FR 2912693 A1 20080822 FR 0753409 A 20070221 B06-2565FR û EGA/EVH/DD Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Dispositif de changement de mode pour transmission à dérivation de puissance. Invention de : BUANNEC Michel DA SILVA Paulo 2 Dispositif de changement de mode pour transmission à dérivation de puissance. L'invention concerne le domaine des dispositifs de changement de mode de transmission, notamment dans les transmissions à dérivation de puissance, pour véhicules automobiles. Par la demande FR 2 859 669 (RENAULT) on connaît une transmission à dérivation de puissance reliant en parallèle le moteur thermique aux roues du véhicule par deux voies mécaniques de transmission de puissance. La transmission décrite comporte deux machines électriques formant une voie électrique de transmission de puissance par une transformation de la puissance mécanique en puissance électrique et inversement. L'une des voies mécaniques de puissance comprend un dispositif de changement de mode. Ce dispositif comprend un train épicycloïdal de changement de mode dont deux entrées du train épicycloïdal sont insérées le long de ladite voie mécanique. La troisième entrée du train épicycloïdal de changement de mode est reliée par un organe soit à une autre entrée, soit au carter de la transmission. Pour l'un des modes, la troisième entrée est reliée au carter, de sorte que le ratio de vitesse inséré sur la voie mécanique de transmission peut être ajusté en faisant varier les dentures du train épicycloïdal de changement de mode. Pour l'autre mode, la troisième entrée est reliée à une autre entrée de ce même train épicycloïdal, de sorte que celui-ci tourne en bloc. Le ratio de vitesse inséré sur la voie mécanique est figé à la valeur un. L'inconvénient d'un tel dispositif de changement de mode est qu'un seul des modes est ajustable indépendamment de l'autre. L'invention propose un dispositif de changement de mode pour transmission à dérivation de puissance, ainsi que la transmission correspondante, qui remédient aux inconvénients précédents et 3 notamment qui permettent une plus grande flexibilité d'adaptation de chacun des modes de transmission. Selon un mode de réalisation, le dispositif de changement de mode pour transmission à dérivation de puissance, comprend un carter destiné à être fixé à la transmission, un train épicycloïdal à trois entrées, un moyen d'immobilisation d'une première entrée par rapport au carter, actionnable de manière sélective afin d'établir un premier mode de fonctionnement de la transmission et une chaîne cinématique munie d'un moyen de solidarisation reliant, lorsque le moyen de solidarisation est actionné, la première entrée avec une deuxième entrée afin d'établir un deuxième mode de fonctionnement de la transmission. La chaîne cinématique comprend au moins un engrènement entre deux pignons. Le demandeur s'est rendu compte que pour chacun des deux modes de fonctionnement de la transmission, la proportion de puissance passant par la voie électrique est minimale pour une plage de rapport de transmission donnée. Cette plage est celle où la transmission a le meilleur rendement énergétique. Le demandeur s'est en particulier rendu compte qu'une optimisation globale de transmission consiste à faire se succéder la plage de rapport optimale pour le premier mode avec la plage de rapport optimale pour le deuxième mode. Grâce au rapport d'engrènement introduit dans la chaîne cinématique entre les deux entrées du train épicycloïdal de changement de mode, il est possible d'ajuster chacun des modes indépendamment l'un de l'autre. Cela permet en agissant sur les deux pignons de la chaîne cinématique de modifier la plage optimale du deuxième mode de manière qu'elle succède à la plage de rapport optimale pour le premier mode, et ceci sans devoir agir sur les autres composants de la transmission. Cela peut permettre, par exemple à la même transmission de s'adapter à différentes motorisations. 4 Selon une variante, la première entrée du train épicycloïdal est un porte satellite, et la deuxième entrée est une couronne. Selon une autre variante, le moyen de solidarisation comprend un synchroniseur à crabots. Selon un mode de réalisation, le synchroniseur est coaxial avec le train épicycloïdal. