Brevet FR3081790A1 — publié le 20191206

«BOITE DE VITESSES À SYNCHRONISATION CENTRALISÉE» [0001] L'invention s'inscrit dans le domaine des boîtes de vitesses à rapports discrets pour véhicule automobile disposant d'un moteur thermique. Ce moteur thermique peut être le moteur unique d'une motorisation purement thermique, ou être inséré dans une motorisation hybride thermique et électrique, dans laquelle en fonction des circonstances de route, il vient en relais d'une machine électrique, est relayé par une telle machine, ou participe simultanément avec celle-ci à la mise et au maintien en mouvement du véhicule. En particulier, le véhicule peut être un véhicule hybride classique (« full hybrid ») ou hybride rechargeable (« plug-in hybride electric vehicle », PHEV). [0002] Les boîtes de vitesses concernées sont des boîtes de vitesses à double embrayage, pilotées par un système de commande. Elles comprennent des couples de pignons définissant chacun un rapport de vitesses, répartis sur deux couples d'arbres, deux d'entre eux étant des arbres primaires entrainés par le moteur thermique, et les deux autres des arbres secondaires reliés au train de roues motrices. [0003] Classiquement, les rapports de vitesses sont engagés à l'aide de synchroniseurs qui permettent, lors de l'engagement d'un rapport, de faire évoluer progressivement le régime de rotation de l'arbre primaire pour l'amener au régime correspondant à la vitesse courante des roues, au rapport à engager près. Une fois le régime de l'arbre adapté, l'embrayage correspondant est fermé. [0004] Les synchroniseurs évitent les à-coups par l'utilisation de surfaces de frottement, dits cônes de frottement. Mais les frottements induisent une perte en énergie, qui entraine une consommation de carburant inutilement élevée. [0005] De plus les synchroniseurs sont encombrants dans la direction axiale des arbres. La longueur de la boîte de vitesses est donc impactée défavorablement, d'autant plus que le nombre de rapports est maintenant souvent élevé - jusqu'à 8 rapports souvent, et que les longueurs occupées par les synchroniseurs s'additionnent. [0006] Enfin, chaque synchroniseur nécessite un actionneur de commande, ce qui complexifie le contrôle de la commutation des rapports. [0007] Le document FR3056157_A1 décrit une boîte de vitesses à double embrayage 30 mise en place sur une motorisation hybride thermique et électrique, mais incluant autant 2 de synchroniseurs que de rapports, ce qui allonge le système dans la direction des arbres, et complique la commande. [0008] Pour résoudre ces problèmes, il est proposé une boîte de vitesses pour chaîne de puissance comprenant deux arbres primaires munis chacun d'un embrayage pour recevoir 5 la puissance d'un moteur, deux arbres secondaires pour transmettre la puissance à un train de roues motrices, et pour transmettre la puissance des arbres primaires aux arbres secondaires avec différents rapports de vitesses, des couples de pignons engrainés, l'un des pignons de chaque couple étant monté fixe sur l'arbre primaire associé, et l'autre pignon du couple étant monté fou sur l'arbre secondaire associé, chacun desdits couples 10 de pignons disposant de plus d'un moyen de couplage du pignon fou à l'arbre secondaire associé pour engager le rapport de vitesses correspondant. [0009] La boîte de vitesses est remarquable car elle comprend de plus une machine électrique comportant un arbre de sortie couplé aux deux arbres primaires par respectivement des couples de pignons engrainés pour la synchronisation, dont, au sein 15 de chaque couple de pignons pour la synchronisation, un pignon est monté fou sur l'arbre de sortie de la machine électrique et l'autre est monté fixe sur l'arbre primaire associé, la boîte de vitesses comprenant de plus un premier et un deuxième synchroniseurs associés chacun à un desdits pignons fous montés sur l'arbre de sortie de la machine électrique et un moyen de commande de la machine électrique et desdits synchroniseurs pour amener, 20 lors de la transition entre deux rapports de vitesses contigus, l'arbre primaire correspondant au rapport à engager, à une vitesse adaptée à la fermeture de l'embrayage correspondant. [0010] Grâce à ce principe de synchronisation centralisée on réduit les pertes par frottement : le nombre de synchroniseurs peut être limité à deux et le nombre de cônes de 25 frottement par synchroniseur peut être réduit car le moteur électrique est commandé en sorte de synchroniser les régimes, les deux synchroniseurs montés sur l'arbre de sortie de la machine électrique étant utilisés pour ne pas avoir à mettre en place une commande de la machine électrique qui soit trop complexe. [0011] Toujours grâce à ce principe, la boîte de vitesses est plus courte selon la direction des arbres, puisqu'il n'est pas besoin de mettre en place un synchroniseur par rapport. [0012] De plus les coûts de fabrication et la consommation en carburant sont réduits. 