Brevet FR3111591A1 — publié le 20211224

Transmission infiniment variable à train épicycloïdal diviseur de puissance (30), qui relie mécaniquement un moteur thermique (20) et deux machines électriques (50, 60) échangeant entre elles de la puissance électrique, dans laquelle la puissance mécanique du moteur thermique : - se répartit au niveau d’un élément d’entrée du train (32) entre une première voie de puissance, où elle est prélevée par la 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 (37), 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), caractérisée en ce qu’elle comporte un groupe de couplage à trois positions (40) permettant respectivement, de laisser libres en rotation deux éléments (35, 32) du train épicycloïdal (30), de bloquer en rotation la première machine électrique (50) et l’un des deux éléments (35) du train, ou de lier en rotation les deux éléments (35, 32) du train de manière à bloquer celui-ci en rotation. Figure pour l’abrége : figure 3 TRANSMISSION INFINIMENT VARIABLE A TRAIN DIVISEUR DE PUISSANCE ET PROCEDE DE COMMANDE 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 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 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 varier son rapport de démultiplication. Le moteur thermique est connecté au porte-satellites du train. Une première machine électrique est connectée au planétaire. En faisant varier sa vitesse, on fait varier le ratio entre le moteur thermique et les roues, qui sont connectées à la couronne du train, ainsi qu’à une deuxième machine électrique. 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 thermique et les roues. Selon le dessin en coupe de la figure 1, la première machine peut prélever de la puissance mécanique au moteur thermique, ou fournir de la puissance mécanique (et donc produire ou consommer de la puissance), selon la manière dont elle est pilotée. On utilise alors la seconde machine pour dépenser ou produire cette énergie électrique, de manière à rester à bilan énergétique nul (pas de stockage ni de dépense électrique). De plus, cette machine permet d’assurer le roulage électrique et la récupération 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 première machine 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 cette machine. En revanche, elle doit fournir le couple d’appui nécessaire à l’équilibre du train. Pour la soulager de la fourniture du couple d’appui, et bloquer le train épicycloïdal dans d’autres circonstances, la présente invention propose d’ajouter dans la transmission un groupe de couplage par crabotage, du planétaire du train, et ainsi de la machine électrique, puisque ces deux éléments sont liés. Il s’agit d’un groupe de couplage à trois positions permettant respectivement, de laisser libres en rotation deux éléments du train épicycloïdal, de bloquer en rotation première machine électrique et l’un des deux éléments du train, ou de lier en rotation les deux éléments du train de manière à bloquer celui-ci en rotation. Dans un mode de réalisation non limitatif, de l’invention, le groupe de couplage est un dispositif de crabotage comprenant un manchon coulissant entre trois positions, dans lesquelles, il laisse libre en rotation deux crabots portés respectivement par un premier élément du train et un deuxième élément du train. Il bloque en rotation le premier élément du train et la première machine électrique, et il lie en rotation les deux crabots, de manière à immobiliser en rotation le train épicycloïdal. Le blocage du planétaire de manière mécanique, transforme le train en réducteur à ratio fixe, et la démultiplication totale de la transmission entre le moteur thermique et les roues est fixe. L’intérêt majeur est l’efficacité énergétique, puisque la génératrice, tout comme le dispositif de blocage, ne consomment pas d’énergie électrique. Conformément à l’invention, la libre rotation deux éléments du train épicycloïdal permet d’atteindre qu’un point de rendement énergétique optimal en calant la première machine électrique sur une vitesse qui place le moteur thermique dans sa meilleure plage de fonctionnement. L’invention attribue aussi un second rôle au groupe de couplage, qui est de bloquer la transmission par blocage du train par rapport à un élément fixe de la boîte. Ce second rôle a l’intérêt de venir en lieu et place du dispositif habituel de blocage de la transmission lors du stationnement du véhicule, et de faire l’économie du mécanisme et de l’actionneur associé. Conformément à l’invention, lorsque le passage de la transmission sur le rapport fixe est choisi, la première machine est pilotée vers