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend un arbre de renvoi sur lequel est monté un premier et un deuxième pignons de renvoi ainsi que le synchroniseur à crabots apte à solidariser la rotation des deux pignons de renvoi; le premier pignon de renvoi engrenant avec un premier pignon principal fixe par rapport à la première entrée; le deuxième pignon de renvoi engrenant avec un deuxième pignon principal fixe par rapport à la deuxième entrée. Cette chaîne cinématique présente deux engrènements successifs. Cela augmente encore la flexibilité de la transmission. De plus, cela permet de déporter le synchroniseur, devant être actionné par une fourchette, à un endroit de la transmission plus accessible. Cela est particulièrement intéressant lorsque les composants montés sur l'axe du train épicycloïdal de changement de mode ont un encombrement radial important. C'est le cas pour les transmissions à implantation transversale sur le véhicule, par exemple lorsqu'une chaîne entoure la couronne du train épicycloïdal de changement de mode. Avantageusement, le synchroniseur comprend un corps mobile en translation coopérant avec des cannelures longitudinales de l'arbre de renvoi. Le premier pignon de renvoi est monté fixe sur l'arbre de renvoi. Cela permet d'avoir un synchroniseur particulièrement compact radialement. Avantageusement, le synchroniseur est apte à synchroniser le premier pignon de renvoi, soit au carter seulement, soit au carter et au deuxième pignon de renvoi simultanément, soit au deuxième pignon de renvoi seulement. La transition entre les deux modes de fonctionnement de la transmission se fait lorsque la voie mécanique sur laquelle est insérée le dispositif de changement de mode présente une vitesse nulle. On peut alors changer le rapport de transmission 5 inséré sur ladite voie mécanique sans provoquer d'à-coup sur le véhicule. De plus, cela permet de passer d'un mode à l'autre de transmission sans qu'à aucun moment la voie mécanique de transmission de puissance où est inséré le dispositif de changement de mode ne soit ouverte. Selon une variante, le moyen d'immobilisation relie directement la première entrée au carter de manière que des composants contribuant à la chaîne cinématique d'actionnement du deuxième mode ne transmettent pas de couple lorsque le premier mode est actionné. La demanderesse s'est rendue compte que le couple transmis par la voie mécanique où est inséré le dispositif de changement de mode est plus réduit dans le deuxième mode que dans le premier mode. Le fait de ne pas utiliser la chaîne cinématique de deuxième mode pour le premier mode permet de réduire la taille des composants de cette chaîne cinématique. Cela permet de réduire par exemple le diamètre des arbres ou la largeur des dentures, et de réduire l'encombrement de la transmission. Avantageusement, le moyen d'immobilisation comprend un baladeur, guidé à translation axiale dans le carter et un flasque fixé à la première entrée. Le baladeur est muni de crabots latéraux aptes à coopérer avec des crabots du flasque. Avantageusement, le moyen d'immobilisation est actionnable indépendamment du moyen de solidarisation. Cela permet d'ajuster de manière plus simple la zone de chevauchement entre les deux modes. Cela diminue les tolérances mécaniques des actionneurs. 6 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, selon lequel : - la figure 1 est un schéma d'ensemble de la transmission à dérivation de puissance selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma détaillé de la transmission montrant un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une coupe longitudinale du dispositif selon le mode de réalisation de la figure 2 ; et - la figure 4 est une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation de l'invention. Comme illustré sur la figure 1, la transmission à dérivation de puissance est reliée à un moteur thermique MT, à une première machine électrique ME1, à une deuxième machine électrique ME2 et à des roues 1. La transmission proprement dite comprend un arbre d'entrée 2, un premier train épicycloïdal G1, un deuxième train épicycloïdal G2 et un dispositif de changement de mode 4, lequel comprend un troisième train épicycloïdal G3 ainsi qu'un moyen d'immobilisation 5 et un moyen de solidarisation 6. La transmission comprend également quatre dispositifs de transmission 7, 8, 9 et 10 présentant un rapport de transmission fixe et interposés entre le deuxième train épicycloïdal G2 et respectivement le moteur thermique MT, le dispositif de changement de mode 4, la deuxième machine électrique ME2 et les roues 1. Un autre dispositif de transmission à rapport fixe 6a est monté en série avec le moyen de solidarisation 6 entre deux entrées du troisième train épicycloïdal G3. Le couple transmis à l'arbre d'entrée 2 est réparti par un dispositif 2a de combinaison de puissance à rotation commune, entre le dispositif de transmission 7 et le premier train épicycloïdal G1. Les 7 couples moteurs issus des dispositifs de transmission 8 et 9 s'ajoutent grâce à un premier dispositif la de combinaison de puissance à rotation commune. La transmission présente une voie électrique, et deux voies mécaniques de transmission de puissance. La voie électrique comprend les machines électriques ME1 et