3 [0013] La machine électrique ne sert qu'a synchroniser le régime des arbres primaires. Il peut s'agir d'une machine de petite taille, qui n'applique son couple que quelques millisecondes. [0014] Les caractéristiques suivantes sont optionnelles et avantageuses : 5 [0015] - les moyens de couplage des pignons fous à l'arbre primaire associé sont des crabots ; [0016] - le moyen de commande ferme le crabot associé au rapport de vitesses à engager après que l'arbre primaire correspondant a atteint la vitesse adaptée à la fermeture de l'embrayage correspondant, et ferme ensuite ledit embrayage 10 correspondant ; [0017] - les premier et deuxième synchroniseurs sont à cône de frottement unique ; [0018] - chacun des deux arbres primaires est relié à l'arbre secondaire associé par trois couples de pignons définissant autant de rapports de vitesses ; [0019] - le moyen de commande reçoit les vitesses des roues, la commande du 15 conducteur et les vitesses des arbres primaires. [0020] L'invention porte aussi sur une chaîne de puissance pour véhicule automobile comprenant une boîte de vitesses selon les caractéristiques ci-dessus, qui comprend un moteur thermique pour appliquer de la puissance sur l'un ou l'autre des arbres primaires. [0021] L'invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant une telle chaîne 20 de puissance pour son roulement. [0022] L'invention porte aussi sur un procédé de passage d'un rapport de vitesses à un rapport de vitesses contigu au sein d'une boîte de vitesses pour chaîne de puissance comprenant deux arbres primaires munis chacun d'un embrayage pour recevoir la puissance d'un moteur, deux arbres secondaires pour transmettre la puissance à un train 25 de roues motrices, et pour transmettre la puissance des arbres primaires aux arbres secondaires avec différents rapports de vitesses, des couples de pignons engrainés, l'un des pignons de chaque couple étant monté fixe sur l'arbre primaire associé, et l'autre pignon du couple étant monté fou sur l'arbre secondaire associé, chacun desdits couples de pignons disposant de plus d'un moyen de couplage du pignon fou à l'arbre secondaire 30 associé pour engager le rapport de vitesses correspondant. 4 [0023] Le procédé est remarquable en ce qu'il comprend le fait d'amener l'arbre primaire correspondant au rapport à engager, à une vitesse adaptée à la fermeture de l'embrayage correspondant par la commande d'une machine électrique et de synchroniseurs portés par un arbre de sortie de la machine électrique, ledit arbre de sortie étant couplé aux deux 5 arbres primaires par respectivement des couples de pignons engrainés pour la synchronisation, dont, au sein de chaque couple de pignons pour la synchronisation, un pignon est monté fou sur l'arbre de sortie de la machine électrique et associé à un des deux synchroniseurs et l'autre est monté fixe sur l'arbre primaire associé. [0024] Le procédé peut aussi comprendre dans cet ordre, une fois l'arbre primaire 10 amené à ladite vitesse, le fait de fermer le moyen de couplage à l'arbre secondaire du pignon fou associé au rapport à engager, puis le fait de fermer l'embrayage correspondant. [0025] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va 15 suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - La figure 1 est une vue d'une chaîne de transmission de puissance selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue d'une chaîne de transmission de puissance selon 20 l'invention ; - la figure 3 est une représentation des étapes mises en oeuvre dans la chaîne de transmission de puissance. [0027] En figure 1 on a représenté une chaîne de transmission de puissance de véhicule automobile selon l'art antérieur. Le véhicule concerné est un véhicule à moteur thermique, 25 et à boîte de vitesses à double embrayage. Une telle boîte de vitesses est pilotée par un moyen de pilotage 100 qui reçoit des informations de différents capteurs, notamment des capteurs 105 de vitesse des roues, et qui reçoit également les commandes du conducteur, sous la forme de commandes 106. [0028] La chaîne de transmission de puissance transmet la puissance générée par le 30 moteur thermique MTH, au train de roues motrices R. Le train de roues motrices R reçoit la puissance par l'intermédiaire d'un pont P couplé par des couples de pignons engrainés à deux arbres secondaires AS1 et AS2. 