Brevet FR3141891A1 — publié le 20240517

Essieu pour véhicule électrique à deux rapports de vitesses et véhicule comprenant un tel essieu L’invention concerne un essieu (1) pour la propulsion ou la traction d’un véhicule électrique, comprenant un moteur électrique (2) avec un arbre d’entrainement (2’) formant étage d’entrée de mouvement de rotation, un différentiel (3) avec deux demi-arbres (4 et 4’) alignés portant chacun une roue (5, 5’) et formant étage de sortie de mouvement de rotation et un dispositif (6) de transmission de couple entre le moteur (2) et le différentiel (3) comprenant un arbre support (6’) et formant étage intermédiaire. Selon l’invention, le dispositif (6) est configuré pour assurer une transmission sélective de couple et comprend à cet effet un organe d’accouplement (10) commuté de manière contrôlée entre deux positions et étant configuré pour assujettir en rotation l’une des deux roues dentées (8, 8’) montée libre sur l’arbre support (6’) avec cet arbre (6’), ce sélectivement en fonction de sa position. De plus, un embrayage (11) est prévu qui est associé à l’une (8’) des deux roues dentées (8, 8’), cet embrayage (11) étant configuré pour établir sélectivement une liaison d’assujettissement en rotation entre cette roue dentée (8’) et l’arbre support (6’), cette liaison étant complémentaire par rapport à celle susceptible d’être établi par l’organe d’accouplement (10). Figure à publier avec l’abrégé : Fig.1 Essieu pour véhicule électrique à deux rapports de vitesses et véhicule comprenant un tel essieu La présente invention concerne le domaine de la transmission de mouvement dans un véhicule entre le moteur et les roues de ce dernier, et a pour objet un essieu pour véhicule électrique à deux rapports de vitesses, ainsi qu’un véhicule équipé d’un tel essieu. Les dispositifs de transmission pour véhicules à moteur à combustion interne ou pour véhicules hybrides sont bien connus. Ils présentent généralement une constitution relativement complexe car ils doivent, en relation avec une propulsion thermique, fournir au moins trois ou quatre rapports et assurer des possibilités de changement de rapports. Dans le cas d’un véhicule hybride, il faut en plus permettre le basculement entre le fonctionnement en mode thermique et le fonctionnement en mode électrique. Les dispositifs de transmission pour véhicules à moteur à combustion interne ou pour véhicules hybrides sont bien connus. Ils présentent généralement une constitution relativement complexe car ils doivent, en relation avec une propulsion thermique, fournir au moins trois ou quatre rapports et assurer des possibilités de changement de rapports. Dans le cas d’un véhicule hybride, il faut en plus permettre le basculement entre le fonctionnement en mode thermique et le fonctionnement en mode électrique. Il existe néanmoins une demande en relation avec les véhicules électriques pour disposer d’un couple de sortie (transmis au roues) élevé et d’une vitesse maximale élevée. Or, ces deux exigences sont fondamentalement contradictoires en regard du mode de fonctionnement et des performances des machines électriques. En effet, un couple de sortie maximal implique un rapport de réduction minimum (donc une réduction maximale de la vitesse de rotation entre la sortie moteur et l’entrainement des roues), alors qu’une vitesse maximale implique un rapport de réduction maximum (donc une réduction minimale, voire une augmentation, de la vitesse de rotation entre la sortie moteur et l’entrainement des roues). Par ailleurs, il existe aussi une demande pour pouvoir déconnecter cinématiquement le moteur électrique des roues du véhicule. La présente invention a pour but de répondre au moins à la première, et préférentiellement également à la seconde, demande(s) précitée(s), ce en proposant avantageusement une solution avec un rendement optimal, notamment en régime permanent, simple et économique, et sensiblement sans interruption de couple lors des variations/changements de vitesses. Enfin, la solution proposée devrait être peu encombrante et d’un poids limité. A cet effet, l’invention a pour objet un essieu pour la propulsion ou la traction d’un véhicule électrique, comprenant un moteur électrique avec un arbre moteur ou d’entrainement formant étage d’entrée de mouvement de rotation, un différentiel avec deux demi-arbres alignés portant chacun une roue et formant étage de sortie de mouvement de rotation et un dispositif de transmission de couple entre le moteur et le différentiel comprenant un arbre support et formant étage intermédiaire, l’arbre d’entrainement, les deux demi-arbres et l’arbre support définissant respectivement des axes de rotation parallèles entre eux, au moins une liaison par engrènement, avec transmission permanente ou sélective de couple, existant entre l’arbre d’entrainement et l’arbre