ME2. Une première voie mécanique relie le premier train épicycloïdal Gl au premier dispositif de combinaison de puissance à rotation commune la. Une deuxième voie mécanique relie le deuxième dispositif de combinaison de puissance à rotation commune 2a au deuxième train épicycloïdal G2. La transmission fonctionne à dérivation de puissance. La puissance du moteur thermique MT est transmise aux roues 1 en passant par les voies mécaniques ainsi que par la voie électrique. Lorsque l'une des machines ME1 ou ME2 fonctionne en alternateur, l'autre fonctionne en motrice. La différence entre l'énergie électrique fournie par l'alternateur et celle consommée par la motrice est stockée ou fournie par une batterie B du véhicule. Lorsque le moyen d'immobilisation 5 du dispositif de changement de mode 4 est actionné et que le moyen de solidarisation 6 est libre, le rapport de transmission entre le premier train épicycloïdal Gl et le dispositif de transmission 8 présente un rapport donné fixe. Cette configuration correspond à un premier mode de fonctionnement de la transmission, convenant à des vitesses réduites du véhicule. Lorsque le moyen de solidarisation 6 est actionné et que le moyen d'immobilisation 5 est libre, le dispositif de changement de mode 4 présente un autre rapport de transmission permettant de faire fonctionner la transmission à dérivation de puissance de manière optimisée pour des vitesses élevées du véhicule. Le changement de mode a lieu lorsque aucune puissance mécanique ne transite par le dispositif de changement de mode 4, c'est-à-dire que les trois entrées 8 du troisième train épicycloïdal G3 sont arrêtées. L'instant du changement de mode ne se traduit par aucun à-coup de couple pour le véhicule. De plus le changement de mode peut avoir lieu avec des systèmes à crabots qui présentent l'avantage de pouvoir être actionnés mécaniquement et ne provoquent aucune dispersion d'énergie une fois qu'ils sont en position crabotée. L'ensemble des engrenages de la transmission sont optimisés pour que, lors du premier mode de fonctionnement (moyen d'immobilisation 5 activé), la proportion de l'énergie transmise par la voie électrique soit minimale pour une plage de rapport de transmission entre le moteur MT et les roues 1 correspondant aux basses vitesses du véhicule. Grâce à cette optimisation, la transmission présente un rapport infiniment variable tout en minimisant les pertes d'énergie dues à la transformation d'énergie mécanique en énergie électrique et inversement. Le dispositif 6a permet d'introduire un degré de liberté permettant au deuxième mode de fonctionnement de la transmission, d'optimiser la proportion d'énergie transmise par la voie électrique pour une plage de rapport de transmission située en continuité avec la plage optimisée pour le premier mode. La présence d'un dispositif de transmission à rapport fixe 6a dans le dispositif de changement de mode 4 permet à l'ensemble de la transmission d'être optimisé du point de vue énergétique pour une plage de rapports de transmission très large. On va à l'aide de la figure 2 décrire de manière plus détaillée une structure particulière permettant de réaliser une transmission de dérivation de puissance correspondant à la figure 1. La transmission comprend principalement deux axes, l'un comprenant le moteur thermique MT et la première machine électrique ME1 et l'autre comprenant la deuxième machine ME2. Sur le premier axe de gauche à droite, la transmission comprend un arbre 11 9 d'entraînement de la première machine électrique ME1 autour duquel sont montés à rotation un premier moyeu 12 et un deuxième moyeu 13. Un arbre d'entrée 14 est équipé d'un dispositif d'amortissement dynamique 15, relié au moteur thermique MT dans l'alignement axial de l'arbre d'entraînement 11. Le premier et le troisième train épicycloïdaux G1, G3 sont coaxiaux au premier axe. Chacun des trains épicycloïdaux G1, G3 comprend un planétaire Pl, P3, des satellites S1 et S3, un porte satellite PSI, PS3 et une couronne Cl, C3. Le premier moyeu 12 est équipé d'un pignon principal fixe 16, d'un pignon principal libre 17 et est fixé au porte satellite PS3. Le planétaire P3 et le porte satellite PSI sont fixés sur le deuxième moyeu 13. Le pignon principal libre 17 est fixé à la couronne C3 et engrène avec un pignon de renvoi 18 monté libre à rotation sur un arbre de renvoi 19. L'arbre de renvoi 19 comprend un synchroniseur double à crabots 20 et un pignon de renvoi fixe 21 engrenant avec le pignon principal fixe 16. Le synchroniseur 20 est apte à solidariser sous l'action d'une fourchette 22 le pignon fixe 21, soit avec le pignon de renvoi 18, soit avec des crabots 23 fixes par rapport à un carter 24 de la transmission. Le moyen d'immobilisation 5 est constitué par le pignon