5 [0029] Le moteur thermique MTH fournit sa puissance à deux arbres primaires AP1 et AP2 qui lui sont couplés par l'intermédiaire de deux embrayages EMB1 et EMB2, commandés par le moyen de commande 100. Les arbres primaires AP1 et AP2 sont en général concentriques, ainsi que les embrayages associés. 5 [0030] L'arbre primaire AP1 et l'arbre secondaire AS1 peuvent être couplés l'un à l'autre par l'un ou l'autre de trois couples de pignons CP1, CP2 et CP3, et l'arbre primaire AP2 et l'arbre secondaire AS2 peuvent être couplés l'un à l'autre par l'un ou l'autre de trois couples de pignons engrainés CP4, CP5 et CP6. [0031] Chacun des couples de pignons CP1 à CP6 définit un rapport de vitesses 10 différent entre la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur thermique MTH et la vitesse de rotation du train de roues motrices R. [0032] Chacun des couples de pignons CP1 à CP6 est constitué de la manière suivante : un pignon monté fixe sur l'arbre primaire correspondant, et un pignon monté fou sur l'arbre secondaire correspondant. 15 [0033] Dans l'art antérieur l'engagement d'un rapport de vitesses est mené par l'utilisation d'un synchroniseur associé au couple de pignons correspondant, les synchroniseurs étant référencés Si à S6, avec une numérotation qui suit la numérotation des couples de pignons CP1 à CP6, le synchroniseur venant, sous la commande du moyen de commande 100, provoquer l'entrainement du pignon monté fou par l'arbre 20 secondaire sur lequel il est monté. [0034] L'utilisation d'un synchroniseur permet, en autorisant le frottement, de faire en sorte que les vitesses de rotation de l'arbre primaire et de l'arbre secondaire soient mises en coïncidence sans que le mécanisme soit brusqué. En effet, au moment de la fermeture du synchroniseur, l'arbre secondaire tourne à une vitesse qui est proportionnelle à celle de 25 la vitesse de rotation de train de roues motrices R alors que l'arbre primaire correspondant est en général à l'arrêt, l'embrayage correspondant, étant ouvert. [0035] Ainsi l'utilisation du synchroniseur permet la mise en rotation progressive de l'arbre primaire, sans à-coups, jusqu'à ce que l'arbre primaire tourne à la vitesse correspondant à la vitesse du véhicule, compte tenu du rapport de vitesses qui est en 30 cours d'engagement. À partir de ce moment-là, l'embrayage correspondant peut être fermé. Naturellement la fermeture de l'embrayage correspondant est menée 6 simultanément avec l'ouverture de l'autre embrayage, de manière à ce que le changement de rapport de vitesses se fasse en douceur. [0036] Cette disposition présente l'inconvénient que les synchroniseurs sont des dispositifs encombrants, et que leur commande est complexe, notamment car ils sont en 5 grand nombre, ici au nombre de six. [0037] En figure 2 on a représenté un mode de réalisation de l'invention. Il s'agit d'une évolution du système représenté en figure 1. Comme précédemment, la puissance d'un moteur thermique MTH est transférée à un train de roues motrices R. [0038] À nouveau la puissance transite par l'un ou l'autre de deux arbres primaires AP1 10 et AP2 et l'un ou l'autre des deux arbres secondaires AS1 et AS2. Les arbres primaires sont reliés à la sortie du moteur thermique MTH et les arbres secondaires sont reliés au pont P du train de roues motrices R. [0039] Comme précédemment des couples de pignons CP1 à CP6 définissent des rapports de vitesses. Les couples de pignons CP1 à CP3 sont portés par les arbres 15 primaire et secondaire AP1 et AS1, et les couples de pignons CP4 à CP6 sont portés par les arbres primaire et secondaire AP2 et AS2. [0040] Contrairement à l'art antérieur, les pignons fous portés par les arbres secondaires AS1 et AS2, et formant avec un pignon fixe porté par l'arbre primaire AP1 et AP2 correspondant les couples de pignons définissant un rapport de vitesses, sont, pour 20 l'engagement du