Brevet FR3098766A1 — publié le 20210122

Description Titre de l'invention : Transmission automatique pour véhicule hybride thermique/électrique [0001] La présente invention concerne le domaine des équipements de véhicules au- tomobiles, plus particulièrement celui des véhicules hybrides thermiques/électriques (comportant un moteur thermique, généralement à combustion interne, et au moins une machine électrique), et a pour objet une transmission automatique, ou boîte de vitesses automatique, optimisée pour de tels véhicules. [0002] L'invention vise plus spécifiquement les transmissions pour des véhicules hybrides pouvant fonctionner en mode d'entraînement électrique "pur", c'est-à-dire pour des véhicules pouvant être mus par l'action du seul moteur électrique, et dont les entraînements par moteur thermique et moteur électrique transitent par la même transmission avant application aux roues motrices. [0003] Pour le type de véhicule précité, il existe actuellement dans l'état de la technique principalement deux types d'architectures. [0004] Un premier type d'architecture correspond aux hybrides parallèles dits de type "P2", qui fonctionnent avec une machine électrique placée entre le moteur thermique et la boîte de vitesses. Un embrayage de découplage spécifique est prévu qui permet de déconnecter le moteur thermique de la chaîne de traction. [0005] Un second type d'architecture est connu sous la désignation d'hybrides en série ou série-parallèle. [0006] Dans le cadre de cette seconde solution, un générateur entraîné par le moteur thermique produit de l'électricité qui est utilisée pour faire fonctionner un moteur électrique qui propulse le véhicule (fonctionnement série). Dans la plupart des arrangements actuels, unc partie de la puissance du moteur thermique est toutefois transmise par voie mécanique aux roues (fonctionnement série-parallèle). [0007] Les avantages et les inconvénients de chacune de ces deux architectures sont décrits et discutés dans le document WO 2016/092184 au nom de la demanderesse. [0008] Et les différents modes de réalisation de transmissions automatiques divulguées par le document WO précité permettent de surmonter les principales limitations des deux architectures bien connues de l'état de la technique. [0009] Ainsi, les architectures de transmissions automatiques de ce document WO 2016/092184 permettent de fournir notamment les avantages et fonctionnalités suivantes : - mise en oeuvre d'une unique machine électrique ; - deux modes de conduites : mode électrique, mode thermique ; 2 - le démarrage du moteur thermique à l'aide de la machine électrique ; - la récupération d'énergie en utilisant la machine électrique comme génératrice : ^ en phase d'arrêt du véhicule (moteur thermique tournant) ^ en accélération (moteur thermique tournant) " lors des freinages ou décélérations du véhicule (moteur thermique tournant ou non). [0010] Malgré ces avantages, cette transmission automatique du document WO souffre d'une trop grande complexité et de l'utilisation de trop nombreux organes d'accouplement et de transmission sélective de couple. [0011] De plus, elle fait état, pour de petits véhicules ou des véhicules d'entrée de gamme, d'un nombre superflu de rapports, tant du point de vue technique que commercial, et surtout d'un coût trop élevé, d'un poids trop important et/ou d'un encombrement problématique. [0012] Le but principal de l'invention est donc de proposer une version d'architecture de transmission automatique plus simple, moins coûteuse et mieux adaptée que celle divulguée par le document WO précité, tout en présentant des fonctionnalités sensiblement similaires. [0013] A cet effet, l'invention a pour objet une transmission automatique pour véhicule hybride thermique/électrique comprenant : - un arbre d'entrée entraîné par un moteur thermique, - un arbre de sortie, - un élément stationnaire, tel qu'un carter par exemple, - une machine électrique dont le stator est solidaire de l'élément stationnaire, - au moins des premier, deuxième et troisième organes de transmission sélective de couple pouvant être engagés ou activés sélectivement pour établir, d'une part, au moins un rapport de vitesse pour un entraînement du véhicule sous l'action de la seule machine électrique fonctionnant comme un moteur, et, d'autre