support, d’une part, et entre l’arbre support et le différentiel, d’autre part, essieu caractérisé en ce que l’arbre d’entrainement et l’arbre support sont reliés en permanence entre eux par une liaison par engrènement avec transmission de couple, avec établissement d’un rapport de transmission donné, en ce que l’arbre support comporte deux roues dentées montées libres en rotation sur cet arbre et le différentiel comporte deux couronnes dentées d’entrée de mouvement dans ledit différentiel, chaque roue dentée engrenant avec une couronne dentée, avec préférentiellement des rapports de transmission propres, mutuellement différents, en ce que le dispositif de transmission de couple est configuré pour assurer une transmission sélective de couple et comprend à cet effet au moins un organe d’accouplement pouvant être commuté de manière contrôlée entre deux positions ou deux états, par exemple par déplacement en translation selon l’axe de rotation de l’arbre support, le ou chaque organe d’accouplement étant configuré pour assujettir en rotation l’une des deux roues dentées avec l’arbre support, ce sélectivement en fonction de la position ou de l’état dudit ou de chaque organe d’accouplement, et en ce que le dispositif de transmission de couple comprend un embrayage associé à l’une des deux roues dentées, préférentiellement celle établissant une transmission de couple avec la vitesse de rotation résultante la plus élevée pour le différentiel, cet embrayage étant configuré pour établir sélectivement une liaison d’assujettissement en rotation entre cette roue dentée et l’arbre support, cette liaison étant complémentaire par rapport à celle susceptible d’être établi par l’organe d’accouplement au moins présent. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à deux modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : est une représentation schématique et symbolique d’un premier mode de réalisation d’un essieu selon l’invention, et est une représentation schématique et symbolique d’un second mode de réalisation d’un essieu selon l’invention. Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement et en accord avec deux modes de réalisation de l’invention, un essieu pour la propulsion ou la traction d’un véhicule électrique, comprenant un moteur électrique (2) avec un arbre moteur ou d’entrainement (2’) formant étage d’entrée de mouvement de rotation, un différentiel (3) avec deux demi-arbres (4 et 4’) alignés portant chacun une roue (5, 5’) et formant étage de sortie de mouvement de rotation et un dispositif (6) de transmission de couple entre le moteur (2) et le différentiel (3) comprenant un arbre support (6’) et formant étage (cinématique) intermédiaire (préférentiellement avec variation -réduction- de vitesse de rotation). L’arbre d’entrainement (2’), les deux demi-arbres (4, 4’) et l’arbre support (6’) définissent respectivement des axes de rotation (AE, AS, AI) parallèles entre eux, et au moins une liaison par engrènement, avec transmission permanente ou sélective de couple, existant entre l’arbre d’entrainement (2’) et l’arbre support (6’), d’une part, et entre l’arbre support (6’) et le différentiel (3), d’autre part. La liaison d’engrènement (7) permanente pourra par exemple être réalisée par deux roues dentées (7’ et 7’’) respectivement solidaires de l’arbre moteur (2’) et de l’arbre support (6’). Conformément à l’invention, l’arbre d’entrainement (2’) et l’arbre support (6’) sont reliés en permanence entre eux par une liaison (7) par engrènement avec transmission de couple, avec établissement d’un rapport de transmission (R0) donné. De plus, l’arbre support (6’) comporte deux roues dentées (8, 8’) montées libres en rotation sur cet arbre (6’) et le différentiel (3) comporte deux couronnes ou roues dentées (9, 9’) d’entrée de mouvement dans ledit différentiel (3), chaque roue dentée (8, 8’) engrenant avec une couronne dentée (9, 9’), avec préférentiellement des rapports de transmission propres (R1, R2), mutuellement différents, par exemple R2>R1. En outre, le dispositif (6) de transmission de couple est configuré pour assurer une transmission sélective de couple et comprend à cet effet au moins un organe d’accouplement (10, 10’) pouvant être commuté de manière contrôlée entre deux positions ou deux états, par exemple par déplacement en translation selon l’axe de rotation (AE) de l’arbre support (6’), le ou chaque organe d’accouplement (10, 10’) étant configuré pour assujettir en rotation l’une des deux roues dentées (8, 8’) avec l’arbre support (6’), ce sélectivement en fonction de la position ou de l’état dudit ou de chaque organe d’accouplement (10, 10’). Enfin, le dispositif de transmission de couple (1) comprend un embrayage (11) associé à l’une (8’) des deux roues dentées (8, 8’), préférentiellement celle établissant une transmission de