une vitesse nulle. Lorsque la vitesse est proche de zéro, un manchon de crabotage guidé par un moyeu fixé sur le carter, est déplacé axialement pour venir recouvrir le crabot porté par le planétaire et ainsi le bloquer en rotation. Lorsque l’engagement du frein de parking est demandé, le moteur thermique est coupé, le véhicule est à l’arrêt. La première machine est pilotée pour faire coïncider angulairement, dans un premier temps, le manchon de crabotage avec le crabot du planétaire afin de le recouvrir. Dans un deuxième temps, la machine est pilotée pour le faire coïncider avec le crabot du porte-satellite, pour le recouvrir à son tour. Le train est bloqué par la liaison réalisée entre le planétaire et le porte-satellites, et le véhicule est bloqué, puisque le train planétaire, lié à la couronne de ce dernier, est à son tour bloqué en rotation sur le carter. 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. est la coupe A-A longitudinale de la transmission du type e-CVT électrique ; est une coupe transversale simplifiée ; est une vue partielle de la figure 1 illustrant le dispositif de crabotage dans première position en fonctionnement e-CVT ; est une vue partielle de la figure 1 illustrant le dispositif de crabotage dans sa deuxième position où le planétaire est bloqué en rotation et la transmission est en mode rapport fixe ; est une vue partielle de la figure 1 illustrant le dispositif de crabotage dans sa troisième position où le planétaire et le porte-satellite sont liés et le train est bloqué en rotation sur le carter. Nomenclature 1 Ensemble transmission 10 Carter de volant moteur 11 Carter de mécanisme 12 Support du mécanisme de commande 13 Couvercle des machines électriques 20 Nez de vilebrequin 21 Volant moteur 22 Friction de couplage du limiteur de couple 23 Amortisseur de vibration 30 Train planétaire 31 Arbre entrée moteur 32 Porte-satellite 33 Axe de satellite (3) 34 Satellite (3) 35 Pignon planétaire 36 Manchon support des couronnes 37 Couronne du train planétaire 38 Couronne sortie du train 40 Groupe de couplage 41 Moyeu 42 Baladeur 43 Crabot sur porte satellite 44 Crabot sur planétaire 45 Fourchette de commande 46 Axe fourchette de commande 50 Machine électrique GEN 51 Stator GEN 52 Rotor GEN 52.a Axe de rotor GEN 60 Machine électrique ME 61 Stator ME 62 Rotor ME 70 Arbre de ME 71 Pignon de descente vers l’arbre secondaire 80 Arbre secondaire 81 Pignon de descente vers différentiel 82 Pignon commun de descentes du train planétaire et de la ME 90 Ensemble de différentiel 91 Boîtier de différentiel 92 Mécanisme du différentiel 93 Couronne de différentiel La transmission 1 illustrée par les figures est du type e-CVT, c’est-à-dire infiniment variable et à dérivation de puissance électrique, comprenant un train épicycloïdal 30 diviseur de puissance qui relie mécaniquement un moteur thermique et deux machines électriques 50, 60 échangeant entre elles de la puissance électrique. Il s’agit d’une transmission infiniment variable à train épicycloïdal diviseur de puissance, qui relie mécaniquement un moteur thermique et deux machines électriques 50, 60, échangeant entre elles de la puissance électrique, dans laquelle la puissance mécanique du moteur thermique : - se répartit au niveau d’un élément d’entrée du train 32 entre une première voie de puissance, où elle est prélevée par la 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 37, 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. Dans le mode de réalisation présenté, les éléments du train épicycloïdal simple 30 sont le porte-satellites 32 relié au moteur thermique représenté par son vilebrequin 20, le planétaire 35 à la première machine électrique 50 utilisée principalement en génératrice et la couronne 37 au différentiel 92 par deux étages de pignons 38,82 puis 81,93. La seconde machine électrique 60 principalement utilisée en motrice, est également reliée au différentiel 92 par deux étages de pignons 71,82 puis 81,93. Elle est aussi reliée à la couronne 37 du train 30 par la triplette de pignons 71,82,38. 