rapport de vitesses, fixés, de manière réversible, à l'arbre secondaire correspondant à l'aide de crabots référencés Cl à C6. [0041] Ainsi, il n'est pas prévu de fonction de synchronisation de régime de rotation individuelle pour chaque couple de pignons définissant un rapport de vitesses. [0042] Par contre, l'arbre primaire AP1 peut être couplé avec un arbre tertiaire AO à 25 l'aide d'un couple de pignons engrainés CP10 et l'arbre primaire AP2 peut être couplé avec le même arbre tertiaire AO à l'aide d'un couple de pignons engrainés CP20. [0043] L'arbre tertiaire AO est l'arbre de sortie d'une machine électrique MEL. Les couples de pignons CP10 et CP20 sont constitués par un pignon fixe monté sur l'arbre primaire correspondant et un pignon monté fou sur l'arbre tertiaire AO. 7 [0044] Deux synchroniseurs S10 et S20 permettent de créer un entrainement entre l'arbre tertiaire AO et respectivement le pignon fou du couple de pignons CP10, ou le pignon fou du couple de pignons CP20. Ainsi, ces synchroniseurs S10 et S20 permettent de transmettre un mouvement de la machine électrique MEL vers respectivement l'arbre 5 primaire AP1 ou l'arbre primaire AP2, et d'amener ceux-ci à une vitesse définie par le système de commande 110, à partir d'une vitesse nulle, l'embrayage correspondant étant ouvert et tous les crabots portés par l'arbre secondaire associé étant également ouverts. [0045] Le système de commande 110 reçoit une information de vitesse des roues 105, une information de commande d'accélération par le pilote 106 et des informations de 10 vitesse des arbres primaires 107. [0046] Ainsi on dispose d'un ensemble de deux synchroniseurs centralisés qui sont pilotés en vitesse de rotation par la machine électrique MEL, qui peut être de petite taille, et ne fonctionner que pendant quelques millisecondes. Les crabots Cl à 06 sont actionnés après la phase de synchronisation effectuée par l'un des synchroniseurs S10 ou 15 S20, en fonction du rapport à engager. [0047] On va par exemple décrire ici un passage de rapport de vitesses entre les rapports 3 et 2. Il s'agit donc d'une rétrogradation. [0048] Tout d'abord le véhicule roule avec le crabot correspondant au rapport de vitesses 3 engagé. Il s'agit ici du crabot 04. L'embrayage EM B1 est ouvert, et l'embrayage 20 EMB2 est fermé. [0049] Le moyen de commande 110 détermine la vitesse de synchronisation pour le synchroniseur S10, de manière à engager le crabot correspondant au rapport de vitesses 2 sans craquement. Le crabot correspondant au rapport de vitesses 2 est le crabot 03. [0050] Pour obtenir la bonne vitesse de synchronisation, le moyen de commande 110 25 prend en compte la vitesse des roues, fournie par les capteurs 105 et la vitesse des arbres primaires AP1 et AP2 fournie par les capteurs 107. Naturellement le moyen de commande 110 prend en compte également les caractéristiques structurelles de la boîte de vitesses qui sont les caractéristiques du pont P, le rapport de démultiplication du couple de pignons CP3 correspondant au rapport de vitesses 2, et les caractéristiques du synchroniseur S10. 30 [0051] Une fois l'arbre primaire AP1 amené au bon régime de rotation grâce à la machine électrique MEL et au synchroniseur S10, ainsi qu'au couple de pignons CP10, au 8 cours d'une étape El, le moyen de commande 110 pilote le crabotage du crabot 03, au cours d'une étape E2. [0052] Une fois le rapport de vitesses engagé par le crabotage du crabot 03 on peut croiser les embrayages au cours d'une étape E3, c'est-à-dire ouvrir l'embrayage EMB2 et 5 fermer l'embrayage REVENDICATIONS1. Boîte de vitesses pour chaîne de puissance comprenant deux arbres primaires (AP1, AP2) munis chacun d'un embrayage (EMB1, EMB2) pour recevoir la puissance d'un moteur (MTH), deux arbres secondaires (AS1, AS2) pour transmettre la puissance à un train de roues motrices (R), et pour transmettre la puissance des arbres primaires (AP1, AP2) aux arbres secondaires (AS1, AS2) avec différents rapports de vitesses, des couples de pignons engrainés (CP1-CP6), l'un des pignons de chaque couple étant monté fixe sur l'arbre primaire associé, et l'autre pignon du couple étant monté fou sur l'arbre secondaire associé, chacun desdits couples de pignons disposant de plus d'un moyen de couplage (C1-06) du pignon fou à l'arbre secondaire associé pour engager le rapport de vitesses correspondant, caractérisée en ce que la