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WO2010007291A1 - Boite de vitesses hybride a arbres parallelles - Google Patents

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Publication number
WO2010007291A1
WO2010007291A1 PCT/FR2009/051259 FR2009051259W WO2010007291A1 WO 2010007291 A1 WO2010007291 A1 WO 2010007291A1 FR 2009051259 W FR2009051259 W FR 2009051259W WO 2010007291 A1 WO2010007291 A1 WO 2010007291A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
clutch
gearbox
shaft
primary
gear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2009/051259
Other languages
English (en)
Inventor
Raymond Bellarbre
Jean-Luc Butot
Frédéric Cheze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SA
Original Assignee
Renault SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SA filed Critical Renault SA
Publication of WO2010007291A1 publication Critical patent/WO2010007291A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using externally powered electric machines
    • F16H3/725—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using externally powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to the field of gearboxes for a motor vehicle, and in particular hybrid gearboxes with parallel shafts.
  • gearboxes are connected to a heat engine and to one or more electrical machines.
  • the electrical machine (s) can be included in the gearbox, or located outside.
  • Gearshift mechanisms make it possible to vary the transmission ratio between an input shaft connected to the heat engine and a differential ring connected to the wheels of the vehicle.
  • patent application US 2006/0 230 854 describes a gearbox with parallel shafts.
  • the primary line located in the axis of the crankshaft of the engine comprises two clutches, two electric machines and two primary shafts.
  • Such a gearbox is particularly long. This is very disadvantageous for a transverse implantation of the engine block in a vehicle. For such vehicles, it is sought to reduce the length of the gearbox and in particular the length in the axis of the crankshaft of the engine.
  • this gearbox includes three output shafts each equipped with a pinion meshing with the same differential ring. This has the disadvantage of freezing the radial distance of the output shafts around the differential ring. This limits the possibility of adapting the size of the gearbox to a dense environment.
  • the patent application FR 2 896 564 describes a gearbox with parallel shafts with two clutches located axially between the engine and the rest of the gearbox.
  • Such a gearbox has a primary line of great length.
  • an intermediate shaft of the gearbox has a pinion connection of an electric machine. It is offset laterally at radial distance from the primary line.
  • the entire gearbox and the electric machine has a large footprint in the width direction.
  • the reverse gear is by direct meshing between sprockets of two shafts parallel to the primary line. This has the effect to freeze the relative angular position of these parallel trees around the primary line. This limits the possibility of adapting the size of the gearbox to a dense environment.
  • the gearbox has torque ratio transitions through friction cone synchronizers and a freewheel device.
  • Patent application FR 2 848 924 describes a gearbox with parallel shafts having a continuous transition of the torque. However, this gearbox does not include an electric machine. The invention proposes to remedy the aforementioned drawbacks.
  • An object of the invention is to provide a hybrid gearbox with parallel shafts having a small footprint in the width direction, without degrading the length of the gearbox in the alignment of the crankshaft of the engine.
  • the hybrid gearbox with parallel shafts has a primary line comprising a main input shaft intended to be connected, by a front end of the primary line, to a heat engine.
  • the gearbox includes a first clutch, an upstream input of which is attached to the main input shaft and further includes an electrical machine input shaft, parallel and non - coaxial with the primary line.
  • the first clutch is disposed at the rear end of the primary line.
  • Clutches are usually large diameter components.
  • the fact that the first clutch is carried to the rear of the gearbox makes it possible to clear space at the front of the gearbox and to insert the electric machine there. This makes it possible to reduce the radial distance between the axis of the electric machine and the primary line.
  • the length of the gearbox is not penalized and the width is reduced.
  • the primary line comprises an even primary shaft and an odd primary shaft, coaxial and each surrounding the main input shaft.
  • a downstream input of the first clutch is attached to the even primary shaft.
  • the odd primary shaft is connected to the main input shaft by a drive train including a second clutch.
  • each primary shaft can be equipped with gears directly controlling a gear ratio.
  • a primary shaft is called a primary line shaft whose gears control even order speeds, and an odd primary shaft is a shaft of the primary line whose gears control odd order speed ratios.
  • Each clutch controls the rotation of one of the primary shafts. The transition from a gear to an adjacent gear ratio immediately above or below the current gear can be done by preselecting the adjacent gear while the corresponding clutch is open. One then switches the adhesion of a clutch on the other, then deselects the report previously in progress. The slip of adhesion can be carried out with a maintenance of the torque transmitted during the transition.