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. Dans le premier carter, ou carter de volant 10, on voit le vilebrequin 20, un volant d’inertie classique 21 de moteur thermique, un limiteur de couple 22, et un amortisseur de vibration de torsion 23. L’ensemble carter de mécanisme 11 et support de commande 12 renferme un train épicycloïdal diviseur de puissance 30, et le groupe de couplage 40, en zoom sur la figure 3. Le train épicycloïdal diviseur de puissance 30, est composé d’un planétaire 35, d’un porte-satellites 32 fixé sur l’arbre d’entrée du moteur thermique 31 et d’une couronne 37. Le planétaire 35 est une denture fixe monté sur l’arbre de rotor 52,a de la machine 50. Le moteur thermique, est relié au porte-satellites 32 du train 30 par l’intermédiaire de l’arbre 31 et de l’amortisseur 23. La transmission comporte un arbre intermédiaire 70 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 82 de descente commune de la machine électrique 60 d’une part, par engrènement direct avec le pignon 71 porté par l’arbre 70 et du train épicycloïdal 30 d’autre part, par engrènement direct avec le pignon 38 porté par le manchon 36 supportant la couronne de train 37. La couronne 93 est supportée par un différentiel classique 90 comprenant un mécanisme 92. La transmission comporte un dispositif de crabotage comprenant un manchon coulissant 42 entre trois positions. Dans la première position, il laisse libre en rotation deux crabots 44, 43 portés respectivement par un premier élément du train 35 et un deuxième élément du train 32. Dans la deuxième position, il bloque en rotation le premier élément du train 35 et la première machine électrique 50. Dans la troisième position, il lie en rotation les deux crabots 44, 43, de manière à immobiliser en rotation le train épicycloïdal 30. Ce dispositif de crabotage constitue un groupe de couplage à trois positions 40 permettant respectivement, de laisser libres en rotation deux éléments 35, 32 du train épicycloïdal 30, de bloquer en rotation la première machine électrique 50 et l’un des deux éléments 35 du train, ou de lier en rotation les deux éléments 35, 32 du train de manière à bloquer celui-ci en rotation. Le groupe de couplage 40, est agencé entre le train épicycloïdal 30 et la machine électrique 50. Il est composé d’un moyeu 41 fixé au support de son mécanisme de commande 12, d’un manchon coulissant 42, et de deux crabots 44, 43 : le premier crabot 44 est porté par le planétaire 35 du train épicycloïdal, et le deuxième crabot 43 est porté par le porte-satellites 32. Le manchon 42 coulisse axialement, il peut se déplacer et adopter trois positions fonctionnelles : - Dans la position extrême à gauche, il laisse libre en rotation les deux crabots 44 et 43 (figure 3) ; - Dans la position centrale, il lie le moyeu 41 au crabot 44 et bloque en rotation le planétaire 35 et la machine électrique 50 (figure 4) ; - Dans une position extrême à droite, il lie le moyeu 41 aux deux crabots 43 et 44. La liaison des deux crabots entraîne le blocage du train. La liaison avec le moyeu 41 bloque le train en rotation. Le moteur thermique 20 fournit sa puissance au porte-satellites 32, qui selon le cas la partage ou l’additionne au niveau des satellites 34. En effet selon son sens de rotation, la machine électrique 50 se comporte en génératrice ou en motrice. Dans un premier sens de rotation, la machine électrique 50 est génératrice, et prélève de la puissance au planétaire 35 et la fournit à la motrice 60 pour la traction du véhicule. Dans le sens de rotation opposé, la machine électrique 50 est motrice, et fournit une puissance électrique au planétaire 35. Cette puissance s’additionne à celle du moteur thermique, et est transmise à la couronne 37, puis par la couronne 38 au pignon 82. Ce dernier la partage entre une première voie vers le différentiel 92 pour la traction du véhicule, et une seconde voie vers la machine électrique 60 par l’intermédiaire du pignon 71. La machine électrique 50 se comporte en génératrice, et prélève la puissance nécessaire à alimenter la machine 60. Entre ces deux situations de fonctionnement et de circulation de puissance, la vitesse peut être nulle, sans circulation de puissance. Pour une vitesse donnée du véhicule, la couronne 37 du train 30 qui lui est liée, a une vitesse déterminée par le ratio global de sa liaison par pignons 38,82 puis 81,93 avec le différentiel 92. Les vitesses de rotation des éléments du train 32,35,37 sont régis par une loi, telle qu’à une vitesse donnée de la couronne 37, pour toute vitesse de rotation de la génératrice 50, correspond une seule vitesse de rotation du moteur thermique 20. En fonction des circonstances de roulage, vitesse stabilisée, accélération, ralentissement, le meilleur point de fonctionnement énergétique de l’ensemble du groupe motopropulseur, peut être atteint en calant la machine électrique 50 sur une vitesse, ou une plage de vitesses, qui place la vitesse du moteur thermique sur son meilleur fonctionnement. La libre rotation deux éléments 35, 32 du train épicycloïdal 30 permet ainsi d’atteindre un rendement énergétique optimal, en calant la première machine électrique 50 sur la vitesse qui place le moteur thermique