part, au moins trois rapports de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du seul moteur thermique, - un unique train planétaire double du type Ravigneaux, comportant en tant qu'éléments fonctionnels constitutifs : des première et seconde roues solaires, au moins une couronne dentée et des premier et second jeux de pignons satellites montés deux par deux sur un porte-satellites commun, ces différents éléments étant arrangés en deux étages de trains planétaires reliés entre eux par un ou plusieurs pignon(s) long(s) engrenant avec chacun (lesdits étages, le second jeu de pignons satellites étant relié directement et en permanence à l'arbre de sortie, et, le rotor de la machine électrique étant relié directement et en permanence à ladite au moins une couronne dentée appartenant au premier étage, 3 transmission automatique caractérisée en ce que les différents organes de transmission de couple sont arrangés et configurés de telle manière que : - la seconde roue solaire peut être reliée sélectivement à l'élément stationnaire par le premier organe de transmission sélective de couple, - la première roue solaire peut être reliée sélectivement à l'arbre d'entrée par le deuxième organe de transmission sélective de couple, et - le rotor de la machine électrique peut être relié sélectivement à l'arbre d'entrée par le troisième organe de transmission sélective de couple. [0014] L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte aux modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : [0015] [fig.1A] et [0016] [fig.113] sont des représentations symboliques filaires de deux variantes d'un mode de réalisation d'une transmission automatique selon l'invention, et, [0017] [fig.2A] et [0018] [fig.2B] représentent, en relation respectivement avec chacune des variantes de réa- lisation représentées figures l A et 1B, des matrices de passage ou tables d'enclenchement des différents organes de transmission sélective de couple faisant partie de la transmission selon l'invention, avec indication des numéros des vitesses et du mode d'entraînement, ainsi que des étagements (rapport de vitesses). [0019] Les figures IA et lB illustrent chacune, symboliquement et fonctionnellement une transmission automatique pour véhicule hybride thermique/électrique comprenant : - un arbre d'entrée AE entraîné par un moteur thermique ICE, - un arbre de sortie AS, - un élément stationnaire ES, tel qu'un carter par exemple, - une machine électrique ME dont le stator ST est solidaire de l'élément stationnaire ES, - au moins des premier, deuxième et troisième organes de transmission sélective de couple C12 ou C23 ; C13 ou C124 ; C23 ou C34 pouvant être engagés ou activés sélectivement pour établir, d'une part, au moins un rapport de vitesse pour un entraînement du véhicule sous l'action de la seule machine électrique ME fonctionnant comme un moteur, et, d'autre part, au moins trois rapports de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du seul moteur thermique ICE, - un unique train planétaire double du type Ravigneaux TPR, comportant en tant qu'éléments fonctionnels constitutifs : des première et seconde roues solaires SI et S2, au moins une couronne dentée RI et des premier et second jeux de pignons satellites PSI et PS2 montés deux par deux sur un porte-satellites PSC commun, ces différents éléments étant arrangés en deux étages de trains planétaires ETI, ET2 reliés entre eux par un ou plusieurs pignon(s) long(s) PL engrenant avec chacun desdits étages ET1, ET2, le second jeu de pignons satellites PS2 étant relié directement et en permanence à l'arbre de sortie AS, et, le rotor RO de la machine électrique ME étant relié directement et en permanence à ladite au moins une couronne dentée R1 appartenant au premier étage ETI. [0020] Conformément à l'invention, les différents organes de transmission de couple sont arrangés et configurés de telle manière que : - la seconde roue solaire S2 peut être reliée sélectivement à l'élément stationnaire ES par le premier organe de transmission sélective de couple C12 ou C23, - la première roue solaire S1 peut être reliée sélectivement à l'arbre d'entrée AE par le deuxième organe de transmission sélective de couple C13 ou C124, et - le rotor RO de la machine électrique peut être relié sélectivement à l'arbre