  • first clutch is connected to the even primary shaft causes the torque to be transmitted to start from the second gear ratio.
  • the first clutch is less stressed than the second clutch. This allows the first clutch to be shorter axially than the second clutch. This reduces the length of the gearbox.
  • the second clutch has an upstream inlet rotating in rotation with the main input shaft.
  • the kinematic chain comprises an epicyclic gear train, a first input of which is integral in rotation with the upstream input of the second clutch and a second input is rotatably connected to a downstream input of the second clutch.
  • the gearbox comprises a first synchronization module able selectively to rotate the odd primary shaft and a third input of the epicyclic gear train.
  • the gearbox has a secondary line, parallel and non-coaxial with the primary line.
  • the second clutch is mounted at the rear end of the secondary line.
  • the fact that the second clutch is at the rear of the secondary line allows to leave the front of the gearbox for the implantation of the electric machine. This contributes to the reduction in width of the hybrid gearbox.
  • the gearbox comprises a second synchronization module able, selectively, to make the rotary input shaft of the electric machine and the shaft integral in rotation. odd primary. This allows the vehicle to start using only the electric machine and opening the second clutch. This also makes it possible to combine the power of the electric machine and the engine when the second clutch is closed.
  • the second synchronization module also isolates the electrical machine from the rest of the gearbox to avoid friction when the engine is operating alone.
  • the second clutch has an upstream inlet rotating in rotation with the main input shaft.
  • the gearbox comprises a third synchronization module able, selectively, to secure the electric machine input shaft and a downstream end of the second clutch. This allows the engine to drive the electric machine directly when the second clutch is closed. This recharges the battery independently of a kinematic link between the engine and the vehicle wheels, when an odd speed ratio is engaged.
  • the epicyclic gear train is coaxial with the secondary line.
  • the third synchronization module preferably comprises a synchronizer coaxial with the secondary line.
  • the main input shaft passes through a front casing of the gearbox.
  • the electric machine comprises a stator fixed on said front casing.
  • the gearbox comprises a single pinion meshing with a differential ring gear.
  • the pinion gear is mounted on an output shaft. This allows a great flexibility of implantation of the secondary line and the input shaft of the electric machine. Their radial distance with respect to the axis of the differential can be arbitrary.
  • the secondary line does not need to be connected to the differential ring. It does not have a pinion of attack. This frees up space at the front of the gearbox on one side of the primary line. This facilitates the implantation of the electric machine.
  • the gearbox does not have an inverted mechanical transmission ratio. A reverse gear ratio can be established by reversing the rotation of the electric machine. This avoids having a pinion gear on one of the existing trees, it facilitates the angular distribution of parallel trees around the primary line. Alternatively, it avoids an additional return shaft. In any case, this reduces the width of the gearbox.
  • FIG. 1 is a diagrammatic longitudinal section according to the plane II of Figure 2, a particular embodiment of the gearbox;
  • Figure 2 is a partial cross section of the embodiment of Figure 1 along the plane II-II of Figure 1;
  • Figures 3 to 7 are block diagrams of the embodiment of the gearbox of the preceding figures.
  • FIG. 3 illustrates a purely electrical mode of operation;
  • FIG. 3 illustrates a purely electrical mode of operation;
  • FIG. 4 illustrates a starting sequence of the engine when the vehicle is stopped, as well as a suitable operating mode when the vehicle climbs a steep hill and an operating mode allowing the rapid recharging of the battery;
  • Figure 5 illustrates a starting sequence of the engine when the vehicle is traveling;
  • FIG. 6 illustrates a hybrid mode of operation in which the electric machine assists the heat engine or recovers energy when the vehicle is in fourth gear at a cruising speed;
  • Figure 7 illustrates a hybrid mode of operation where the electric machine assists the engine thermal or recovers energy during ratio transitions.
  • the gearbox comprises a set of parallel shafts distributed along five axes that are, from top to bottom of FIG. 1: the axis 1 of an input shaft 43 of a machine ME, a secondary line 3, a primary line 4, the axis of an output shaft 5 and the axis of the differential 6.
  • the gearbox has a front side, illustrated on the right side of Figure 1 corresponding to the side where is connected a thermal engine MT, and the electric machine ME.
