FR2847014A1 - Transmission infiniment variable a derivation de puissance, a variateur electrique et train compose - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une transmission infiniment variable à dérivation de puissance à deux modes de fonctionnement, dont les éléments constitutifs sont répartis entre deux voies de puissance reliant en parallèle le moteur thermique (1) aux roues (3) du véhicule, ces moyens incluant deux trains épicycloïdaux (5, 6), deux machines électriques (2, 4), un étage de réduction (7), et des moyens de commande répartissant différemment la puissance entre les deux voies de puissance selon le mode de fonctionnement de celle-ci.La transmission de l'invention comporte une voie de puissance principale sur laquelle est disposée un train composé (136, 137), une voie de puissance secondaire comportant un train épicycloïdal (141, 142) associé à chaque machine électrique (131, 132) du variateur électrique, un système de changement de modes pour immobiliser sélectivement au moins un élément tournant de l'un des dits trains épicycloïdaux associés à une des dites machines électriques de sorte qu'au moins un mode de fonctionnement de la transmission infiniment variable soit sélectionné parmi une pluralité de modes de fonctionnement.
Description
"Transmission infiniment variable à dérivation de puissance, à variateur électrique et train composé"
La présente invention concerne une transmission à dérivation de puissance permettant d'obtenir une variation continue depuis un rapport de marche arrière jusqu'à un rapport de marche avant, en passant par une position particulière, dite "neutre en prise", où la vitesse de déplacement du véhicule est nulle, pour un régime quelconque du moteur thermique.
Plus précisément, elle a pour objet une transmission infiniment variable à dérivation de puissance, sur la base d'un variateur électrique et d'un train composé, et des moyens de commande répartissant différemment la puissance entre l'entrée et la sortie de la transmission selon le mode de fonctionnement de celle-ci. Les transmissions à dérivation de puissance peuvent reposer sur trois principes, ou modes, de dérivation de puissance connus. Selon le premier mode, dit "à entrée couplée", la transmission comporte un couple de pignons de dérivation de puissance qui dérive la puissance à l'entrée du mécanisme, et un train epicycloïdal "assembleur", qui réunit les puissance en sortie de mécanisme. L'élément de contrôle est un variateur.
Dans les transmissions à dérivation de puissance dites "à sortie couplée", on a par exemple un train planétaire diviseur de puissance à l'entrée du mécanisme et un couple de pignons rassembleur de puissance en sortie de mécanisme, l'élément de contrôle étant toujours un variateur.
Enfin, les transmissions à dérivation de puissance dites "à deux points d'adaptation", un premier train epicycloïdal diviseur de puissance peut être placé en entrée de boîte, tandis qu'un second train epicycloïdal rassembleur de puissance est disposé en sortie de boîte, l'élément de contrôle étant toujours un variateur. Les transmissions infiniment variables (Infinitely Variable Transmission ou I .V.T) classiques n'utilisent qu'un ou deux de ces trois principes de fonctionnement.
Par les publications US-5.558.589 et US-5.935.035, on connaît des transmissions infiniment variables à deux modes de fonctionnement regroupant au moins deux trains planétaires, deux embrayages de changement de mode, et un variateur électrique, en utilisant comme premier mode de fonctionnement, le principe de la dérivation de puissance à sortie couplée. Selon ces publications, les moyens de changement de mode sont placés à l'extérieur des trains épicycloïdaux.
L'intérêt de disposer de deux modes de fonctionnement réside dans l'augmentation de la plage des rapports de la transmission et dans la possibilité de diminuer le dimensionnement du variateur électrique qui peut être composé sur la base de machines électriques.
Toutefois, dans ces architectures bi-modes connues, les changements de mode sont effectués par des embrayages multidisques disposés sur la sortie de la transmission et sont accompagnés pour cette raison d'à coups de couple ressentis désagréablement par les utilisateurs.
Un autre inconvénient des architectures décrites dans ces publications, réside dans leur complexité, liée notamment à la présence d'au moins deux embrayages et un frein. Dans une précédente demande de brevet français
FR 01 04690, au nom du même demandeur, on a décrit une transmission infiniment variable à dérivation de puissance et à deux modes de fonctionnement, d'architecture plus simple que les transmissions habituelles du même type, utilisant des machines électriques de faible dimensionnement et dont les changements de mode ne sont accompagnés d'aucun à coup de couple. Dans cette demande de brevet FR 01 04690, les changements de mode sont effectués en intervenant sur des liaisons mécaniques internes de la transmission situées entre les deux trains. On dispose à cet effet deux étages de réduction entre les deux trains épicycloïdaux, ces étages étant respectivement sollicités dans le premier et dans le second mode de fonctionnement. Ces deux étages de réduction sont disposés en parallèle entre les trains sur la même voie de puissance.
L'application de ces enseignements de l'état de la technique pose le problème d'une transmission infiniment variable (I .V.T) qui soit compacte de façon à pouvoir être disposée facilement dans un groupe motopropulseur d'un véhicule. Par ailleurs, une telle transmission infiniment variable est difficilement utilisable avec un moteur thermique produisant un fort couple et une puissance élevée et elle n'est pas facilement adaptable au type de moteur, qu'il soit à essence ou diesel.
Il ressort de l'état de la technique des difficultés de conception pour le circuit hydraulique d'actionnement qui ensuite pose de gros problèmes lors des réparations et de la maintenance de la boîte de vitesses, particulièrement dans le cas où le système de changement de mode est réalisé sous forme d'embrayage multidisques. Dans le cas où le système de changement de mode comporte des crabots de boîte mécanique, on a des problèmes pour changer le système de changement de mode à l'intérieur de la boîte.
Enfin, l'adaptation d'une telle boîte de vitesses à un moteur thermique à essence pose également un problème lié aux vitesses de rotation qui sont très élevées, ce qui impose de fortes contraintes mécaniques sur certains éléments tournants.
En effet, avec un moteur à essence, les régimes moteurs sont plus élevés qu'avec un moteur diesel de sorte que certains éléments de la boîte de vitesses tournent très vite.
En particulier, on verra dans la suite de la description le problème que pose la rotation élevée d'une partie de vitesses.