d'entrée par le troisième organe de transmission sélective de couple C23 ou C34. [0021] Ainsi, en mettant en oeuvre un nombre limité d'organes de transmission sélective de couple (ou organes de liaison ou de connexion cinématique), l'invention fournit une architecture de transmission automatique répondant de manière satisfaisante aux demandes et aux objectifs évoqués en introduction. [0022] On peut relever que dans tous les modes de propulsion et rapports possibles, le mouvement est injecté au niveau du premier étage ET1 du train double Ravigncaux TPR. De plus, l'injection du mouvement produit par la machine électrique ME fonctionnant comme moteur s'effectue par la couronne dentée RI du premier étage ET1, permettant de délivrer un couple important même avec une machine électrique ME de puissance limitée [0023] L'homme du métier comprend en outre que la marche arrière est réalisée en mode d'entraînement électrique en inversant le sens de rotation de la machine électrique ME. [0024] Bien que seuls deux pignons longs PL et deux porte-satellites PSC soient représentés sur les figures lA et 1B, le train double Ravigneaux TPR peut bien entendu en comporter plus, préférentiellement au moins trois de chaque, avec un nombre adapté de pignons satellites. De plus, la solidarisation de l'arbre de sortie AS avec les différents ports-satellites PSC reliés entre eux permet une transmission de couple selon plusieurs voies parallèles à travers le train double Ravigneaux TPR. [0025] En accord avec une configuration préférée, illustrée sur les figures IA et 1B, l'arbre d'entrée AE et l'arbre de sortie AS sont arrangés mutuellement de manière coaxiale. [0026] Comme le montrent les figures lA et 1B, il est avantageusement prévu qu'à chaque pignon long PL soient associés, d'une part, un pignon satellite PSI au niveau du premier étage ETI, lequel engrène avec ledit pignon long PL et avec la couronne dentée RI dudit étage ETI et, d'autre part, un pignon satellite PS2 au niveau du second étage ET2, lequel engrène avec ledit pignon long PL et avec la roue solaire S2 dudit second étage ET2, le porte-satellite PSC portant ledit pignon long PL et les deux pignons satellites PS1 et PS2 avec faculté de libre rotation. [0027] De plus, en relation avec les architectures constructives et les arrangements des organes de transmission sélective de couple des deux modes de réalisation de l'invention, il est préférentiellement envisagé que pour l'établissement de chacun des rapports de vitesses pour un entraînement par le moteur thermique ICE, deux parmi les trois ou quatre organes de transmission sélective de couple C12 ou C23 ; C13 ou C124 ; C23 ou C34 ; Cl soient activés ou engagés, et que pour l'établissement du ou de chacun des rapport(s) de vitesse(s) pour un entraînement par la machine électrique ME, un seul parmi deux organes prédéterminés de transmission sélective de couple C12 ou C23 ; Cl soit activé ou engagé. [0028] Selon une caractéristique bénéfique de l'invention, et comme l'illustrent les tableaux des figures 2A et 2B à titre d'exemples, les rapports de de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique ICE consistent exclusivement en des rapports de vitesses en marche avant, le passage d'une vitesse donnée à une vitesse immédiatement supérieure ou immédiatement inférieure étant avantageusement effectué, d'une part, par désengagement ou désactivation d'un unique organe de la paire d'organes réalisant la vitesse courante et, d'autre part, par engagement ou activation d'un unique organe faisant partie de la paire d'organes destinée à réaliser la nouvelle vitesse. [0029] Selon un premier mode de réalisation de l'invention, illustré à titre d'exemple par la figure IA et correspondant à une architecture basique, la transmission automatique comprend une unique couronne dentée RI appartenant au premier étage ETI et l'actionnement contrôlé d'un ou de plusieurs parmi trois organes de transmission sélective de couple permettant l'établissement de trois rapports de vitesses pour un entraînement par le moteur thermique ICE et d'un rapport de vitesse pour un entraînement bidirectionnel par la machine électrique ME. [0030] Une telle architecture, ne mettant en oeuvre que trois organes C12, C13 et C23, permet de réaliser trois rapports mécaniques et un