  • the primary line 4 has a front end 7 connected to a flywheel 8 of the heat engine MT.
  • the primary line 4 also has at its rear end 9, opposite to the front end, a first clutch E l.
  • the primary line 4 comprises a main input shaft 1 1 extending from the front end 7 to the rear end 9.
  • the first clutch E 1 has an upstream input 12 in the form of a hub equipped with multidiscs fixed on the rear end of the main input shaft 1 1 and thus directly connected to the heat engine MT.
  • the first clutch E 1 also has a bell-shaped downstream input 13 provided with multidiscs cooperating with the multidiscs of the hub 12.
  • the primary line 4 also comprises an odd primary shaft 14 and an even primary shaft 15 mounted around the main input shaft 1 1.
  • the primary shafts 14, 15 are hollow shafts traversed by the shaft.
  • the odd primary shaft 14 is located axially on the front side of the primary line 4 and the even primary shaft 15 is located axially on the rear side.
  • the downstream input 13 of the first clutch E 1 is fixedly mounted at the rear end of the even primary shaft 15. When the first clutch E 1 is actuated, the motor torque is transmitted via the main input shaft 1 1 from the upstream end 12 to the downstream end 13 and to the even primary shaft 15.
  • the even primary shaft 15 is mounted around an extension 14a of the odd primary shaft 14.
  • the primary shaft 14 and its extension 14a form a rigid assembly surrounding the main input shaft January 1 and contributing to the rigidity of the primary line 4.
  • the odd and even primary shafts 15 may be located side by side around the main input shaft 11.
  • the even primary shaft 15 successively comprises, from back to front, the downstream input 13 of the first clutch E l, a fixed gear 16 of second speed and a fixed gear 17 of fourth gear.
  • the odd primary shaft 14 has successively from back to front, a fixed gear 18 of third gear, a gear 19 of first gear and a fixed gear 20 receiving.
  • a transmission gear 21 is fixedly mounted on the main input shaft 1 1 and located axially between the flywheel 8 and the odd primary shaft 14.
  • the output shaft 5 comprises successively, from the rear to the front of the gearbox, a pinion 22 idly mounted on the output shaft 5 and contributing to the second gear ratio which will be called “crazy gear” 22 ", a synchronizer 23 contributing to the second and fourth gear ratio, a fourth gear 24, a third gear 25, a 26 dual synchronizer contributing to the third and first gear, a gear first speed 27 and a pinion 28 meshing with a ring 29 of the differential 6.
  • the double synchronizers 23 and 26 each have a respective player 23a and 26a, each able to be moved by a fork in the direction of one or the other of the crazy gables which are adjacent to it.
  • Each of the players 23a and 26a have three positions, a neutral position, a position coupled with one of the idle gears and a position coupled with the other of the idle gears.
  • the output shaft 5 can either be secured to one of the idler gears, or remain free with respect to the two idle gears.
  • the engagement of the players 23a or 26a with one of the idle gears can be done either by jab or by friction cones.
  • the secondary line 3 presents successively, from the rear to the front of the gearbox, a second clutch E2, a fixed gear of third module 30, an epicyclic gear train 31, a first synchronization module M 1, a return hub 33 and a second transmission gear 34.
  • the secondary line 3 is composed of a reaction shaft 35 and a remote input shaft 36, aligned one in the extension of the other.
  • the reaction shaft 35 is located axially at the rear of the gearbox.
  • a gear planetary gear 37 of the epicyclic gear train 31 and a bell 38 of the second clutch E2 are fixedly mounted on the reaction shaft 35.
  • a reaction hub 39 surrounds the reaction shaft 35 and is located axially between the attachment of the second clutch E2 to the reaction shaft 35 and the attachment of the sun gear 37.
  • a planet carrier 40 of the train epicyclic gear 31 and a hub 41 of the second clutch E2 are fixedly mounted on the reaction hub 39.
  • An outer hub 42 surrounds the reaction hub 39 and is fixed to the bell 38 of the second clutch E2.
  • the third module fixed gear 30 is also fixedly mounted on the outer hub 42.
  • the planet carrier 40 and the second transmission pinion 34 are each fixed at one end of the remote input shaft 36.