La présente invention permet de porter remède à ces inconvénients de l'état de la technique. Particulièrement, elle consiste à proposer un moyen permettant de laisser de la place pour le variateur électrique.
Le système de changement de mode peut être placé à la périphérie de la boîte de vitesses de façon à pouvoir le commander plus facilement à l'aide d'actionneurs hydrauliques ou d'actionneurs électromécaniques.
Enfin, la structure de transmission retenue permet de réduire les vitesses de roulement de la boîte.
A cet effet, la présente invention concerne une transmission infiniment variable à dérivation de puissance, qui comporte une voie principale de puissance composée par deux trains épicycloïdaux connectés par un train composé à deux connexions.
Grâce à une telle structure, il a été ainsi possible de remplacer les deux réducteurs et le train simple de l'état de la technique par un ensemble composé de deux réducteurs et d'un train composé.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 et la figure 2 sont des schémas décrivant l'état de la technique sur lequel se fonde la présente invention ;
- les figures 3 et 4 sont respectivement un schéma de principe et un schéma de réalisation mécanique de la transmission infiniment variable de l'invention.
A la figure 1 , on a représenté le schéma de principe de la transmission infiniment variable de la demande FR 01 .04690.
La transmission de la figure 1 est composée de deux trains épicycloïdaux 5, 6, de sept étages de réduction 7, de deux systèmes de changement de mode 8 et 9, qui peuvent être, soit des crabots, soit des embrayages multidisques, et de deux machines électriques 2, 4, constituant ensemble un variateur. Cette transmission dispose de quatre connexions d'entrée et de sortie, qui peuvent être respectivement reliées au moteur thermique 1 , aux roues 3 et aux deux machines électriques 2 et 4.
Le moteur thermique 1 est connecté à un étage de réduction 7. Les roues 3 sont connectées à deux étages de réduction 3'. Une première machine électrique 2 du variateur est reliée à un étage de réduction 7 et une seconde machine électrique 4 est reliée à un étage de réduction 4' et aux deux systèmes de changement de mode 8 et 9. Trois étages de réduction sont connectés au premier train epicycloïdal 5. Quatre étages de réduction sont connectés au deuxième train epicycloïdal 6. Un étage de réduction 8' ou 9' est relié à chaque système de changement de mode 8 et 9.
La transmission illustrée par la figure 1 comporte donc sept étages de réduction dont cinq sont disposés entre les deux trains épicycloïdaux et dont deux sont disposés à l'extérieur de ces derniers.
Le moteur thermique 1 est connecté au train epicycloïdal 5 par l'intermédiaire d'un étage de réduction 1 ' et les roues 3 sont connectées à chaque train epicycloïdal 5, 6 par l'intermédiaire d'un étage de réduction 3'.
Cette transmission dispose de deux modes de fonctionnement à deux points d'adaptation. Dans le premier mode, le premier système de changement de mode 8, relié aux étages de réduction, d'une part, et à une machine électrique 4, d'autre part, est ouvert. Cette première branche est donc libre, tandis que la seconde, comportant le second système de changement de mode 9, relié comme le premier à deux étages de réduction et à la machine électrique 4, est fermée. A la figure 2, on a représenté un mode de réalisation mécanique pratique du schéma de principe de la figure 1 .
A la figure 2, le moteur thermique 100 est connecté à un arbre central 101 qui traverse tout le mécanisme de la boîte de vitesses dont les pignons et de ses trains épicycloïdaux ont été représentés schématiquement.
Le variateur électrique est essentiellement composé d'une première machine électrique 102 et d'une seconde machine électrique 103.
Les machines électriques 102 et 103 peuvent fonctionner indifféremment comme moteur ou comme générateur et sont préférentiellement connectées à un élément de stockage de l'énergie électrique comme une batterie et/ou une capacité de forte valeur.
Enfin, la boîte de vitesses est connectée par l'intermédiaire d'un différentiel 105 aux roues 104 du véhicule.
La boîte de vitesses ou transmission infiniment variable de l'invention comporte essentiellement un premier train epicycloïdal 1 1 1 et un second train epicycloïdal 1 16.
Elle comporte aussi un système de changement de mode 106.
Le porte satellite 1 12 est monté libre en rotation par un palier convenable autour de l'arbre central traversant 101 . Les satellites du porte satellite 1 12 sont disposés de façon à être couplés, d'une part, au planétaire 1 14 solidaire de l'arbre 101 et, d'autre part, à la couronne 1 13 qui tourne librement autour d'un palier disposé sur l'arbre traversant 101 .
Le porte satellite 1 12 du premier train epicycloïdal 1 1 1 est entraîné par une denture extérieure par l'intermédiaire d'une chaîne 1 10 reliée à un pignon 109 solidaire de l'arbre de sortie de la première machine électrique 102 du variateur électrique.
La couronne 1 13 du premier train epicycloïdal présente une denture extérieure 122 qui est engrenée sur un pignon 121 d'attaque du différentiel 105 connecté aux roues 104.
Le couplage de la denture 122 et du pignon 121 réalise un réducteur 3'.
Le second train epicycloïdal 1 16 comporte une couronne 1 17 dont une première denture est couplée par une chaîne 1 15 à un pignon 108 entraîné par le système de changement de mode 106.
Le planétaire 1 19 du second train epicycloïdal 1 16 comporte une denture intérieure et une denture extérieure. La denture intérieure du planétaire 1 19 est couplée aux satellites du porte satellite 1 18 tandis que la denture extérieure du planétaire 1 19 est couplée à un pignon 120 d'attaque de la seconde machine électrique 103 du variateur électrique de la transmission infiniment variable. La couronne 1 17 présente aussi une denture extérieure qui est couplée à un autre pignon 107 commandé par le système de changement de mode 106, de sorte que l'arbre de sortie de la première machine électrique 102 puisse être couplé sélectivement ou bien au pignon 107 ou bien au pignon 108. Le système de changement de mode 106 est réalisé :
- ou bien à l'aide de crabots activés par un système d'entraînement convenable ;
- ou par deux embrayages activés par des actionneurs convenables. Ce changement de mode permet d'introduire deux rapports de réduction différents K5 et K6 selon que le système de changement de mode active le pignon 108 ou le pignon 107 et aussi de réaliser deux chemins ou voies de puissance différentes pour réaliser une transmission infiniment variable bi-mode. A la figure 3, on a représenté le schéma de principe de la présente invention.