rapport électrique, comme cela ressort à titre d'exemple de la figure 2A. [0031] Plus précisément, dans ce premier mode de réalisation, les organes ou couples d'organes de transmission sélective de couples suivants sont respectivement engagés ou activés pour établir un rapport de transmission de vitesse : - le premier organe C13 et le troisième organe C12 pour la première vitesse en entraînement par le moteur thermique ICE ; - le deuxième organe C23 et le troisième organe C12 pour la deuxième vitesse en entraînement par le moteur thermique ; 6 - le premier organe 03 et le deuxième organe C23 pour la troisième vitesse en entraînement par le moteur thermique ; - uniquement le troisième organe C12 pour le rapport de vitesse en entraînement par la machine électrique ME, en marche avant ou en marche arrière. [0032] Selon un second mode de réalisation de l'invention, illustré à titre d'exemple par la figure 1B et correspondant à une architecture plus sophistiquée, la transmission automatique comprend une seconde couronne dentée R2 faisant partie du second étage ET2 de train planétaire et un quatrième organe de transmission sélective de couple Cl, ce dernier étant arrangé et configuré pour relier sélectivement ladite seconde couronne dentée R2 à l'élément statique ES et l'actionnement contrôlé d'un ou de plusieurs des quatre organes de transmission sélective de couple permettant l'établissement de quatre rapports de vitesses pour un entraînement par le moteur thermique ICE et de deux rapports de vitesses pour un entraînement par la machine électrique ME. [0033] Une telle architecture, mettant en oeuvre quatre organes Cl, C124, C23 et C34, permet de réaliser quatre rapports mécaniques et deux rapports électriques, comme cela ressort de la figure 2B. [0034] Plus précisément, dans ce second mode de réalisation, les organes ou couples d'organes de transmission sélective de couples suivants sont respectivement engagés ou activés pour établir un rapport de transmission de vitesse : - le premier organe C124 et le quatrième organe Cl pour le premier rapport de vitesse en entraînement par le moteur thermique ICE ; - le premier organe C124 et le troisième organe C23 pour le deuxième rapport de vitesse en entraînement par le moteur thermique ; - le deuxième organe C34 et le troisième organe C23 pour le troisième rapport de vitesse en entraînement par le moteur thermique ; - le premier organe C124 et le deuxième organe C34 pour le quatrième rapport de vitesse en entraînement par le moteur thermique ; - le quatrième organe Cl seul pour le premier rapport de vitesse en entraînement par la machine électrique ME, en marche avant ou en marche arrière ; - le troisième organe C23 seul pour le second rapport de vitesse en entraînement par la machine électrique. [0035] On peut noter que lorsque l'entraînement s'effectue par le biais du moteur thermique ICE, la machine électrique ME, qui tom-ne à un rapport de vitesse fixe par rapport aux autres éléments de transmission, peut être utilisée comme motrice ou génératrice, pour apporter un surcroît de puissance au véhicule, ou pour récupérer de l'énergie qui peut être envoyée à la batterie. Le rapport 1 peut être utilisé pour démarrer le véhicule lorsque la batterie sera en dessous de sa charge minimale acceptable. On peut alors utiliser l'élément de connexion ou organe C13 (figure 1A) ou C124 (figure 1B) comme 7 embrayage de démarrage. [0036] Dans les tableaux des figures 2A et 2B, les rapports de vitesse signalés ont les signi- fications suivantes : - "Rcv" : marche arrière, - "l st" : première, - "2"' : deuxième, - "3rd" : troisième, - "4th" : quatrième. [0037] L'invention a également pour objet un procédé de commande d'une transmission au- tomatique telle que décrite ci-dessus et équipant un véhicule hybride pourvu d'une batterie rechargeable. [0038] Cc procédé est caractérisé en ce qu'il consiste, au moment du démarrage, à vérifier le niveau de charge de la batterie et à le comparer à une valeur seuil basse, puis soit à démarrer le déplacement du véhicule par l'intermédiaire de la machine électrique ME si le niveau de charge est supérieur ou égal à la valeur seuil, en engageant le ou l'un des rapports de vitesses correspondants, soit à démarrer le déplacement du véhicule par l'intermédiaire du moteur thermique ICE si le niveau est inférieur à la valeur seuil, le cas échéant après avoir démarré le fonctionnement du moteur thermique ICE par le biais de la machine électrique faisant office de démarreur. [0039] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et re- présentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. 