dans sa meilleure plage de fonctionnement. La machine électrique 50 et l’actionneur, permettent aussi de le placer sur un point fonctionnement optimal. Pour une rotation de la machine électrique 50 dans le même sens que celui du moteur thermique 20, elle se comporte en génératrice. Pour une vitesse véhicule donnée, plus la vitesse de rotation de celle-ci est élevée, plus la vitesse du moteur thermique 20 l’est également. Pour une rotation de la génératrice 50 en sens inverse de celui du moteur thermique 50, elle se comporte en motrice. Pour une vitesse du véhicule donnée, plus sa vitesse de rotation est élevée, plus la vitesse du moteur thermique 20 est faible. Le caractère infiniment variable de la transmission permet d’atteindre des régimes moteur faibles pour une vitesse véhicule élevée, soit une V 1000 du moteur thermique bien plus élevée qu’avec une transmission classique. Pour une vitesse de rotation particulière du moteur thermique 20, il existe une vitesse de rotation de la machine électrique 50, pour laquelle la vitesse de la couronne 37 est nulle. Cette particularité permet de se passer d’embrayage de liaison entre le moteur thermique et le train épicycloïdal 30. Elle autorise la rotation du moteur thermique à l’arrêt du véhicule, et par voie de conséquence, la recharge de la batterie à l’arrêt. On peut ainsi recharger à l’arrêt du véhicule, des batteries embarquées, en ajustant la vitesse de rotation de la machine électrique 50 en fonction du régime du moteur thermique, pour immobiliser la couronne 37 du train. Les déplacements du manchon de crabotage sont assurés par une commande comprenant une fourchette 45 supportée par un axe de fourchette 46, 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 représenté. Dans ce dernier cas, il est connecté au réseau électrique d’alimentation existant. Le système de crabotage ajouté dans cette transmission a un double rôle et un double intérêt. Dans certaines situations de roulage, notamment à vitesse élevée, stabilisée ou fluctuant légèrement sur un profil de route horizontal, la dérivation de puissance n’est pas le mode de fonctionnement le plus approprié d’un point de vue énergétique. L’absence de dérivation de puissance correspond à la vitesse nulle de la machine électrique 50. Néanmoins celle-ci doit fournir, pour le fonctionnement du train, un couple d’appui. C’est un fonctionnement inapproprié pour une machine électrique, et une perte énergétique sous forme d’échauffement. L’intérêt de bloquer mécaniquement cette machine, est de lui substituer un appui sur un point fixe. En déplaçant le manchon 42 vers la droite, il vient recourir le crabot 44 porté par le planétaire 35 lui-même supporté par l’arbre 52,a de la machine électrique 50. Dans cette situation, le blocage en rotation de la première machine électrique 50 et de l’un des deux éléments 35 du train permet de substituer l’appui de la transmission sur la première machine électrique 50 à son appui sur un point fixe. Pour atteindre cette position d’engagement sans choc et sans bruit de type craquement, la vitesse de la génératrice 50 doit être, par pilotage, ramenée à une valeur proche de zéro. La vitesse de la première machine électrique 50 est réduite à une valeur proche de zéro, avant son blocage en rotation avec l’élément 35 du train. En plaçant cette transmission dans un mode hybride parallèle, on réalise un gain énergétique. Par ailleurs, en bloquant le train en rotation, on obtient un blocage complet de la transmission, et du véhicule. L’ajout d’une position de blocage du train au système de couplage, réalise un frein de parking, qui peut se substituer aux dispositifs habituels comprenant un mécanisme et généralement un actionneur électromécanique. La liaison en rotation des deux éléments 35, 32 du train, assure en effet la fonction de frein de parking du véhicule. L’autre intérêt est d’ordre économique, puisque un même dispositif procure un frein de parking et un rapport de démultiplication fixe de la boîte fixe, dit « direct drive ». Cet état est atteint grâce à la une troisième position du manchon montrée sur la figure 5. En déplaçant le manchon dans la position la plus à droite, il recouvre aussi le crabot 43, porté par le porte-satellites 32. En conséquence, le planétaire 35 et le porte-satellites 32 sont liés. Le train est bloqué, ou se comporte comme un bloc. Le manchon 42 recouvrant aussi le moyeu 41, le train est bloqué en rotation. Pour engager le frein de parking, le moteur thermique doit être coupé, et le véhicule à l’arrêt, de manière à autoriser le blocage des deux éléments du train 35, 32. Le moteur 20 doit être