  • the hub 41 of the second clutch E2, the reaction hub 39, the planet carrier 40, the remote input shaft 36 and the second transmission pinion 34 form a rigid one-piece assembly integral in rotation with the main input shaft thanks to the meshing of the first transmission pinion 21 and the second transmission gear 34.
  • the hub 41 of the second clutch E2 constitutes an upstream input of the second clutch E2 connected directly to the main input shaft 1 1.
  • the bell 38, the reaction shaft 35, the planetary gear 37, the outer hub 42 and the pinion Fixed third module 30 constitute a rigid one-piece assembly.
  • the bell 38 is a downstream input of the second clutch E2 to which the engine torque is transmitted when the second clutch E2 is actuated.
  • a hub 47 of the first module M 1 is mounted around the remote input shaft 36 and is arranged axially between the epicyclic gear train 31 and the return hub 33.
  • a ring 48 of the epicyclic gear train 31 is fixed mounting on the hub 47 of the first module M l.
  • a simple synchronizer 49 fixedly mounted on the hub 47 of the first module M 1, comprises a player able to engage with corresponding shapes of the return hub 33.
  • the simple synchronizer 42 may be of the "jaw" type or of the type "With friction cone".
  • the axis 1 of the electric machine comprises the input shaft of the electric machine 43 on which are mounted successively, from behind to the front of the gearbox, an idler gear 44 of a third synchronization module M3, a double synchronizer 45 of second and third modules and an idle gear 46 of a second synchronization module M2.
  • the second and third synchronization modules M2 and M3 can use independent independent synchronizers, adjacent to the idle gear 46 and 44 corresponding.
  • the return hub 33 of the secondary line 3 meshes with the idle gear 46 of the second synchronization module M2 and with the pinion 20 of the odd primary shaft 14.
  • the odd primary shaft 14 is kinematically connected to the ring gear 48 of the epicyclic gear train 31 when the single synchronizer 49 of the first module 47 is actuated.
  • the odd primary shaft 14 is also connected to the input shaft 43 of the electric machine 2 when the double synchronizer 45 is engaged with the idle gear second module 46.
  • the input shaft 43 of the electrical machine 2 can be kinematically connected alternatively to the downstream input 38 of the second clutch E2 when the third synchronization module M3 is actuated, or to the odd primary shaft 14 when the second synchronization module M2 is actuated.
  • the return hub 33 is constituted by two pinions fixed relative to each other and free in rotation with respect to the remote input shaft 36.
  • One of the pinions cooperates with the simple synchronizer 49 by means of complementary, and meshes with the pinion 46 of second module.
  • the other pinion of the return hub 33 meshes with the pinion 20 of the odd primary shaft 14.
  • the return hub may comprise a single pinion meshing with the pinions 20 and 46 and cooperating with the first module synchronization M l.
  • the six axes of the gearbox include gears each meshing with one or more associated gears.
  • the pinions associated with the gears of each of the six axes of the gearbox are reported on at most two radially adjacent axes.
  • the output shaft 5 is radially connected to the differential axis 6 by the gear meshing 28 with the differential gear 29.
  • the output shaft 5 is also radially connected to the primary gear by engaging the idle gears of the second, fourth, third and first gears 22, 24, 25, 27 respectively with the corresponding fixed gears 16, 17, 18, 19.
  • the secondary and primary lines 3, 4 are radially connected by meshing of the receiving pinion 20 and the first transmission pinion 21 respectively with the gear hub. 33 and the second transmission pinion 34.
  • the input shaft of the electric machine 43 is radially connected to the secondary line by meshing the idle gears of second and third modules 46, 43 respectively with the hub of 33 and the fixed gear of third module 30.
  • the parallel axes of the gearbox are radially connected to at most two other radially adjacent axes prevents the rotational link between two shafts from having the choice between an even number of meshes and an odd number of meshes. meshing.
  • the present gearbox does not have an inverted mechanical transmission ratio that can be used for a reverse gear.
  • the six axes of the gearbox are arranged along an articulated section plane I-I making it possible to display all the meshing links between the gears of the gearbox. In other words, there are no radial links between the axes forming a triangle in the cross section of FIG. 2.
  • Such a characteristic has the advantage of great design flexibility making it possible to arrange the section plane II of FIG.
  • the electric machine ME comprises a stator 50 directly fixed to a front casing 51 of the gearbox.