La transmission infiniment variable de la présente invention comporte une voie principale de puissance et une voie secondaire de dérivation de puissance. Dans le but de réaliser une telle structure, le moteur thermique 130 est connecté par l'intermédiaire d'un réducteur 136 à la couronne C2 et au porte satellite ps respectivement d'un premier train epicycloïdal 137 et d'un second train epicycloïdal 138 de la boîte de vitesses 134 proprement dite. Les roues du véhicule 133 sont connectées à la boîte de vitesse 134 par l'intermédiaire d'un réducteur 139 de raison K0dont un accès est couplé respectivement au porte satellite ps2 et à la couronne C1 du premier train epicycloïdal 137 et du second train epicycloïdal 138.
L'ensemble des premier 137 et second 138 trains épicycloïdaux constituent un train epicycloïdal composé.
Le chemin de puissance reliant le moteur thermique 130 aux roues 133 du véhicule ainsi formé constitue le chemin principal.
Afin de réaliser la variation continue du rapport de transmission dans le mode choisi entre deux modes de fonctionnement tel qu'il a été décrit précédemment, la transmission infiniment variable de l'invention comporte un variateur électrique composé d'une première machine électrique 131 et d'une seconde machine 132.
Ainsi qu'il a été déjà décrit, le variateur électrique est aussi complété par un élément de stockage d'énergie électrique
(non représenté) auquel sont connectées les deux machines électriques 131 et 132 qui sont réversibles électriquement et mécaniquement.
La première machine électrique 131 est connectée à un réducteur 140 qui introduit un rapport de réduction Ke[iota] , et est respectivement couplée au planétaire p2 du premier train epicycloïdal 137 et à la couronne C1 d'un troisième train epicycloïdal 141 .
Le troisième train epicycloïdal 141 comporte un planétaire p qui est couplé à la couronne C d'un quatrième train epicycloïdal 142 de sorte que le planétaire p du troisième train epicycloïdal 141 et la couronne C du quatrième train epicycloïdal 142 sont connectés au bâti ou à tout autre point fixe 145 par l'intermédiaire d'un frein 144'.
Le porte satellite du troisième train epicycloïdal 141 est luimême couplé à un tel point fixe 145 par le moyen d'un frein 144. Le quatrième train epicycloïdal 142 comporte un planétaire p qui est couplé par l'intermédiaire d'un réducteur 143, de raison Ke2, à la seconde machine électrique 132 du variateur électrique de la transmission de l'invention. Afin de contrôler la transmission infiniment variable de l'invention , le moteur thermique, le variateur électrique 131 , 132, et les deux freins 144 et 144' de la boîte de vitesses 134 proprement dite sont commandés par l'intermédiaire d'un contrôleur 135 de transmission infiniment variable bi-mode. Le contrôleur 135 comporte un contrôleur 146 du point de fonctionnement du groupe motopropulseur en fonction de contraintes prédéterminées. Ces contraintes dépendent particulièrement de l'état de l'environnement du véhicule, notamment de sa vitesse et du point de fonctionnement précédemment commandé, et de la commande du conducteur, comme le degré d'enfoncement de la pédale d'accélérateur, ou encore de la commande d'un automate de réglage de la vitesse du véhicule par exemple.
Un contrôleur 147 du point de fonctionnement du moteur thermique 130 reçoit une consigne de point de fonctionnement du contrôleur 145 et produit des signaux de commande convenable à des actionneurs de détermination du point de fonctionnement du moteur thermique 130. Un tel actionneur est dans un mode de réalisation réalisé par le volet du carburateur. Un contrôleur 148 du fonctionnement des première 130 et seconde 131 machines électriques permet de déterminer pour chaque machine son mode de fonctionnement moteur ou génératrice. Le contrôleur détermine selon ce mode de fonctionnement déterminé pour chaque machine sa vitesse de rotation et/ou son couple ou encore sa tension d'induit et/ou son courant d'induit. Dans un mode de réalisation préférée, les deux machines électriques réversibles sont chargées électriquement à l'aide d'un accumulateur d'énergie électrique qui coopère avec un organe de gestion d'un accumulateur d'énergie électrique. Le contrôleur 148 reçoit une consigne de point de fonctionnement du contrôleur 135 et produit des signaux de commande convenable à des circuits de pilotage des machines électriques. De tels circuits de pilotage permettent de réguler l'alimentation de l'induit du moteur ou encore d'orienter l'énergie électrique produite en mode de fonctionnement de générateur.
Un contrôleur 149 de changement de mode de transmission détermine l'état ouvert ou fermé du premier frein 144 et/ou du second frein 144' de sorte qu'un mode parmi au moins deux modes de fonctionnement de la transmission infiniment variable soit sélectionné sous la commande du contrôleur 135, ainsi qu'il a été décrit plus haut.
A la figure 4, on a représenté un mode de réalisation mécanique du schéma de principe de la boîte de vitesses 134 de la figure 3. Cette figure est sensiblement une demie vue symétrique par rapport à son axe de révolution 156.
Le moteur thermique 150 est connecté à un pignon 154 de façon à réaliser avec une denture 155 un réducteur analogue au réducteur 136 de la figure 3. La denture 155 est montée sur un palier libre en rotation autour d'un arbre central 156 de boîte de vitesses.
La denture 155 est solidaire du porte satellite 159 (PS1 , figure 3) du second train epicycloïdal qui constitue ainsi le premier train du train composé de la voie de puissance principale de l'invention.
Le second train epicycloïdal comporte un planétaire 174 (P1 à la figure 3), et une couronne 161 (C1 à la figure 3).
Le premier train epicycloïdal 137 à la figure 3 comporte un planétaire 162 (P2 à la figure 3), un porte satellite (PS2 à la figure 3) et une couronne 175 (C2 à la figure 3).
Le porte satellite 159 du premier train epicycloïdal 138 est solidaire de la couronne 175 du second train epicycloïdal 137.
La couronne 161 du second train epicycloïdal 138 est connectée ou solidaire du porte satellite 161 . n
On a ainsi réalisé un train composé compact qui est disposé coaxialement autour d'un arbre central de boîte de vitesses 156.