8 [Revendication I] REVENDICATIONSTransmission automatique pour véhicule hybride thermique/électrique comprenant : - un arbre d'entrée (AE) entraîné par un moteur thermique (ICE), - un arbre de sortie (AS), - un élément stationnaire (ES), tel qu'un carter par exemple, - une machine électrique (ME) dont le stator (ST) est solidaire de l'élément stationnaire (ES), - au moins des premier, deuxième et troisième organes de transmission sélective de couple (C12 ou C23 ; C13 ou C124 ; C23 ou C34) pouvant être engagés ou activés sélectivement pour établir, d'une part, au moins un rapport de vitesse pour un entraînement du véhicule sous l'action de la seule machine électrique (ME) fonctionnant comme un moteur, et, d'autre part, au moins trois rapports de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du seul moteur thermique (ICE), - un unique train planétaire double du type Ravigneaux (TPR), comportant en tant qu'éléments fonctionnels constitutifs : des première et seconde roues solaires (51 et 52), au moins une couronne dentée (R1) et des premier et second jeux de pignons satellites (PS1 et PS2) montés deux par deux sur un porte-satellites (PSC) commun, ces différents éléments étant arrangés en deux étages de trains planétaires (ET1, ET2) reliés entre eux par un ou plusieurs pignon(s) long(s) (PL) engrenant avec chacun desdits étages (ET1, ET2), le second jeu de pignons satellites (PS2) étant relié directement et en permanence à l'arbre de sortie (AS), et, le rotor (RO) de la machine électrique (ME) étant relié directement et en permanence à ladite au moins une couronne dentée (R1) appartenant au premier étage (ET1), transmission automatique caractérisée en ce que les différents organes de transmission de couple sont arrangés et configurés de telle manière que : - la seconde roue solaire (S2) peut être reliée sélectivement à l'élément stationnaire (ES) par le premier organe de transmission sélective de couple (C12 ou C23), - la première roue solaire (51) peut être reliée sélectivement à l'arbre d'entrée (AE) par le deuxième organe de transmission sélective de couple (C13 ou C124), et 9 [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] - le rotor (RO) de la machine électrique peut être relié sélectivement à l'arbre d'entrée par le troisième organe de transmission sélective de couple (C23 ou C34). Transmission automatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arbre d'entrée (AE) et l'arbre de sortie (AS) sont arrangés mutuellement de manière coaxiale. Transmission automatique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une unique couronne dentée (R1) appartenant au premier étage (ET1) et l'actionnement contrôlé d'un ou de plusieurs parmi trois organes de transmission sélective de couple permettant l'établissement de trois rapports de vitesses pour un entraînement par le moteur thermique (ICE) et d'un rapport de vitesse pour un entraînement bidirectionnel par la machine électrique (ME). Transmission automatique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une seconde couronne dentée (R2) faisant partie du second étage (ET2) de train planétaire et un quatrième organe de transmission sélective de couple (Cl ), ce dernier étant arrangé et configure pour relier sélectivement ladite seconde couronne dentée (R2) à l'élément statique (ES) et l'actionner-rient contrôlé d'un ou de plusieurs des quatre organes de transmission sélective de couple permettant l'établissement de quatre rapports de vitesses pour un entraînement parle moteur thermique (ICE) et de deux rapports de vitesses pour un entraînement par la machine électrique (ME). Transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'à chaque pignon long (PL) sont associés, d'une part, un pignon satellite (PSI) au niveau du premier étage (ET1), lequel engrène avec ledit pignon long (PL) et avec la couronne dentée (R1) dudit étage (ET1) et, d'autre part, un pignon satellite (PS2) au niveau du second étage (ET2), lequel engrène avec