  • the front casing 51 of the gearbox is traversed only by the main input shaft 1 1 and the input shaft 43 of the electric machine ME.
  • the actuation of the second synchronization module M2 allows a kinematic link between the electric machine ME and the odd primary shaft 14.
  • the lubrication of the gears of the gearbox is ensured, during the purely electric operation, by a partial fairing 52 surrounding the ring gear differential 29.
  • This fairing makes it possible to send oil for the lubrication of the gears. This reduces the oil level in the gearbox and reduces the friction caused by splashing the gears in the oil.
  • a hydraulic pump not shown, is rotatably connected to the main input shaft 11 and is capable of delivering an oil pressure only when the heat engine is in operation.
  • the three dual synchronizers 23, 26 and 45 as well as the single synchronizer 49 are actuated by fork systems and electric actuators located on the top of the gearbox (not shown in Fig. T).
  • first configuration a configuration where the first report is engaged and where only the electric machine ME intervenes.
  • first thermal a configuration where the first report is engaged and where only the thermal engine MT intervenes.
  • first hybrid corresponds to a configuration in which the electric machine ME and the heat engine MT intervene.
  • the engine torque is transmitted from the even primary shaft 15 to the output shaft 5 with a transmission ratio K2 equal to the ratio of the number of teeth of the second idle gear 22 divided by the number of sprocket teeth
  • a transmission ratio K4 equal to the number of teeth of the fourth idler gear 24 divided by the number of teeth of the fourth fixed gear 17
  • the transmission ratio K3, corresponding to the third gear ratio is equal to the number of teeth of the third idler gear 25 divided by the number of teeth of the third gear fixed gear 18.
  • the transmission ratio K1, corresponding to the first gear is equal to the ratio of the number of teeth of the first idle gear 27 divided by the number of teeth of the first fixed gear 19.
  • the kinematic link between the main input shaft 5 and the hub 41 of the second clutch E2 has a transmission ratio K5 equal to the ratio of the number of teeth of the first transmission pinion 21 divided by the number of teeth of the second transmission pinion. 34.
  • the kinematic link between the electric machine input shaft 43 and the bell 38 of the second clutch E2 has a transmission ratio K6 due to the meshing of the gears 30 and 44, when the third module M3 is actuated.
  • the kinematic link between the input shaft 43 of the electric machine ME and the idler gear 33 has a transmission ratio K7 due to the meshing of the gears 46 and 33 when the second module M2 is actuated.
  • the kinematic link between the return hub 33 and the odd primary shaft 14 has a transmission ratio K8 due to the meshing of the pinions 33 and 20.
  • the gearbox has a purely electric operating mode. when the second module M2 is actuated, that the first module M l is open and the two clutches E l and E2. This operating mode is also called “ZEV mode” for "Zero Emission Vehicle”.
  • the start sequence in purely electric mode consists of preselecting the synchronizer 26 in the first gear position and then sending a torque setpoint to the electric machine ME.
  • This mode of operation that we will note "first electric” is suitable for starts up to 26% and for speeds below 30 km / hour.
  • This same "electric first” configuration is also suitable for reversing sending an inverted torque instruction to the electric machine ME.
  • An "electric third” operating mode is also possible, preselecting the synchronizer 26 in the third gear position. This configuration makes it possible to drive the vehicle on a substantially flat road up to a speed of up to 1 10 km / hour, without changing the transmission ratios of the gearbox. This third electric mode of operation is suitable for the majority of urban journeys.
  • the starting mode of the thermal engine MT will be described when the vehicle is stopped.
  • a conventional vehicle equipped with a starter and a heat engine it would first drive the engine by the starter, then it would engage a gear and gear in first gear.
  • the third module M3 is engaged and the synchronizer 26 is in the first speed position.
  • the engine torque from the electric machine ME reaches the second input 37 of the epicyclic gear train 31 while the first and third inputs 40, 48 are connected, one to the heat engine MT and the other to the vehicle wheels the first module M being switched on.
  • the vehicle brake is actuated, the entire torque of the electric machine ME is sent to the thermal engine MT which can then start.
  • the brake is released, the vehicle is also driven.
  • the first module M l is also engaged.
  • the epicyclic gear train 31 shares the power of the electric machine ME between the vehicle drive and the engine MT, until the engine reaches about 850 rpm. It is then possible to switch to "first hybrid" mode by operating the second clutch E2, then "first thermal” mode by disabling the third synchronization module.