A la figure 4, seule la partie supérieure de cette vue schématique a été représentée pour simplifier la clarté de l'exposé.
Les roues du véhicule sont couplées sur un arbre 153 par un pignon 158 à la denture 157 solidaire de la couronne 161 du second train epicycloïdal 138. La denture 157 est représentée comme un pignon de sortie de boîte de vitesses.
La voie principale de puissance permet ainsi à l'aide du train composé décrit ci-dessus de relier les roues 153 au moteur thermique 150. On a représenté ensuite les troisième 141 et quatrième 142 trains épicycloïdaux qui permettent de réaliser la voie secondaire de puissance ainsi que son couplage tant au variateur, qu'au système de changement de mode qu'à la voie principale de puissance. Le troisième train epicycloïdal de la boîte de vitesse de la l'invention comporte un planétaire 76 (PC à la figure 3) et une couronne 177 (Ce à la figure 3).
Le porte satellite 168 du troisième train epicycloïdal 141 est solidaire du frein 169 analogue au frein 144 de la figure 3. Le quatrième train epicycloïdal 142 est ici implémenté avec un porte satellite 163 qui connecte le planétaire 178 à la couronne 179.
Pour réaliser les dérivations de puissance et les manipulations par le système de changement de mode, le planétaire 176 du troisième train epicycloïdal 141 est solidaire de la couronne 179 du quatrième train epicycloïdal 142.
De même, la couronne 177 du troisième train epicycloïdal 141 est solidaire du planétaire 178 du quatrième train epicycloïdal. Le planétaire 176 du troisième train epicycloïdal 141 ainsi que la couronne 179 du quatrième train epicycloïdal sont solidarisés à une première garniture d'un frein 170 analogue au frein 144' de la figure 3, l'autre garniture du frein 170 étant solidaire du carter de la boîte de vitesses. Un actionneur de frein (non représenté) permet d'activer ou non le freinage en rapprochant les deux garnitures sous la commande du contrôleur de mode de fonctionnement de la transmission (135, 149). Le porte satellite 168 du troisième train epicycloïdal (ps, 141 ), solidaire de la couronne 179 du quatrième train epicycloïdal (c, 142) est solidaire d'une première garniture d'un frein 169 dont l'autre garniture du frein 169 étant solidaire du carter de boîte de vitesses. Un actionneur de frein (non représenté), associé au frein 169 du porte satellite 168, permet d'activer ou non son freinage en rapprochant les deux garnitures sous la commande du contrôleur de modes de fonctionnement de la transmission (135, 149).
L'arbre 158 de boîte de vitesses 156 est terminé à son autre extrémité par rapport au moteur thermique 150 par un pignon 171 qui est connecté à la seconde machine électrique 152 par l'intermédiaire d'un pignon 171 relié au pignon 173 par l'intermédiaire d'une chaîne 172.
Le pignon 173 entraîne l'arbre du rotor de la machine électrique 152. De même, le planétaire 162 du second train epicycloïdal
137 (figure 3) du train composé porte une denture extérieure 165 qui est couplé par l'intermédiaire d'une chaîne 166 à un pignon 167 solidaire de l'arbre du rotor de la première machine électrique 151 du variateur électrique de la transmission infiniment variable de l'invention.
On a ainsi réalisé mécaniquement une boîte de vitesse à laquelle peuvent être facilement intégrées extérieurement les première et seconde machines électriques et dans laquelle le système de changement de mode est constitué essentiellement par les deux freins 169 et 170.
Les deux machines électriques 151 , 152 du variateur électrique et les deux freins 169, 170 du système de changement de modes sont intégrables.
Par ailleurs les éléments ayant la vitesse de rotation la plus forte ont été disposés avec de forts rapports de démultiplication, ce qui permet de baisser les valeurs maximales admissibles sur la boîtes de vitesses.
La présente invention concerne une transmission à dérivation de puissance permettant d'obtenir une variation continue depuis un rapport de marche arrière jusqu'à un rapport de marche avant, en passant par une position particulière, dite "neutre en prise", où la vitesse de déplacement du véhicule est nulle, pour un régime quelconque du moteur thermique.
Plus précisément, elle a pour objet une transmission infiniment variable à dérivation de puissance, sur la base d'un variateur électrique et d'un train composé, et des moyens de commande répartissant différemment la puissance entre l'entrée et la sortie de la transmission selon le mode de fonctionnement de celle-ci. Les transmissions à dérivation de puissance peuvent reposer sur trois principes, ou modes, de dérivation de puissance connus. Selon le premier mode, dit "à entrée couplée", la transmission comporte un couple de pignons de dérivation de puissance qui dérive la puissance à l'entrée du mécanisme, et un train epicycloïdal "assembleur", qui réunit les puissance en sortie de mécanisme. L'élément de contrôle est un variateur.
Dans les transmissions à dérivation de puissance dites "à sortie couplée", on a par exemple un train planétaire diviseur de puissance à l'entrée du mécanisme et un couple de pignons rassembleur de puissance en sortie de mécanisme, l'élément de contrôle étant toujours un variateur.
Enfin, les transmissions à dérivation de puissance dites "à deux points d'adaptation", un premier train epicycloïdal diviseur de puissance peut être placé en entrée de boîte, tandis qu'un second train epicycloïdal rassembleur de puissance est disposé en sortie de boîte, l'élément de contrôle étant toujours un variateur. Les transmissions infiniment variables (Infinitely Variable Transmission ou I .V.T) classiques n'utilisent qu'un ou deux de ces trois principes de fonctionnement.
Par les publications US-5.558.589 et US-5.935.035, on connaît des transmissions infiniment variables à deux modes de fonctionnement regroupant au moins deux trains planétaires, deux embrayages de changement de mode, et un variateur électrique, en utilisant comme premier mode de fonctionnement, le principe de la dérivation de puissance à sortie couplée. Selon ces publications, les moyens de changement de mode sont placés à l'extérieur des trains épicycloïdaux.
L'intérêt de disposer de deux modes de fonctionnement réside dans l'augmentation de la plage des rapports de la transmission et dans la possibilité de diminuer le dimensionnement du variateur électrique qui peut être composé sur la base de machines électriques.