ledit pignon long (PL) et avec la roue solaire (S2) dudit second étage (ET2), le porte-satellite (PSC) portant ledit pignon long (PL) et les deux pignons satellites (PSI et PS2) avec faculté de libre rotation. Transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que pour l'établissement de chacun des rapports de vitesses pour un entraînement par le moteur thermique (ICE), deux parmi les trois ou quatre organes de transmission sélective de couple (C12 ou C23 ; C13 ou C124 ; C23 ou C34 ; Cl) sont activés ou engagés, et en ce que pour l'établissement du ou de chacun des rapport(s) de 10 [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] vitesse(s) pour un entraînement par la machine électrique (ME), un seul parmi deux organes prédéterminés de transmission sélective de couple (C12 ou C23 ; Cl) est activé ou engagé. Transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les rapports de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique (ICE) consistent exclusivement en des rapports de vitesses en marche avant, le passage d'une vitesse donnée à une vitesse immédiatement supérieure ou immédiatement inférieure étant avantageusement effectué, d'une part, par désengagement ou désactivation d'un unique organe de la paire d'organes réalisant la vitesse courante et, d'autre part, par engagement ou activation d'un unique organe faisant partie de la paire d'organes destinée à réaliser la nouvelle vitesse. Transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ou l'une quelconque des revendications 5 à 7 pour autant qu'elles dépendent de l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les organes ou couples d'organes de transmission sélective de couples suivants sont respectivement engagés ou activés pour établir un rapport de transmission de vitesse : - le premier organe (C13) et le troisième organe (C12) pour la première vitesse en entraînement par le moteur thermique (ICE) ; - le deuxième organe (C23) et le troisième organe (C12) pour la deuxième vitesse en entraînement par le moteur thermique ; - le premier organe (C13) et le deuxième organe (C23) pour la troisième vitesse en entraînement par le moteur thermique ; - uniquement le troisième organe (C12) pour le rapport de vitesse en entraînement par la machine électrique (ME), en marche avant ou en marche arrière. Transmission automatique selon la revendication 4, ou l'une quelconque des revendications 5 à 7 pour autant qu'elles se rattachent à la revendication 4, caractérisée en ce que les organes ou couples d'organes de transmission sélective de couples suivants sont respectivement engagés ou activés pour établir un rapport de transmission de vitesse : - le premier organe (C124) et le quatrième organe (Cl) pour le premier rapport de vitesse en entraînement par le moteur thermique (ICE) ; - le premier organe (C124) et le troisième organe (C23) pour le deuxième rapport de vitesse en entraînement par le moteur thermique ; - le deuxième organe (C34) et le troisième organe (C23) pour le 11 [Revendication 10] troisième rapport de vitesse en entraînement par le moteur thermique ; - le premier organe (Cl 24) et le deuxième organe (C34) pour le quatrième rapport de vitesse en entraînement par le moteur thermique ; - le quatrième organe (Cl) seul pour le premier rapport de vitesse en entraînement par la machine électrique (ME), en marche avant ou en marche arrière ; - le troisième organe (C23) seul pour le second rapport de vitesse en entraînement par la machine électrique. Procédé de commande d'une transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 équipant un véhicule hybride pourvu d'une batterie rechargeable, procédé caractérisé en ce qu'il consiste, au moment du démarrage, à vérifier le niveau de charge de la batterie et à le comparer à une valeur seuil basse, puis soit à démarrer le déplacement du véhicule par l'intermédiaire de la machine électrique (ME) si le niveau de charge est supérieur ou égal à la valeur seuil, en engageant le ou l'un des rapports de vitesses correspondants, soit à démarrer le déplacement du véhicule par l'intermédiaire du moteur thermique (ICE) si le niveau est inférieur à la valeur seuil, le cas échéant après avoir démarré le fonctionnement du moteur thermique (ICE) par le biais de la machine électrique faisant office de démarreur.