  • the "first hybrid” mode of operation can allow to climb a steep hill by combining the powers motors from both the electric machine ME and the heat engine MT.
  • the "first hybrid” configuration also allows charging the battery.
  • the motive power of the heat engine MT is shared by the epicyclic gear train 31, between the drive of the vehicle and the drive of the electric machine.
  • the heat engine MT is thus driven while the first and second clutches E 1 and E 2 are open.
  • the oil pump provides sufficient oil pressure to engage the second clutch E2, it is closed.
  • the heat engine MT drives the hub 47 of the first module M 1 while the electric machine ME drives, independently, the idler gear 33.
  • Speed sensors are arranged on the hub 47 and on the hub 33 or on organs directly connected in rotation with them.
  • the electric machine can provide additional torque during climbs or operate in energy recovery during descents, so the thermal engine MT can be used for a torque / speed operating point for which it presents optimum energy efficiency.
  • the "fourth heat” configuration is established when the synchronizer 23 is preselected in the fourth gear position, and the first clutch E1 is engaged.
  • the transition to "fourth hybrid” configuration is done by actuating the first and second synchronization modules M1 and M2, then engaging the second clutch E2 while the first clutch E1 is still engaged.
  • the synchronizer 26 is in the neutral position.
  • the main input shaft 1 1 is kinematically linked to both the vehicle wheels, the heat engine MT and the electric machine ME.
  • a control unit not shown in FIG. 6, makes it possible to modify the electronic configuration of the electric machine ME so that it operates either as a motor or as a generator.
  • the power supplied to the wheels can be increased or reduced compared to the stable power supplied by the heat engine MT.
  • the electric machine ME supplies power to help the heat engine MT to reach the transition regime from the second to the third speed.
  • the adhesion of the clutch E l to the clutch E 2 is switched so that the torque transmitted to the wheels of the vehicle is maintained during the change of speed ratio.
  • the invention also relates to a hybrid gearbox with parallel shafts having a primary line 4 comprising a main input shaft 1 1 intended to be connected to a thermal engine MT and an even primary shaft 15 and an odd primary shaft 14.
  • the gearbox further comprises a first clutch E l whose upstream input 12 is rotatably connected to the main input shaft 1 1 and a downstream input 13 rotatably connected to the primary shaft
  • the odd primary shaft 14 is connected to the main primary shaft 11 by a kinematic chain comprising a second clutch E2 and an epicyclic gear train 31.
  • the epicyclic gear train 31 has a first input 40, integral in rotation with an upstream input 41 of the second clutch E2 and with the main input shaft 1 1.
  • a second input 37 of the epicyclic gear train 31 is solid. e in rotation of a downstream input 38 of the second clutch E2.
  • a third input 48 of the epicyclic gear train 31 is integral in rotation with the odd primary shaft 14.
  • the odd primary shaft is intended to be kinematically connected to an electric machine ME.
  • the kinematic chain is capable of transmitting a torque between the input shaft 11 and the odd primary shaft 14 only when the second input 37 of the gear train epicyclic 31 is connected to a source of torque.
  • the source of torque may be the downstream input 38 of the second clutch E2 when it is closed. In this case, the torque can be transmitted without contribution of the electric machine ME.
  • the source of torque can also be the electric machine ME.

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Abstract

Boîte de vitesses hybride à arbres parallèles, présentant une ligne primaire (4) comprenant un arbre d'entrée principal ( 1 1 ) destiné à être relié, par une extrémité avant de la ligne primaire (4), à un moteur thermique (MT). La boîte de vitesses comprend un premier embrayage (El ) dont une entrée amont ( 12) est fixée sur l' arbre d' entrée principal ( 1 1 ) et comprend en outre un arbre d' entrée de machine électrique (43), parallèle et non coaxial à la ligne primaire (El ). Le premier embrayage est disposé à l' extrémité arrière de la ligne primaire (4).

Description

Boîte de vitesses hybride à arbres parallèles
L'invention concerne le domaine des boîtes de vitesses pour véhicule automobile, et en particulier les boîtes de vitesses hybrides à arbres parallèles.