Toutefois, dans ces architectures bi-modes connues, les changements de mode sont effectués par des embrayages multidisques disposés sur la sortie de la transmission et sont accompagnés pour cette raison d'à coups de couple ressentis désagréablement par les utilisateurs.
Un autre inconvénient des architectures décrites dans ces publications, réside dans leur complexité, liée notamment à la présence d'au moins deux embrayages et un frein. Dans une précédente demande de brevet français
FR 01 04690, au nom du même demandeur, on a décrit une transmission infiniment variable à dérivation de puissance et à deux modes de fonctionnement, d'architecture plus simple que les transmissions habituelles du même type, utilisant des machines électriques de faible dimensionnement et dont les changements de mode ne sont accompagnés d'aucun à coup de couple. Dans cette demande de brevet FR 01 04690, les changements de mode sont effectués en intervenant sur des liaisons mécaniques internes de la transmission situées entre les deux trains. On dispose à cet effet deux étages de réduction entre les deux trains épicycloïdaux, ces étages étant respectivement sollicités dans le premier et dans le second mode de fonctionnement. Ces deux étages de réduction sont disposés en parallèle entre les trains sur la même voie de puissance.
L'application de ces enseignements de l'état de la technique pose le problème d'une transmission infiniment variable (I .V.T) qui soit compacte de façon à pouvoir être disposée facilement dans un groupe motopropulseur d'un véhicule. Par ailleurs, une telle transmission infiniment variable est difficilement utilisable avec un moteur thermique produisant un fort couple et une puissance élevée et elle n'est pas facilement adaptable au type de moteur, qu'il soit à essence ou diesel.
Il ressort de l'état de la technique des difficultés de conception pour le circuit hydraulique d'actionnement qui ensuite pose de gros problèmes lors des réparations et de la maintenance de la boîte de vitesses, particulièrement dans le cas où le système de changement de mode est réalisé sous forme d'embrayage multidisques. Dans le cas où le système de changement de mode comporte des crabots de boîte mécanique, on a des problèmes pour changer le système de changement de mode à l'intérieur de la boîte.
Enfin, l'adaptation d'une telle boîte de vitesses à un moteur thermique à essence pose également un problème lié aux vitesses de rotation qui sont très élevées, ce qui impose de fortes contraintes mécaniques sur certains éléments tournants.
En effet, avec un moteur à essence, les régimes moteurs sont plus élevés qu'avec un moteur diesel de sorte que certains éléments de la boîte de vitesses tournent très vite.
En particulier, on verra dans la suite de la description le problème que pose la rotation élevée d'une partie de vitesses.
La présente invention permet de porter remède à ces inconvénients de l'état de la technique. Particulièrement, elle consiste à proposer un moyen permettant de laisser de la place pour le variateur électrique.
Le système de changement de mode peut être placé à la périphérie de la boîte de vitesses de façon à pouvoir le commander plus facilement à l'aide d'actionneurs hydrauliques ou d'actionneurs électromécaniques.
Enfin, la structure de transmission retenue permet de réduire les vitesses de roulement de la boîte.
A cet effet, la présente invention concerne une transmission infiniment variable à dérivation de puissance, qui comporte une voie principale de puissance composée par deux trains épicycloïdaux connectés par un train composé à deux connexions.
Grâce à une telle structure, il a été ainsi possible de remplacer les deux réducteurs et le train simple de l'état de la technique par un ensemble composé de deux réducteurs et d'un train composé.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 et la figure 2 sont des schémas décrivant l'état de la technique sur lequel se fonde la présente invention ;
- les figures 3 et 4 sont respectivement un schéma de principe et un schéma de réalisation mécanique de la transmission infiniment variable de l'invention.
A la figure 1 , on a représenté le schéma de principe de la transmission infiniment variable de la demande FR 01 .04690.
La transmission de la figure 1 est composée de deux trains épicycloïdaux 5, 6, de sept étages de réduction 7, de deux systèmes de changement de mode 8 et 9, qui peuvent être, soit des crabots, soit des embrayages multidisques, et de deux machines électriques 2, 4, constituant ensemble un variateur. Cette transmission dispose de quatre connexions d'entrée et de sortie, qui peuvent être respectivement reliées au moteur thermique 1 , aux roues 3 et aux deux machines électriques 2 et 4.
Le moteur thermique 1 est connecté à un étage de réduction 7. Les roues 3 sont connectées à deux étages de réduction 3'. Une première machine électrique 2 du variateur est reliée à un étage de réduction 7 et une seconde machine électrique 4 est reliée à un étage de réduction 4' et aux deux systèmes de changement de mode 8 et 9. Trois étages de réduction sont connectés au premier train epicycloïdal 5. Quatre étages de réduction sont connectés au deuxième train epicycloïdal 6. Un étage de réduction 8' ou 9' est relié à chaque système de changement de mode 8 et 9.
La transmission illustrée par la figure 1 comporte donc sept étages de réduction dont cinq sont disposés entre les deux trains épicycloïdaux et dont deux sont disposés à l'extérieur de ces derniers.
Le moteur thermique 1 est connecté au train epicycloïdal 5 par l'intermédiaire d'un étage de réduction 1 ' et les roues 3 sont connectées à chaque train epicycloïdal 5, 6 par l'intermédiaire d'un étage de réduction 3'.
Cette transmission dispose de deux modes de fonctionnement à deux points d'adaptation. Dans le premier mode, le premier système de changement de mode 8, relié aux étages de réduction, d'une part, et à une machine électrique 4, d'autre part, est ouvert. Cette première branche est donc libre, tandis que la seconde, comportant le second système de changement de mode 9, relié comme le premier à deux étages de réduction et à la machine électrique 4, est fermée. A la figure 2, on a représenté un mode de réalisation mécanique pratique du schéma de principe de la figure 1 .
A la figure 2, le moteur thermique 100 est connecté à un arbre central 101 qui traverse tout le mécanisme de la boîte de vitesses dont les pignons et de ses trains épicycloïdaux ont été représentés schématiquement.
Le variateur électrique est essentiellement composé d'une première machine électrique 102 et d'une seconde machine électrique 103.