principal 16, le pignon de renvoi 18, le synchroniseur 20 et le crabot fixe 23. On va maintenant décrire le deuxième axe de la transmission. Un arbre d'entraînement 30 de la deuxième machine électrique ME2 et un arbre intermédiaire 31 sont dans l'alignement l'un de d'autre. Deux trains épicycloïdaux G2 et G4 coaxiaux comprennent respectivement chacun un planétaire P2, P4, des satellites S2 et S4, un porte satellite PS2, PS4 et une couronne C2, C4. Le planétaire P4 est monté sur l'arbre d'entraînement 30. Une roue 32 montée libre à rotation comprend les éléments de couronne C4 et C2 et est reliée en rotation 10 par une chaîne 33 à la couronne C3. Le planétaire P2 est entraîné en rotation par l'arbre intermédiaire 31 et par une roue 34 reliée par une chaîne 35 à la couronne Cl. Le porte satellite PS2 est monté sur un moyeu 36a libre en rotation autour de l'arbre intermédiaire 31 et relié aux roues par un différentiel 36. Le dispositif de transmission à rapport fixe 9 est constitué par le train épicycloïdal G4 dans lequel le porte satellite PS4 est fixe. Cela permet d'introduire un rapport de transmission entre l'arbre d'entraînement de la deuxième machine électrique ME2 et la couronne C2 du deuxième train épicycloïdal G2. Le premier dispositif de combinaison de puissance à rotation commune la est un dispositif ternaire constitué par la couronne C2 entraînée en rotation par la chaîne 33, par les satellites des deuxième et quatrième trains épicycloïdaux G2 et G4. Le deuxième dispositif de combinaison de puissance à rotation commune 2a est un dispositif ternaire constitué par la couronne Cl entraînée en rotation par l'arbre d'entrée 14, par la chaîne 33 et par les satellites du premier train épicycloïdal Gl. Dans une variante, n'importe quel type de dispositif de combinaison de puissance à rotation commune conviendrait. I1 suffit que ce dispositif soit constitué d'une roue entraînée en rotation par au moins trois moyens différents d'entraînement en rotation. La vitesse de rotation est commune aux trois moyens et la somme des couples exercés par les moyens sur la roue commune est nulle. On va décrire à l'aide de la figure 3 l'avantage d'encombrement qu'apporte le fait de disposer le synchroniseur 20 sur l'arbre de renvoi 19 dans le cas où la couronne C3 du train épicycloïdal G3 de changement de mode est entourée par la chaîne 33. En effet, dans le cas de transmission destinée à être implantée transversalement dans un véhicule, l'encombrement que l'on cherche à optimiser est celui de la longueur. La figure 3 illustre le fait que la fonction de synchronisation 11 entre le porte satellite PS3 et la couronne C3 occupe uniquement dans le sens axial la largeur des pignons principaux 16 et 17. Le pignon de renvoi 19 est monté sur deux paliers à roulement dans le carter 24. Le pignon de renvoi libre 18 est immobilisé en translation sur l'arbre de renvoi 19 grâce à des butées axiales en roulement 40. L'arbre 19 est muni de cannelures longitudinales 41 faisant office de corps de synchroniseur pour le synchroniseur 20. Le synchroniseur 20 présente un baladeur 42 qui comprend un moyeu de guidage 43 coopérant directement avec les cannelures 41 de l'arbre de guidage 19. Le baladeur 42 comprend une jupe 44 s'étendant axialement autour de l'arbre 19 et reliée d'un côté à une roue 45 s'étendant radialement et de l'autre au moyeu de guidage 43. La roue est équipée d'un crabot 46 apte à coopérer, soit avec des crabots 18a du pignon de renvoi libre 18, soit avec les crabots 23 fixés au carter 24. La distance axiale entre les crabots 23 et 18a est inférieure à la longueur axiale du crabot 46. Lors de la translation du baladeur 42, le crabot 46 passe d'une position coopérant uniquement avec le crabot fixe 23, comme illustré sur la figure 3, puis à une position commune où le crabot 46 coopère simultanément avec les crabots 23 et 18a, puis enfin à une position où le crabot 46 coopère uniquement avec le crabot 18a. En position crabotée avec le pignon 18, la jupe 44 du baladeur 20 entoure la butée axiale de roulement 40 et une partie de moyeu du pignon 18. Grâce à cette disposition de la jupe 44, les crabots 46 et 18a peuvent être d'un diamètre supérieur à l'espace radial libre entre la chaîne 33 et l'arbre 19. De plus, la jupe 44 permet à la fourchette 22 de pouvoir se déplacer axialement dans une zone axiale située de l'autre côté de la chaîne 33 par rapport au pignon de renvoi 18. Ainsi, une telle construction permet tout à la fois la synchronisation entre le porte satellite 3 et la couronne 3 nécessaire au changement de mode, 12 l'introduction d'un rapport d'engrènement dans la chaîne cinématique entre ces deux éléments, et ceci en minimisant l'encombrement axial ainsi que l'encombrement radial supplémentaire. On