 nulle. Le choix de passer sur l'un ou l'autre des rapports fixes, peut être fait à partir d'une cartographie mettant en évidence leur intérêt d'un point de vue énergétique, en fonction de la vitesse du véhicule et de la puissance 20 demandée à la roue. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : 25 - la figure 1 est la coupe A-A longitudinale de la transmission du type e-CVT électrique ; - la figure 2 une coupe transversale simplifiée ; - la figure 3 est un agrandissement partiel de la figure 1, de la zone du train planétaire et du dispositif de 30 blocage ; - la figure 4 est une vue partielle de la figure 1 illustrant le flux de puissance dans le train planétaire en mode dérivation de puissance ; - la figure 5 est une vue partielle de la figure 1 35 illustrant le flux de puissance dans le train planétaire en mode planétaire bloqué (rapport fixe court); 5 la figure 6 est une vue partielle de la figure 1 illustrant le flux de puissance dans le train planétaire en mode planétaire bloqué (rapport fixe long). La transmission illustrée par les figures est un 5 système e-CVT. Il s'agit d'une transmission infiniment variable 1 à train épicycloïdal diviseur de puissance 30 qui relie mécaniquement un moteur thermique et deux machines électriques 50, 60 échangeant entre elles de la puissance électrique. La puissance mécanique du moteur thermique 10 introduite dans le train 30 se répartit au niveau d'un élément 33 (satellites) du train entre une première voie de puissance où elle est prélevée par une première machine électrique 50 , et une deuxième voie de puissance où elle est réunie à la puissance mécanique de la deuxième machine 15 électrique 60. Elle se regroupe sur un élément de sortie du train, d'où elle est transmise aux roues du véhicule sur un rapport de transmission variable en fonction de la puissance électrique échangée entre les deux machines électriques 50, 60. 20 Cette transmission est composée de quatre éléments principaux : un train épicycloïdal 30, qui relie mécaniquement une première machine électrique GEN 50, une seconde machine électrique ME 60 et un moteur thermique ICE (dont on a seulement représenté le vilebrequin 20) qui est 25 la source principale de puissance. La première machine électrique GEN 50 permet d'adapter le ratio de réduction entre le moteur thermique et les roues. La deuxième machine électrique ME 60, est liée de manière permanente aux roues, selon un rapport fixe. 30 Sur la figure 1, on distingue de la droite vers la gauche, un carter de volant et de différentiel 10, le carter de mécanismes 11, le support de mécanisme de commande 12, et le carter de machines électriques 13 de la transmission. Il s'agit d'une transmission infiniment variable à train 35 épicycloïdal diviseur de puissance, qui relie mécaniquement un moteur thermique et deux machines électriques échangeant entre elles de la puissance électrique. La puissance mécanique du moteur thermique se répartit au niveau d'un - 6 élément 33 d'entrée du train 30 entre une première voie de puissance où elle est prélevée par la première machine électrique 50 (GEN), et une deuxième voie de puissance, où elle est réunie à la puissance mécanique de la deuxième 5 machine 60 (ME). La puissance se regroupe sur un élément de sortie du train d'où elle est transmise aux roues du véhicule, sur un rapport de transmission variable en fonction de la puissance électrique échangée entre les deux machines électriques 50, 60. 10 Dans le premier carter, ou carter de volant 10, on voit le vilebrequin 20, un volant d'inertie classique 21 de moteur thermique (non représenté), un limiteur de couple 22, et un amortisseur 23. Le carter de mécanismes 11 renferme un train épicycloïdal diviseur de puissance 30, avec le groupe 15 de couplage 40, qui sont agrandis sur la figure 3. Le train épicycloïdal diviseur de puissance 30 est composé d'un planétaire 35, d'un porte-satellite 31, et d'une couronne 34. Le planétaire 35 est constitué par une denture fixe de l'arbre planétaire de la transmission. Dans le mode de 20 réalisation non limitatif illustré par les figures, le planétaire 35 est relié à la machine électrique GEN 50. Le moteur thermique (représenté par son vilebrequin 20), est relié au porte-satellites 31 du train 30 par l'intermédiaire de l'arbre 31,a et de l'amortisseur 23. La première machine 25 électrique 50 est reliée au planétaire 35. La deuxième machine électrique 60 est reliée à la couronne de sortie 34 du train. La couronne 34 est reliée aux roues du véhicule par deux étages de couple de pignons. La transmission comporte un arbre intermédiaire 70 30 couplé à la deuxième machine électrique 60, et un arbre secondaire 80 portant un pignon de descente 81 vers la couronne de différentiel 93, un pignon de descente de machine électrique 82 et un pignon de descente du train planétaire 83. 