Les machines électriques 102 et 103 peuvent fonctionner indifféremment comme moteur ou comme générateur et sont préférentiellement connectées à un élément de stockage de l'énergie électrique comme une batterie et/ou une capacité de forte valeur.
Enfin, la boîte de vitesses est connectée par l'intermédiaire d'un différentiel 105 aux roues 104 du véhicule.
La boîte de vitesses ou transmission infiniment variable de l'invention comporte essentiellement un premier train epicycloïdal 1 1 1 et un second train epicycloïdal 1 16.
Elle comporte aussi un système de changement de mode 106.
Le porte satellite 1 12 est monté libre en rotation par un palier convenable autour de l'arbre central traversant 101 . Les satellites du porte satellite 1 12 sont disposés de façon à être couplés, d'une part, au planétaire 1 14 solidaire de l'arbre 101 et, d'autre part, à la couronne 1 13 qui tourne librement autour d'un palier disposé sur l'arbre traversant 101 .
Le porte satellite 1 12 du premier train epicycloïdal 1 1 1 est entraîné par une denture extérieure par l'intermédiaire d'une chaîne 1 10 reliée à un pignon 109 solidaire de l'arbre de sortie de la première machine électrique 102 du variateur électrique.
La couronne 1 13 du premier train epicycloïdal présente une denture extérieure 122 qui est engrenée sur un pignon 121 d'attaque du différentiel 105 connecté aux roues 104.
Le couplage de la denture 122 et du pignon 121 réalise un réducteur 3'.
Le second train epicycloïdal 1 16 comporte une couronne 1 17 dont une première denture est couplée par une chaîne 1 15 à un pignon 108 entraîné par le système de changement de mode 106.
Le planétaire 1 19 du second train epicycloïdal 1 16 comporte une denture intérieure et une denture extérieure. La denture intérieure du planétaire 1 19 est couplée aux satellites du porte satellite 1 18 tandis que la denture extérieure du planétaire 1 19 est couplée à un pignon 120 d'attaque de la seconde machine électrique 103 du variateur électrique de la transmission infiniment variable. La couronne 1 17 présente aussi une denture extérieure qui est couplée à un autre pignon 107 commandé par le système de changement de mode 106, de sorte que l'arbre de sortie de la première machine électrique 102 puisse être couplé sélectivement ou bien au pignon 107 ou bien au pignon 108. Le système de changement de mode 106 est réalisé :
- ou bien à l'aide de crabots activés par un système d'entraînement convenable ;
- ou par deux embrayages activés par des actionneurs convenables. Ce changement de mode permet d'introduire deux rapports de réduction différents K5 et K6 selon que le système de changement de mode active le pignon 108 ou le pignon 107 et aussi de réaliser deux chemins ou voies de puissance différentes pour réaliser une transmission infiniment variable bi-mode. A la figure 3, on a représenté le schéma de principe de la présente invention.
La transmission infiniment variable de la présente invention comporte une voie principale de puissance et une voie secondaire de dérivation de puissance. Dans le but de réaliser une telle structure, le moteur thermique 130 est connecté par l'intermédiaire d'un réducteur 136 à la couronne C2 et au porte satellite ps respectivement d'un premier train epicycloïdal 137 et d'un second train epicycloïdal 138 de la boîte de vitesses 134 proprement dite. Les roues du véhicule 133 sont connectées à la boîte de vitesse 134 par l'intermédiaire d'un réducteur 139 de raison K0dont un accès est couplé respectivement au porte satellite ps2 et à la couronne C1 du premier train epicycloïdal 137 et du second train epicycloïdal 138.
L'ensemble des premier 137 et second 138 trains épicycloïdaux constituent un train epicycloïdal composé.
Le chemin de puissance reliant le moteur thermique 130 aux roues 133 du véhicule ainsi formé constitue le chemin principal.
Afin de réaliser la variation continue du rapport de transmission dans le mode choisi entre deux modes de fonctionnement tel qu'il a été décrit précédemment, la transmission infiniment variable de l'invention comporte un variateur électrique composé d'une première machine électrique 131 et d'une seconde machine 132.
Ainsi qu'il a été déjà décrit, le variateur électrique est aussi complété par un élément de stockage d'énergie électrique
(non représenté) auquel sont connectées les deux machines électriques 131 et 132 qui sont réversibles électriquement et mécaniquement.
La première machine électrique 131 est connectée à un réducteur 140 qui introduit un rapport de réduction Ke[iota] , et est respectivement couplée au planétaire p2 du premier train epicycloïdal 137 et à la couronne C1 d'un troisième train epicycloïdal 141 .
Le troisième train epicycloïdal 141 comporte un planétaire p qui est couplé à la couronne C d'un quatrième train epicycloïdal 142 de sorte que le planétaire p du troisième train epicycloïdal 141 et la couronne C du quatrième train epicycloïdal 142 sont connectés au bâti ou à tout autre point fixe 145 par l'intermédiaire d'un frein 144'.
Le porte satellite du troisième train epicycloïdal 141 est luimême couplé à un tel point fixe 145 par le moyen d'un frein 144. Le quatrième train epicycloïdal 142 comporte un planétaire p qui est couplé par l'intermédiaire d'un réducteur 143, de raison Ke2, à la seconde machine électrique 132 du variateur électrique de la transmission de l'invention. Afin de contrôler la transmission infiniment variable de l'invention , le moteur thermique, le variateur électrique 131 , 132, et les deux freins 144 et 144' de la boîte de vitesses 134 proprement dite sont commandés par l'intermédiaire d'un contrôleur 135 de transmission infiniment variable bi-mode. Le contrôleur 135 comporte un contrôleur 146 du point de fonctionnement du groupe motopropulseur en fonction de contraintes prédéterminées. Ces contraintes dépendent particulièrement de l'état de l'environnement du véhicule, notamment de sa vitesse et du point de fonctionnement précédemment commandé, et de la commande du conducteur, comme le degré d'enfoncement de la pédale d'accélérateur, ou encore de la commande d'un automate de réglage de la vitesse du véhicule par exemple.