éteint, car il n’est pas dé connectable du train 30. La situation de départ est une transmission sur le mode dérivation de puissance, c’est-à-dire, le manchon 42 dans sa position à gauche et entièrement sur le moyeu 41. Pour atteindre la position d’engagement complet et sans bruit, la machine électrique 60 doit être orientée angulairement par pilotage, pour permettre au manchon 42 d’atteindre la première position à droite, c’est-à-dire recouvrir le crabot 44. Puis, toujours par pilotage, la machine électrique 60 doit, orienter angulairement le porte-satellite 32 pour permettre au manchon 42 d’atteindre sa seconde position, c’est-à-dire recouvrir le crabot 43. La machine électrique 60 doit donc être pilotée en position de manière à permettre au manchon 42 de recouvrir successivement deux crabots 44, 43 dans son déplacement. Transmission infiniment variable à train épicycloïdal diviseur de puissance (30), qui relie mécaniquement un moteur thermique (20) et deux machines électriques (50, 60) échangeant entre elles de la puissance électrique, dans laquelle la puissance mécanique du moteur thermique : - se répartit au niveau d’un élément d’entrée du train (32) entre une première voie de puissance, où elle est prélevée par la 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 (37), 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), caractérisée en ce qu’elle comporte un groupe de couplage à trois positions (40) permettant respectivement, de laisser libres en rotation deux éléments (35, 32) du train épicycloïdal (30), de bloquer en rotation la première machine électrique (50) et l’un des deux éléments (35) du train, ou de lier en rotation les deux éléments (35, 32) du train de manière à bloquer celui-ci en rotation. Transmission infiniment variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que le groupe de couplage (40) est un dispositif de crabotage comprenant un manchon coulissant (42) entre trois positions, dans lesquelles, il laisse libre en rotation deux crabots (44, 43) portés respectivement par un premier élément du train (35) et un deuxième élément du train (32), il bloque en rotation le premier élément du train (35) et la première machine électrique (50), et il lie en rotation les deux crabots(44, 43), de manière à immobiliser en rotation le train épicycloïdal (30). Transmission infiniment variable selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier crabot (44) est porté par le planétaire (35) du train épicycloïdal, et le deuxième crabot (43) est porté par le porte-satellites (32). Transmission infiniment variable selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le blocage en rotation de la première machine électrique (50) et de l’un des deux éléments (35) du train, permet de substituer l’appui de la transmission sur la première machine électrique (50) à son appui sur un point fixe. Transmission infiniment variable selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la liaison en rotation des deux éléments (35, 32) du train épicycloïdal (30), assure la fonction de frein de parking du véhicule. Procédé de commande d’une transmission infiniment variable selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la libre rotation deux éléments (35, 32) du train épicycloïdal (30), permet d’atteindre qu’un point de rendement énergétique optimal en calant la première machine électrique (50) sur une vitesse qui place le moteur thermique dans sa meilleure plage de fonctionnement. Procédé de commande d’une transmission infiniment variable selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vitesse de la première électrique (50) est réduite à une valeur proche de zéro, avant son blocage en rotation avec l’élément (35) du train. Procédé de commande d’une transmission infiniment variable selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que pour engager le frein de parking, le moteur thermique doit être coupé, et le véhicule à l’arrêt, pour permettre le blocage des deux éléments du train (35, 32). Procédé de commande d’une transmission infiniment variable selon la revendication 8, caractérisé en ce que la machine électrique (60) est pilotée en position de manière à permettre au manchon (42) de recouvrir successivement deux crabots (44, 43) dans son déplacement. Procédé de commande d’une transmission infiniment variable selon l’une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce la vitesse de rotation de la machine électrique (50) est ajustée en fonction du régime du moteur thermique lorsque le véhicule est à l’arrêt, pour immobiliser la couronne (37) du train, en vue de recharger des batteries embarquées d’un véhicule.