35 Dans le mode de réalisation décrit sur les figures, le couplage du moteur thermique et de la première machine électrique 50 s'effectue entre l'arbre de planétaire 35 et - 7 le porte satellite 31 fixé sur l'arbre d'entrée lié au vilebrequin 20 du moteur thermique. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, non représenté sur les schémas, la première machine électrique 5 50 est reliée au planétaire, et la deuxième machine électrique 60 au porte-satellites. Le groupe de couplage 40 entre la première machine électrique 50 et une des deux autres sources motrices, permet de faire tourner la transmission en bloc sur un 10 rapport fixe. Il est composé d'un moyeu 41 supporté par l'arbre de la génératrice 52,a. C'est un système à crabot, ou groupe de synchro-crabotage composé, d'un moyeu 41 solidaire du planétaire 35, d'un cône crabot 44 solidaire du corps du porte-satellites 31 et d'un manchon coulissant, ou 15 baladeur 42. Il est capable de réaliser une liaison entre le planétaire 35 et le porte-satellites 31. Le manchon 42 coulisse axialement. Il peut ainsi se déplacer et adopter une position centrale et deux positions extrêmes à droite et à gauche. Les déplacements du manchon de crabotage sont 20 assurés par une commande comprenant une fourchette 47 supportée par un axe de fourchette 48, lui-même supporté par le carter de mécanisme 13 et le support 12 du mécanisme de commande. Ses déplacements sont contrôlés par un actionneur linéaire pneumatique, hydraulique, ou électrique, non 25 représenté. Dans ce dernier cas, il est connecté au réseau électrique d'alimentation existant. Dans ses positions extrêmes, le manchon 42 s'engage, à droite dans un crabot 43 supporté par le porte-satellites, et à gauche dans un crabot 44 fixé sur le support de 30 mécanisme 12. Pour éviter de la bruyance telle que des « craquements », le groupe de couplage comprend un anneau de synchronisation 45 mis en position par les clavettes d'armement 46. Lorsque le moteur thermique est à l'arrêt (roulage en 35 mode électrique), il n'offre plus d'appui au train 30. Une roue libre, prend le relai. Elle permet alors d'utiliser la génératrice en moteur pour les roulages en mode électrique, mais en marche avant seulement. La particularité de cette - 8 roue libre est son agencement dans la boîte, donc dans l'huile, et son limiteur de couple, qui protège ses pistes et son accrochage sur carter, des pics de couple de type incidentel, par exemple en cas de freinage avec blocage des 5 roues. La puissance totale ou partielle transmise à la couronne du train, est transmise à l'arbre secondaire 80 par un couple de pignon 34,a et 83. La puissance de la ME 60 est transmise à l'arbre 70, puis est transmise également à 10 l'arbre secondaire 80 par le couple de pignons 71 et 82. Enfin, la puissance est transmise aux roues de l'arbre secondaire 80 par de pignon d'attaque 81 à la couronne de pont 93, qui fait partie d'un ensemble différentiel 90 comprenant un boitier 91, qui supporte la couronne 93 et 15 contient un mécanisme 92 de répartition de couple aux roues classique, à planétaires et satellites. Lorsque le groupe est dé-craboté (figure 4), le train 30 fonctionne en dérivation de puissance. La transmission est en mode e-CVT. La puissance du moteur thermique entre 20 par le porte-satellites 31. La répartition de puissance est réalisée au niveau des satellites 33. Elle se partage entre le planétaire 35 pour la puissance prélevée par la génératrice 50, et la couronne 34, pour la puissance transmise directement aux roues. La circulation de puissance 25 est représentée par les lignes en trait plein et le sens de circulation vaut pour le sens entrainement du véhicule par le moteur thermique. Comme tous les trains épicycloïdaux, le train diviseur 30 obéit à des lois, dont les principales sont : 30 - somme des puissances nulle (puissance entrante = puissance sortante), - couple au porte-satellites = couple au planétaire + couple à la couronne. En fonction des vitesses de la couronne 34 (c'est-à35 dire du véhicule) et du moteur thermique (dont on choisit le point de fonctionnement optimal à chaque situation donnée), la vitesse de la génératrice 50 est imposée, et la puissance 9 prélevée, ou « dérivée », est fixée. Mais pour une vitesse du véhicule donnée, on peut caler le moteur à n'importe quel régime, grâce à la dérivation de puissance variable. On peut alors se trouver dans un mode de fonctionnement hybride 5 série, typiquement au démarrage du véhicule, où la puissance dérivée