Un contrôleur 147 du point de fonctionnement du moteur thermique 130 reçoit une consigne de point de fonctionnement du contrôleur 145 et produit des signaux de commande convenable à des actionneurs de détermination du point de fonctionnement du moteur thermique 130. Un tel actionneur est dans un mode de réalisation réalisé par le volet du carburateur. Un contrôleur 148 du fonctionnement des première 130 et seconde 131 machines électriques permet de déterminer pour chaque machine son mode de fonctionnement moteur ou génératrice. Le contrôleur détermine selon ce mode de fonctionnement déterminé pour chaque machine sa vitesse de rotation et/ou son couple ou encore sa tension d'induit et/ou son courant d'induit. Dans un mode de réalisation préférée, les deux machines électriques réversibles sont chargées électriquement à l'aide d'un accumulateur d'énergie électrique qui coopère avec un organe de gestion d'un accumulateur d'énergie électrique. Le contrôleur 148 reçoit une consigne de point de fonctionnement du contrôleur 135 et produit des signaux de commande convenable à des circuits de pilotage des machines électriques. De tels circuits de pilotage permettent de réguler l'alimentation de l'induit du moteur ou encore d'orienter l'énergie électrique produite en mode de fonctionnement de générateur.
Un contrôleur 149 de changement de mode de transmission détermine l'état ouvert ou fermé du premier frein 144 et/ou du second frein 144' de sorte qu'un mode parmi au moins deux modes de fonctionnement de la transmission infiniment variable soit sélectionné sous la commande du contrôleur 135, ainsi qu'il a été décrit plus haut.
A la figure 4, on a représenté un mode de réalisation mécanique du schéma de principe de la boîte de vitesses 134 de la figure 3. Cette figure est sensiblement une demie vue symétrique par rapport à son axe de révolution 156.
Le moteur thermique 150 est connecté à un pignon 154 de façon à réaliser avec une denture 155 un réducteur analogue au réducteur 136 de la figure 3. La denture 155 est montée sur un palier libre en rotation autour d'un arbre central 156 de boîte de vitesses.
La denture 155 est solidaire du porte satellite 159 (PS1 , figure 3) du second train epicycloïdal qui constitue ainsi le premier train du train composé de la voie de puissance principale de l'invention.
Le second train epicycloïdal comporte un planétaire 174 (P1 à la figure 3), et une couronne 161 (C1 à la figure 3).
Le premier train epicycloïdal 137 à la figure 3 comporte un planétaire 162 (P2 à la figure 3), un porte satellite (PS2 à la figure 3) et une couronne 175 (C2 à la figure 3).
Le porte satellite 159 du premier train epicycloïdal 138 est solidaire de la couronne 175 du second train epicycloïdal 137.
La couronne 161 du second train epicycloïdal 138 est connectée ou solidaire du porte satellite 161 . n
On a ainsi réalisé un train composé compact qui est disposé coaxialement autour d'un arbre central de boîte de vitesses 156.
A la figure 4, seule la partie supérieure de cette vue schématique a été représentée pour simplifier la clarté de l'exposé.
Les roues du véhicule sont couplées sur un arbre 153 par un pignon 158 à la denture 157 solidaire de la couronne 161 du second train epicycloïdal 138. La denture 157 est représentée comme un pignon de sortie de boîte de vitesses.
La voie principale de puissance permet ainsi à l'aide du train composé décrit ci-dessus de relier les roues 153 au moteur thermique 150. On a représenté ensuite les troisième 141 et quatrième 142 trains épicycloïdaux qui permettent de réaliser la voie secondaire de puissance ainsi que son couplage tant au variateur, qu'au système de changement de mode qu'à la voie principale de puissance. Le troisième train epicycloïdal de la boîte de vitesse de la l'invention comporte un planétaire 76 (PC à la figure 3) et une couronne 177 (Ce à la figure 3).
Le porte satellite 168 du troisième train epicycloïdal 141 est solidaire du frein 169 analogue au frein 144 de la figure 3. Le quatrième train epicycloïdal 142 est ici implémenté avec un porte satellite 163 qui connecte le planétaire 178 à la couronne 179.
Pour réaliser les dérivations de puissance et les manipulations par le système de changement de mode, le planétaire 176 du troisième train epicycloïdal 141 est solidaire de la couronne 179 du quatrième train epicycloïdal 142.
De même, la couronne 177 du troisième train epicycloïdal 141 est solidaire du planétaire 178 du quatrième train epicycloïdal. Le planétaire 176 du troisième train epicycloïdal 141 ainsi que la couronne 179 du quatrième train epicycloïdal sont solidarisés à une première garniture d'un frein 170 analogue au frein 144' de la figure 3, l'autre garniture du frein 170 étant solidaire du carter de la boîte de vitesses. Un actionneur de frein (non représenté) permet d'activer ou non le freinage en rapprochant les deux garnitures sous la commande du contrôleur de mode de fonctionnement de la transmission (135, 149). Le porte satellite 168 du troisième train epicycloïdal (ps, 141 ), solidaire de la couronne 179 du quatrième train epicycloïdal (c, 142) est solidaire d'une première garniture d'un frein 169 dont l'autre garniture du frein 169 étant solidaire du carter de boîte de vitesses. Un actionneur de frein (non représenté), associé au frein 169 du porte satellite 168, permet d'activer ou non son freinage en rapprochant les deux garnitures sous la commande du contrôleur de modes de fonctionnement de la transmission (135, 149).
L'arbre 158 de boîte de vitesses 156 est terminé à son autre extrémité par rapport au moteur thermique 150 par un pignon 171 qui est connecté à la seconde machine électrique 152 par l'intermédiaire d'un pignon 171 relié au pignon 173 par l'intermédiaire d'une chaîne 172.
Le pignon 173 entraîne l'arbre du rotor de la machine électrique 152. De même, le planétaire 162 du second train epicycloïdal
137 (figure 3) du train composé porte une denture extérieure 165 qui est couplé par l'intermédiaire d'une chaîne 166 à un pignon 167 solidaire de l'arbre du rotor de la première machine électrique 151 du variateur électrique de la transmission infiniment variable de l'invention.
On a ainsi réalisé mécaniquement une boîte de vitesse à laquelle peuvent être facilement intégrées extérieurement les première et seconde machines électriques et dans laquelle le système de changement de mode est constitué essentiellement par les deux freins 169 et 170.