couple avec la vitesse de rotation résultante la plus élevée pour le différentiel (3), cet embrayage (11) étant configuré pour établir sélectivement une liaison d’assujettissement en rotation entre cette roue dentée (8’) et l’arbre support (6’), cette liaison étant complémentaire par rapport à celle susceptible d’être établi par l’organe d’accouplement (10) au moins présent. Grâce à ces dispositions additionnelles particulières en relation essentiellement avec le dispositif (6) de transmission de couple, l’invention permet d’atteindre au moins le but principal évoqué précédemment. En accord avec une réalisation préférée de l’invention, ressortant également des figures 1 et 2 et permettant d’aboutir à une construction avec un encombrement minimal, il est prévu que les axes de rotation (AE et AS) de l’arbre d’entrainement (2’) et des deux demi-arbres (4, 4’) soient confondus, que l’arbre d’entrainement (2’) présente une structure creuse et que l’un (4) des deux demi-arbres (4, 4’) s’étende de manière traversante dans ledit arbre d’entrainement (2’). Selon une première variante de réalisation illustrée à la , le dispositif (6) de transmission de couple comprend un unique organe (10) d’accouplement sélectif qui consiste en un crabot monté coulissant sur l’arbre support (6’) et qui est arrangé et configuré pour établir, dans une première position engagée, une solidarisation en rotation entre cet arbre (6’) et une première (8) des deux roues dentées (8, 8’) et, dans une seconde position engagée, une solidarisation en rotation entre cet arbre (6’) et une seconde (8’) desdites deux roues dentées (8, 8’), ces deux positions engagées étant séparées par une position neutre dudit organe (10) correspondant à une absence simultanée de solidarisation des deux roues dentées (8 et 8’) avec ledit arbre (6’). De plus, ce dispositif (6) comprend un embrayage (11) qui est configuré et commandé pour établir sélectivement une liaison d’assujettissement en rotation entre la roue dentée (8’) concernée et l’arbre d’entrée (6’), qui est variable et contrôlée en intensité en fonction de la position de l’organe d’accouplement (10). Cet embrayage (11), qui consiste avantageusement en un embrayage à friction ou à glissement, du fait de sa possibilité d’engagement progressif, permet de garantir le maintien du couple durant les changements de vitesses et d’assurer la continuité de transmission dudit couple. En outre, la possibilité d’une position neutre permet une déconnection cinématique entre moteur et roues. Selon une seconde variante de réalisation illustrée sur la , le dispositif (6) de transmission de couple comprend, d’une part, un premier organe (10) d’accouplement sélectif qui consiste en un crabot monté coulissant sur l’arbre support (6’) et qui est arrangé et configuré pour établir, dans une première position engagée, une solidarisation en rotation entre cet arbre (6’) et l’une (8) des deux roues dentées (8, 8’) et, dans une seconde position dégagée, une désolidarisation en rotation entre cet arbre (6’) et cette roue dentée (8), et, d’autre part, un second organe d’accouplement (10’) correspondant à l’embrayage (11) associé à l’autre (8’) parmi les deux roues dentées (8, 8’) et configuré et commandé pour établir sélectivement une liaison d’assujettissement en rotation entre cette autre roue dentée (8’) concernée et l’arbre support (6’), ce en alternance et de manière inversée par rapport à la liaison établie par le premier organe d’accouplement (10). Préférentiellement, cet embrayage (11) consiste en un embrayage à disques multiples, monté solidaire en rotation avec l’un parmi l’arbre support (6’) et cet autre roue dentée (8’) et pouvant être sélectivement assujetti en rotation avec l’autre parmi l’arbre support (6’) et cette autre roue dentée (8’) par un troisième organe (12) d’accouplement. Dans cette seconde variante également, la continuité de transmission du couple est assurée, ainsi que son transfert progressif, durant les changements de vitesses. En autre, un crabot simple est suffisant comme premier organe d’accouplement (10) et une possible déconnection cinématique peut également être atteinte. Afin de permettre une immobilisation sécurisée du véhicule à l’arrêt (position parking), le dispositif de transmission (1) peut comprendre un dispositif de blocage en rotation de l’arbre support (6’), soit directement, soit par blocage de l’une des roues dentées (8, 8’) montées sur cet arbre. A cet effet, l’arbre support (6’) peut être pourvu d’une roue dentée ou à rochet (13) montée fixe sur cet arbre et dont la rotation peut être bloquée sélectivement par un mécanisme adéquat contrôlé directement ou indirectement par commande de l’utilisateur (voir par exemple FR 3 121 409). Une telle roue dentée ou à rochet (13) peut également être associée l’une (8) des roues dentées déjà montées