est proche de 100%. En revanche à haute vitesse, si la puissance dérivée est proche de 0%, le fonctionnement du véhicule est celui d'un véhicule hybride parallèle. Sur la figure 5, le système est craboté à gauche. Le 10 manchon 42 est engagé sur le crabot 44 lié au support de mécanisme de commande 12. Le planétaire 35 et la génératrice 50 sont bloqués. Le couple d'appui est fourni par le crabot 44. La vitesse étant nulle, la puissance échangée est nulle. Le couple d'appui est représenté par la ligne de pointillée 15 entre le crabot 44 et le planétaire 35. La circulation de puissance est représentée par la ligne en trait plein. Le sens de circulation vaut pour le sens entrainement du véhicule par le moteur thermique. Toute la puissance du moteur thermique est transmise à la couronne du train 44 et 20 aux roues. La dérivation de puissance électrique est bien nulle. La démultiplication entre le moteur thermique et les roues est longue, car la transmission de la puissance du porte-satellites 31 à la couronne 34 est en surmultiplié selon le rapport (Nc+Np)/Nc, Nc étant est le nombre de dents 25 de la couronne et Np le nombre de dents du planétaire. Sur la figure 6, le système est craboté à droite. Le manchon 42 est engagé sur le crabot 43 lié au porte-satellites 31. Lorsque le planétaire 35 et le porte-satellites 31 sont liés, le train planétaire 30 tourne d'un 30 seul bloc. Le couple d'appui du planétaire 35 est fourni par le crabot 43. La puissance prélevée au porte-satellites 31 est transmise au planétaire 35 et intégralement restituée. Ainsi toute la puissance du moteur thermique est transmise à la couronne du train 44 et aux roues. La circulation de 35 puissance est représentée par les lignes en trait plein. Le sens de circulation vaut pour l'entraînement du véhicule par le moteur thermique. La dérivation de puissance électrique est nulle. La génératrice 50 tourne librement, mais ne - 10 - fournit pas de couple. La démultiplication entre le moteur thermique et les roues est « courte » car la transmission de la puissance du porte-satellite 31 à la couronne 34 est dans le rapport un. 5 En résumé, la transmission dispose : - d'un premier mode de fonctionnement, dans lequel le système de couplage est ouvert, où la puissance dérivée sur la première machine électrique varie en fonction du régime du moteur thermique ; dans ce mode, le rapport de 10 transmission est variable - d'un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le manchon du système de couplage est engagé à gauche sur un crabot fixe où la totalité de la puissance du moteur thermique se retrouve sur la couronne de sortie du train 15 selon une démultiplication « longue » ; dans ce mode, le rapport de transmission est fixe ; - d'un troisième mode de fonctionnement dans lequel le manchon du système de couplage est engagé à droite sur un crabot lié au porte-satellites où la totalité de la 20 puissance du moteur thermique se retrouve sur la couronne de sortie du train selon une démultiplication « courte » ; dans ce mode le rapport de transmission, est fixe. Pour passer du mode e-CVT à l'un ou l'autre des rapports fixes, le moteur thermique et la génératrice sont 25 pilotés pour établir le ratio du rapport fixe en mode e-CVT, avant d'effectuer le couplage du planétaire, soit avec le porte-satellites, soit avec le support du mécanisme de couplage. Puisque la préparation du crabotage est réalisée en approche par pilotage de la génératrice, le passage sur 30 le rapport fixe est doux et imperceptible (pas de variation du niveau d'accélération du véhicule). Le choix de passer sur l'un ou l'autre des rapports fixes de la transmission peut être fait à partir d'une cartographie indiquant s'il est intéressant, d'un point de vue énergétique, d'y basculer 35 en fonction de la vitesse du véhicule et de la puissance nécessaire à la roue. Les avantages de l'invention sont nombreux. Parmi ceux-ci, il faut souligner l'absence de rupture ou de pic de couple lors de l'activation et de la désactivation des rapports fixes, ainsi que le gain en consommation significatif, obtenus grâce à l'introduction REVENDICATIONS1. Transmission infiniment variable à train épicycloïdal diviseur de puissance (30) qui relie mécaniquement un moteur thermique et deux machines électriques (50, 60) échangeant entre elles de la puissance électrique, transmission dans laquelle la puissance mécanique du moteur thermique introduite dans le train (30) se répartit au niveau d'un élément (33) du train entre une première voie de puissance où elle est prélevée par une première machine électrique (50) , et une deuxième voie de puissance où elle est réunie à la puissance mécanique de la