Les deux machines électriques 151 , 152 du variateur électrique et les deux freins 169, 170 du système de changement de modes sont intégrables.
Par ailleurs les éléments ayant la vitesse de rotation la plus forte ont été disposés avec de forts rapports de démultiplication, ce qui permet de baisser les valeurs maximales admissibles sur la boîtes de vitesses.
Claims (1)
134 proprement dite ;
les roues du véhicule (133) sont connectées à la boîte de vitesse (134) par l'intermédiaire d'un réducteur (139) de raison Ko dont un accès est couplé respectivement au porte satellite (ps2) et à la couronne (C1 ) du premier train epicycloïdal (137) et du second train epicycloïdal (138), les premier (137) et second (138) trains épicycloïdaux constituant un train epicycloïdal composé disposé sur le chemin principal de dérivation de puissance.
3 - Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que une première machine électrique (131 ) du variateur électrique est connectée à un réducteur (140) couplé au planétaire (p2) du premier train epicycloïdal (137) et à la couronne (C1 ) d'un troisième train epicycloïdal (141 ) dont le planétaire (p) est couplé à la couronne ( C) d'un quatrième train epicycloïdal (142), le planétaire (p) du troisième train epicycloïdal (141 ) et la couronne (C ) du quatrième train epicycloïdal (142) étant connectés au bâti ( 14)5 par l'intermédiaire d'un frein (144') et en ce que le porte satellite du troisième train epicycloïdal (141 ) est lui-même couplé à un tel point fixe (145) par le moyen d'un frein (144).
4 - Transmission selon la revendication 2, caractérisé en ce que une seconde machine électrique (132) du variateur électrique est couplé par l'intermédiaire d'un réducteur (143), de raison K[theta]2 à un quatrième train epicycloïdal (142) par son planétaire (p).
5 - Transmission selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réducteur (136) comporte un pignon (154) engrené avec une denture (155), montée sur un palier libre en rotation autour d'un arbre central (156) de boîte de vitesses solidaire du porte satellite (159 ; PS1 , figure 3) du second train epicycloïdal du train composé de la voie de puissance principale, le porte satellite (159) du premier train epicycloïdal (138) est solidaire de la couronne (175) du second train epicycloïdal (137), la couronne (161 ) du second train epicycloïdal (138) étant connectée ou solidaire du porte satellite (161 ).
6 - Transmission selon la revendication 5, caractérisée en ce que les roues du véhicule sont couplées sur un arbre 153 par un pignon (158) à une denture (157) solidaire de la couronne (161 ) du second train epicycloïdal (138).
7 - Transmission selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que :
la voie secondaire de puissance comporte des troisième (141 ) et quatrième (142) trains épicycloïdaux pour son couplage au variateur, au système de changement de mode et à la voie principale de puissance, le troisième train epicycloïdal (141 ) comportant un planétaire (76 ; PC, figure 3), une couronne (177 ; Ce, figure 3) et un porte satellite (168) solidaire d'un second frein (169) ;
le quatrième train epicycloïdal (142) comportant un porte satellite (163) qui couple son planétaire (178) à sa couronne
(179).
le planétaire (176) du troisième train epicycloïdal (141 ) étant solidaire de la couronne (179) du quatrième train epicycloïdal (142), et la couronne (177) du troisième train epicycloïdal (141 ) étant solidaire du planétaire (178) du quatrième train epicycloïdal (142) ;
l'arbre (158) de boîte de vitesses (156) étant terminé à son autre extrémité par rapport au moteur thermique (150) par un pignon (171 ) connecté à la seconde machine électrique (1 52) ;
le planétaire (162) du second train epicycloïdal (137, figure 3) du train composé portant une denture extérieure (165) qui est couplée à un pignon (167) solidaire de l'arbre du rotor de la première machine électrique (151 ) du variateur électrique.
8 - Transmission selon la revendication 7, caractérisée en ce que le planétaire (176) du troisième train epicycloïdal (141 ) ainsi que la couronne (179) du quatrième train epicycloïdal sont solidarisés à une première garniture d'un frein (170 ; 144', figure 3), l'autre garniture du frein (170) étant solidaire du carter de la boîte de vitesses et un actionneur de frein (non représenté) permettant d'activer ou non le freinage en rapprochant les deux
garnitures sous la commande du contrôleur de mode de fonctionnement de la transmission (135, 149).
9 - Transmission selon la revendication 7, caractérisée en ce que le porte satellite (168) du troisième train epicycloïdal (psc, 141 ), solidaire de la couronne (179) du quatrième train epicycloïdal (cb, 142) est solidaire d'une première garniture d'un frein ( 169) dont l'autre garniture du frein (169) est solidaire du carter de boîte de vitesses et un actionneur de frein (non représenté), associé au frein 169 du porte satellite (168), permetant d'activer ou non son freinage en rapprochant les deux garnitures sous la commande du contrôleur de modes de fonctionnement de la transmission (135, 149).
10. Transmission selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comporte un contrôleur (135) de son fonctionnement qui comporte :
- un contrôleur (146) du point de fonctionnement du groupe motopropulseur en fonction de contraintes prédéterminées ;
- un contrôleur (147) du point de fonctionnement du moteur thermique (130) qui reçoit une consigne de point de fonctionnement du contrôleur (135) et qui produit des signaux de commande convenable à des actionneurs de détermination du point de fonctionnement du moteur thermique (130) ;
- un contrôleur (148) du fonctionnement des première (131 ) et seconde (132) machines électriques de sorte que soit déterminée pour chaque machine son mode de fonctionnement moteur ou génératrice, sa vitesse de rotation et/ou son couple ou encore sa tension d'induit et/ou son courant d'induit, notamment en relation avec un organe de gestion d'un accumulateur d'énergie électrique, ledit contrôleur (148) recevant une consigne de point de fonctionnement du contrôleur (135) et produisant des signaux de commande convenable à des circuits de pilotage des machines électriques ;
lî un contrôleur (149) de changement de mode de transmission qui détermine l'état ouvert ou fermé du premier frein (144) et/ou du second frein (144') de sorte qu'un mode parmi au moins deux modes de fonctionnement de la transmission infiniment variable soit sélectionné sous la commande du contrôleur (135).
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20140731 |