sur cet arbre et pouvant être accouplée à lui par le crabot (comme illustrée sur les figures 1 et 2). Préférentiellement, et en relation favorable avec le type de véhicule concerné (électrique), le dispositif de transmission (1) comprend des actionneurs électromagnétiques pour commander la commutation du ou des organe(s) d’accouplement (10, 10’) et/ou l’enclenchement et le désenclenchement de l’embrayage (11). En relation avec la réalisation de la , le passage du premier rapport vers le second rapport (sans interruption de couple transmis) se déroule avantageusement comme suit : -dans le premier rapport, le couple est transmis du moteur (2), c’est à dire de son arbre moteur (2’), à travers l’arbre support (6’) exclusivement par le biais du crabot (10) engagé avec la roue dentée (8), l’embrayage (11) étant totalement désengagé, -l’engagement de l’embrayage (11) est commandé, et ce dernier monte en capacité avec un transfert progressif du couple passant par le crabot (10) vers l’embrayage (11), -le crabot (10) est désengagé de la première roue dentée (8) et se retrouve en position neutre (comme représenté sur la ), la totalité du couple passe alors par l’embrayage (11), - le freinage du glissement de l’embrayage (11) intervient et, durant cette phase d’inertie, la vitesse de glissement est progressivement ramenée à 0, -l’engagement du crabot (10) avec l’autre roue dentée (8’) débute (le couple étant toujours majoritairement transmis par l’embrayage), - l’embrayage (11) est commandé pour baisser en capacité avec un transfert progressif du couple passant par l’embrayage (11) vers le crabot (10), -après finalisation de l’engagement du crabot (10) avec ladite autre roue dentée (8’), le couple est exclusivement transmis par le crabot (10), l’embrayage (11) étant totalement désengagé. Grâce à l’invention, prise dans chacun de ses deux modes de réalisation décrit ci-dessus et illustré sur les figures annexés à titre d’exemples, il est donc possible de fournir un essieu (1), intégrant un dispositif de transmission (1) à deux vitesses, qui présente une structure simple et économique (en particulier ne contenant pas de train planétaire), permettant d’atteindre des objectifs de performances a priori contradictoires (possibilité d’avoir un couple de sortie maximisé et une vitesse de véhicule maximisée avec le même dispositif) et présentant un rendement optimal dans les deux rapports possibles (aucune puissance dissipée résiduelle lorsqu’un rapport est engagé). De plus, il ne fait état d’aucune interruption de transmission de couple du moteur vers les roues durant les passages montants et descendants, et comporte avantageusement une position neutre (débrayage complet) assurant une déconnexion entre moteur et roues (limitation de charge lors de l’engagement du dispositif de parking). Enfin, dans son mode de construction préféré, cet essieu (1), dont tous les composants fonctionnels (2, 3 et 6) sont avantageusement logés dans un carter, présente un encombrement minimal, en particulier radialement. L’invention porte également sur un véhicule automobile électrique, caractérisé en ce qu’il comprend un essieu (1) tel que décrit précédemment, l’ensemble des éléments constitutifs de cet essieu étant logé dans un carter unique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés 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. Essieu (1) pour la propulsion ou la traction d’un véhicule électrique, comprenant un moteur électrique (2) avec un arbre moteur ou d’entrainement (2’) formant étage d’entrée de mouvement de rotation, un différentiel (3) avec deux demi-arbres (4 et 4’) alignés portant chacun une roue (5, 5’) et formant étage de sortie de mouvement de rotation et un dispositif (6) de transmission de couple entre le moteur (2) et le différentiel (3) comprenant un arbre support (6’) et formant étage intermédiaire, l’arbre d’entrainement (2’), les deux demi-arbres (4, 4’) et l’arbre support (6’) définissant respectivement des axes de rotation (AE, AS, AI) parallèles entre eux, au moins une liaison par engrènement, avec transmission permanente ou sélective de couple, existant entre l’arbre d’entrainement (2’) et l’arbre support (6’), d’une part, et entre l’arbre support (6’) et le différentiel (3), d’autre part, essieu (1) caractérisé en ce que l’arbre d’entrainement (2’) et l’arbre support (6’) sont reliés en permanence entre eux par une liaison (7) par engrènement avec transmission de couple, avec établissement d’un rapport de transmission (R0) donné, en ce que l’arbre support (6’) comporte deux roues dentées (8, 8’) montées libres en rotation sur cet arbre (6’) et le différentiel (3) comporte deux couronnes dentées (9, 9’) d’entrée de mouvement dans ledit différentiel (3), chaque roue dentée (8, 8’) engrenant avec une couronne dentée (9, 9’), avec préférentiellement