deuxième machine électrique (60) et se regroupe sur un élément de sortie du train, d'où elle est transmise aux roues du véhicule sur un rapport de transmission variable en fonction de la puissance électrique échangée entre les deux machines électriques, caractérisée en ce qu'elle comporte un groupe de couplage (40) entre la première machine électrique (50) et une des deux autres sources motrices pour faire tourner la transmission en bloc sur un rapport fixe. 2. Transmission infiniment variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur thermique est relié au porte-satellites (35) du train (30, la première machine électrique (50) à son planétaire (35), et la deuxième machine électrique (60) à sa couronne de sortie (34). 3. Transmission infiniment variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur thermique est relié à la couronne (34), la première machine électrique (50) au planétaire (35), et la deuxième machine électrique (60) au porte-satellites (31). 4. Transmission infiniment variable selon la revendication 2, caractérisée en ce que le couplage du moteur thermique et de la première machine électrique (50) s'effectue entre l'arbre de planétaire (35) et le porte-satellites (31) fixé sur l'arbre d'entrée lié au vilebrequin (20) du moteur thermique. - 13 - 5. Transmission infiniment variable selon la revendication 4, caractérisée en ce que le planétaire (35) est constitué par une denture fixe d'un arbre planétaire de la transmission. 5 6. Transmission infiniment variable selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le groupe de couplage (30) est un système à crabot capable de réaliser une liaison entre le planétaire (35) et le porte-satellites (31) du train (30). 10 7. Transmission infiniment variable selon la revendication 6, caractérisée en ce que le groupe de couplage (30) est un groupe de synchro-crabotage composé d'un moyeu (41) solidaire du planétaire (35), d'un cône crabot (43) solidaire du corps du porte-satellites, d'un 15 cône crabot (44) solidaire du support de mécanisme (12) et d'un manchon coulissant (42). 8. Transmission infiniment variable selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le groupe de couplage (30) est en appui sur le carter de volant (10) 20 de la transmission par une roue libre (36) avec limiteur de couple. 9. Transmission infiniment variable selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un arbre intermédiaire (70) portant la deuxième 25 machine électrique (60), et un arbre secondaire (80) portant un pignon de descente (81) vers la couronne de différentiel (93), un pignon de descente de machine électrique (82) et un pignon de descente du train planétaire (83). 30 10. Transmission selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle dispose d'un mode de fonctionnement sur rapport variable, dans lequel le groupe de couplage (30) est ouvert, où la puissance dérivée sur la première machine électrique (40) varie en fonction du régime 35 du moteur thermique et de deux modes de fonctionnement sur rapport fixe, dans lesquels le groupe de couplage (30) est fermé, où la totalité de la puissance du moteur thermique se retrouve sur la couronne de sortie (34) du train (30). - 14 - 11. Transmission selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle dispose d'un premier mode de fonctionnement sur rapport fixe dans lequel le manchon du système de couplage est engagé à gauche sur un crabot fixe, 5 où la totalité de la puissance du moteur thermique se retrouve sur la couronne de sortie du train selon une démultiplication longue. 12. Transmission selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce qu'elle dispose d'un deuxième mode de 10 fonctionnement sur rapport fixe, dans lequel le manchon du système de couplage est engagé à droite sur un crabot lié au porte-satellites, où la totalité de la puissance du moteur thermique se retrouve sur la couronne de sortie du train selon une démultiplication courte. 15 13. Procédé de fonctionnement d'une transmission selon la revendication 10, 11 ou 12, caractérisé en ce que lorsque le passage de la transmission sur le rapport fixe est choisi, le moteur thermique et les deux machines électriques (50, 60) sont pilotés pour établir le ratio du 20 rapport fixe en mode e-CVT, avant d'effectuer le couplage de la couronne (34) avec le porte-satellites (31). 14. Procédé de fonctionnement selon la revendication 13, caractérisé en ce que le choix de passer sur le rapport fixe de la transmission est fait à partir d'une cartographie 25 indiquant s'il est intéressant de basculer sur le rapport fixe d'un point de vue énergétique, en fonction de la vitesse du véhicule et de la puissance à la roue.