va, à l'aide de la figure 4, décrire une amélioration du dispositif précédent, dans lequel le moyen de blocage 5 peut être actionné indépendamment du moyen de solidarisation 6, tout en conservant l'ensemble des avantages précédemment décrits. Un flasque 50 s'étend radialement à l'extérieur du porte satellite PS3 et est relié à la portion du porte satellite PS3 située entre les premier et troisième trains épicycloïdaux G1 et G3. Le flasque 50 présente en sa partie périphérique des crabots 51. Un baladeur 53 en forme d'anneau entoure la couronne Cl du premier train épicycloïdal G1. Le baladeur 53 présente des cannelures 52 axiales coopérant avec des cannelures complémentaires du carter 24. Le baladeur 53 présente des crabots 54 s'étendant latéralement dans la direction axiale, de manière à pouvoir coopérer avec les crabots périphériques 51 du flasque 50. Le baladeur 53 peut être actionné par un système de fourchettes non représenté, situé dans la même portion axiale de la transmission que les fourchettes 22, c'est-à-dire entre les chaînes 33 et 35. Dans une variante, les baladeurs 53 et 42 sont actionnés non pas indépendamment l'un de l'autre, mais simultanément par un même actionneur. Le fait d'avoir déporté le moyen de blocage 5 en amont de la chaîne cinématique liant le porte satellite PS3 à la couronne C3, permet d'avoir des pignons principaux et de renvoi 16, 17, 18 et 21 de largeur de denture plus réduite, car ils sont soumis à un couple à transmettre plus réduit. De plus, la roue 45 peut être également plus étroite, car le crabot 46 ne doit coopérer qu'avec le crabot 18a. Ces deux éléments permettent de réduire encore l'encombrement axial de la transmission. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de changement de mode pour transmission à dérivation de puissance, comprenant un carter (24) destiné à être fixé à la transmission, un train épicycloïdal (G3) à trois entrées (P3, PS3, C3), un moyen d'immobilisation (5) d'une première entrée (PS3) par rapport au carter (24), actionnable de manière sélective afin d'établir un premier mode de fonctionnement de la transmission et une chaîne cinématique munie d'un moyen de solidarisation (20) reliant, lorsque le moyen de solidarisarion (20) est actionné, la première entrée (PS3) avec une deuxième entrée (C3) afin d'établir un deuxième mode de fonctionnement de la transmission, caractérisé par le fait que la chaîne cinématique comprend au moins un engrènement entre deux pignons (16-21 ; 17-18). 2 - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première entrée du train épicycloïdal est un porte satellite (PS3), et la deuxième entrée est une couronne (C3). 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le moyen de solidarisation comprend un synchroniseur à crabots (20). 4 - Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le synchroniseur (20) est coaxial avec le train épicycloïdal (G3). 5 - Dispositif selon la revendication 3, comprenant un arbre de renvoi (19) sur lequel est monté un premier (21) et un deuxième (18) pignons de renvoi ainsi que le synchroniseur à crabots (20) apte à solidariser la rotation des deux pignons de renvoi (18, 21); le premier pignon de renvoi (21) engrenant avec un premier pignon principal (16) fixe par rapport à la première entrée (PS3); le deuxième pignon de renvoi (18) engrenant avec un deuxième pignon principal (17) fixe par rapport à la deuxième entrée (C3). 14 6 - Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le synchroniseur (20) comprend un baladeur (42) mobile en translation coopérant avec des cannelures longitudinales (41) de l'arbre de renvoi (19); le premier pignon de renvoi (21) étant monté fixe sur l'arbre de renvoi (19). 7 - Dispositif selon la revendication 6, dans lequel le synchroniseur (20) est apte à synchroniser le premier pignon de renvoi (21), soit au carter (24) seulement, soit au carter (24) et au deuxième pignon de renvoi (18) simultanément, soit au deuxième pignon de renvoi (18) seulement. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le moyen d'immobilisation (5) relie directement la première entrée (PS3) au carter (24) de manière que des composants contribuant à la chaîne cinématique d'actionnement du deuxième mode ne transmettent pas de couple lorsque le premier mode est actionné. 9 - Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le moyen d'immobilisation comprend un baladeur (53), guidé à translation axiale dans le carter (24) et un flasque (50) fixé à la première entrée (PS3) ; le baladeur (53) étant muni de crabots latéraux (54) aptes à coopérer avec des crabots (51) du flasque (50). 10 -Dispositif selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le moyen d'immobilisation (5) est actionnable indépendamment du moyen de solidarisation (20).