des rapports de transmission propres (R1, R2), mutuellement différents, en ce que le dispositif (6) de transmission de couple est configuré pour assurer une transmission sélective de couple et comprend à cet effet au moins un organe d’accouplement (10, 10’) pouvant être commuté de manière contrôlée entre deux positions ou deux états, par exemple par déplacement en translation selon l’axe de rotation (AE) de l’arbre support (6’), le ou chaque organe d’accouplement (10, 10’) étant configuré pour assujettir en rotation l’une des deux roues dentées (8, 8’) avec l’arbre support (6’), ce sélectivement en fonction de la position ou de l’état dudit ou de chaque organe d’accouplement (10, 10’), et en ce que le dispositif de transmission de couple (1) comprend un embrayage (11) associé à l’une (8’) des deux roues dentées (8, 8’), préférentiellement celle établissant une transmission de couple avec la vitesse de rotation résultante la plus élevée pour le différentiel (3), cet embrayage (11) étant configuré pour établir sélectivement une liaison d’assujettissement en rotation entre cette roue dentée (8’) et l’arbre support (6’), cette liaison étant complémentaire par rapport à celle susceptible d’être établi par l’organe d’accouplement (10) au moins présent. Essieu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes de rotation (AE et AS) de l’arbre d’entrainement (2’) et des deux demi-arbres (4, 4’) sont confondus, en ce que l’arbre d’entrainement (2’) présente une structure creuse et en ce que l’un (4) des deux demi-arbres (4, 4’) s’étend de manière traversante dans ledit arbre d’entrainement (2’). Essieu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif (6) de transmission de couple comprend un unique organe (10) d’accouplement sélectif qui consiste en un crabot monté coulissant sur l’arbre support (6’) et qui est arrangé et configuré pour établir, dans une première position engagée, une solidarisation en rotation entre cet arbre (6’) et une première (8) des deux roues dentées (8, 8’) et, dans une seconde position engagée, une solidarisation en rotation entre cet arbre (6’) et une seconde (8’) desdites deux roues dentées (8, 8’), ces deux positions engagées étant séparées par une position neutre dudit organe (10) correspondant à une absence simultanée de solidarisation des deux roues dentées (8 et 8’) avec ledit arbre (6’), et en ce qu’il comprend un embrayage (11) qui est configuré et commandé pour établir sélectivement une liaison d’assujettissement en rotation entre la roue dentée (8’) concernée et l’arbre d’entrée (6’), qui est variable et contrôlée en intensité en fonction de la position de l’organe d’accouplement (10). Essieu selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’embrayage (11) consiste en un embrayage à friction ou à glissement. Essieu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif (6) de transmission de couple comprend, d’une part, un premier organe (10) d’accouplement sélectif qui consiste en un crabot monté coulissant sur l’arbre support (6’) et qui est arrangé et configuré pour établir, dans une première position engagée, une solidarisation en rotation entre cet arbre (6’) et l’une (8) des deux roues dentées (8, 8’) et, dans une seconde position dégagée, une désolidarisation en rotation entre cet arbre (6’) et cette roue dentée (8), et, d’autre part, un second organe d’accouplement (10’) correspondant à l’embrayage (11) associé à l’autre (8’) parmi les deux roues dentées (8, 8’) et configuré et commandé pour établir sélectivement une liaison d’assujettissement en rotation entre cette autre roue dentée (8’) concernée et l’arbre support (6’), ce en alternance et de manière inversée par rapport à la liaison établie par le premier organe d’accouplement (10). Essieu selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’embrayage (11) consiste en un embrayage à disques multiples, monté solidaire en rotation avec l’un parmi l’arbre support (6’) et cet autre roue dentée (8’) et pouvant être sélectivement assujetti en rotation avec l’autre parmi l’arbre support (6’) et cette autre roue dentée (8’) par un troisième organe (12) d’accouplement. Essieu selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de blocage des roues (5, 5’) par bocage en rotation de l’arbre support (6’) de l’étage intermédiaire, ou blocage de l’une des roues dentées (8, 8’) montées sur cet arbre (6’). Essieu selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend des actionneurs électromagnétiques pour commander la commutation du ou des organe(s) d’accouplement (10, 10’) et/ou l’enclenchement et le désenclenchement de l’embrayage (11). Véhicule automobile électrique, caractérisé en ce qu’il comprend un essieu (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, l’ensemble des éléments constitutifs de cet essieu étant logé dans un carter unique.