boîte de vitesses comprend de plus une machine électrique (MEL) comportant un arbre de sortie (AO) couplé aux deux arbres primaires (AP1, AP2) par respectivement des couples de pignons engrainés pour la synchronisation (CP10, CP20), dont, au sein de chaque couple de pignons pour la synchronisation (CP10, CP20), un pignon est monté fou sur l'arbre de sortie (AO) de la machine électrique (MEL) et l'autre est monté fixe sur l'arbre primaire associé (API, AP2), la boîte de vitesses comprenant de plus un premier et un deuxième synchroniseurs (S10, S20) associés chacun à un desdits pignons fous montés sur l'arbre de sortie (AO) de la machine électrique et un moyen de commande (110) de la machine électrique (MEL) et desdits synchroniseurs (S10, S20) pour amener, lors de la transition entre deux rapports de vitesses contigus, l'arbre primaire (AP1, AP2) correspondant au rapport à engager, à une vitesse adaptée à la fermeture de l'embrayage (EMB1, EMB2) correspondant. 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de couplage (C1-06) des pignons fous à l'arbre secondaire (AS1, AS2) associé sont des crabots. 3. Boîte de vitesses selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen de commande (110) ferme le crabot (C-06) associé au rapport de vitesses à engager après que l'arbre primaire (AP1, AP2) correspondant a atteint la vitesse adaptée à la fermeture de l'embrayage correspondant (EMB1, EMB2), et ferme ensuite ledit embrayage correspondant (EMB1, EMB2). 4. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les premier et deuxième synchroniseurs (S10, S20) sont à cône de frottement unique. 10 5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chacun des deux arbres primaires (AP1, AP2) est relié à l'arbre secondaire (AS1, AS2) associé par trois couples de pignons définissant autant de rapports de vitesses. 6. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le moyen 5 de commande reçoit les vitesses des roues (105), la commande du conducteur (106) et les vitesses des arbres primaires (107). 7. Chaîne de puissance pour véhicule automobile comprenant une boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un moteur thermique (MTH) pour appliquer de la puissance sur l'un ou l'autre des arbres primaires. 10 8. Véhicule automobile comprenant une chaîne de puissance selon la revendication 7. 9. Procédé de passage d'un rapport de vitesses à un rapport de vitesses contigu au sein d'une boîte de vitesses pour chaîne de puissance comprenant deux arbres primaires (AP1, AP2) munis chacun d'un embrayage (EMB1, EMB2) pour recevoir la puissance d'un moteur (MTH), deux arbres secondaires (AS1, AS2) pour transmettre la puissance à un 15 train de roues motrices (R), et pour transmettre la puissance des arbres primaires (AP1, AP2) aux arbres secondaires (AS1, AS2) avec différents rapports de vitesses, des couples de pignons engrainés (CP1-CP6), l'un des pignons de chaque couple étant monté fixe sur l'arbre primaire associé, et l'autre pignon du couple étant monté fou sur l'arbre secondaire associé, chacun desdits couples de pignons disposant de plus d'un moyen de couplage 20 (C1-C6) du pignon fou à l'arbre secondaire associé pour engager le rapport de vitesses correspondant, caractérisé en ce que le procédé comprend le fait d'amener l'arbre primaire (AP1, AP2) correspondant au rapport à engager, à une vitesse adaptée à la fermeture de l'embrayage (EMB1, EMB2) correspondant par la commande (110) d'une machine électrique (MEL) et de synchroniseurs (S10, S20) portés par un arbre de sortie 25 (AO) de la machine électrique, ledit arbre de sortie (AO) étant couplé aux deux arbres primaires (AP1, AP2) par respectivement des couples de pignons engrainés pour la synchronisation (CP10, CP20), dont, au sein de chaque couple de pignons pour la synchronisation (CP10, CP20), un pignon est monté fou sur l'arbre de sortie (AO) de la machine électrique (MEL) et associé à un des deux synchroniseurs et l'autre est monté 30 fixe sur l'arbre primaire associé (AP1 , AP2). 10. Procédé de passage d'un rapport de vitesses selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend le fait de, dans cet ordre, une fois l'arbre primaire amené à ladite vitesse, fermer (E2) le moyen de couplage (C1-C6) à l'arbre secondaire (AS1, AS2) du 11 pignon fou associé au rapport à engager, puis le fait de fermer (E3) l'embrayage correspondant (EMB1, EM B2).