De telles boîtes de vitesses sont reliées à un moteur thermique et à une ou plusieurs machines électriques. La ou les machines électriques peuvent être incluses dans la boîte de vitesses, ou situées à l' extérieur. Des mécanismes de changement de vitesse permettent de faire varier le rapport de transmission entre un arbre d' entrée relié au moteur thermique et une couronne de différentiel reliée aux roues du véhicule.
Dans ce domaine, la demande de brevet US 2006/0 230 854 décrit une boîte de vitesses à arbres parallèles. La ligne primaire située dans l' axe du vilebrequin du moteur thermique, comprend deux embrayages, deux machines électriques et deux arbres primaires. Une telle boîte de vitesses est particulièrement longue. Cela est très pénalisant pour une implantation transversale du bloc moteur dans un véhicule. Pour de tels véhicules, on cherche à réduire la longueur de la boîte de vitesses et en particulier la longueur dans l' axe du vilebrequin du moteur thermique. De plus, cette boîte de vitesses comprend trois arbres de sortie équipés chacun d'un pignon d' attaque engrenant avec la même couronne de différentiel. Cela présente l'inconvénient de figer la distance radiale des arbres de sortie autour de la couronne de différentiel. Cela limite la possibilité d' adapter l' encombrement de la boîte de vitesses à un environnement dense.
La demande de brevet FR 2 896 564 décrit une boîte de vitesses à arbres parallèles avec deux embrayages situés axialement entre le moteur thermique et le reste de la boîte de vitesses. Une telle boîte de vitesses présente une ligne primaire de grande longueur. De plus, un arbre intermédiaire de la boîte de vitesses présente un pignon de raccordement d'une machine électrique. Celle-ci est déportée latéralement à distance radiale de la ligne primaire. Ainsi, l' ensemble de la boîte de vitesses et de la machine électrique présente un encombrement important dans le sens de la largeur. En outre, le rapport de marche arrière se fait par l' engrènement direct entre des pignons de deux arbres parallèles à la ligne primaire. Cela a pour effet de figer la position angulaire relative de ces arbres parallèles autour de la ligne primaire. Cela limite la possibilité d' adapter l' encombrement de la boîte de vitesses à un environnement dense. Par ailleurs, la boîte de vitesses présente des transitions de rapport sous couple grâce à des synchroniseurs à cône de friction et un dispositif à roue libre.
La demande de brevet FR 2 848 924 décrit une boîte de vitesses à arbres parallèles à transition continue du couple. Cependant, cette boîte de vitesses n' intègre pas de machine électrique. L'invention se propose de remédier aux inconvénients précités.
Un but de l' invention est de proposer une boîte de vitesses hybride à arbres parallèles présentant un encombrement réduit dans le sens de la largeur, sans dégrader la longueur de la boîte de vitesses dans l' alignement du vilebrequin du moteur thermique. Selon un mode de réalisation, la boîte de vitesses hybride à arbres parallèles, présente une ligne primaire comprenant un arbre d' entrée principal destiné à être relié, par une extrémité avant de la ligne primaire, à un moteur thermique. La boîte de vitesses comprend un premier embrayage dont une entrée amont est fixée sur l' arbre d' entrée principal et comprend en outre un arbre d' entrée de machine électrique, parallèle et non coaxial à la ligne primaire. Le premier embrayage est disposé à l' extrémité arrière de la ligne primaire.
Les embrayages sont généralement des composants de grand diamètre. Le fait que le premier embrayage soit reporté à l' arrière de la boîte de vitesses permet de dégager de l' espace à l' avant de la boîte de vitesses et d' y insérer la machine électrique. Cela permet de réduire la distance radiale entre l' axe de la machine électrique et la ligne primaire. Ainsi, la longueur de la boîte de vitesses n' est pas pénalisée et la largeur est réduite. Selon un mode particulier de réalisation, la ligne primaire comprend un arbre primaire pair et un arbre primaire impair, coaxiaux et entourant chacun l' arbre d' entrée principal. Une entrée aval du premier embrayage est fixée sur l' arbre primaire pair. L' arbre primaire impair est raccordé à l' arbre d' entrée principal par une chaîne cinématique comprenant un deuxième embrayage.
Dans ce mode de réalisation, chaque arbre primaire peut être équipé de pignons commandant directement un rapport de vitesses. On appelle arbre primaire pair un arbre de la ligne primaire dont les pignons commandent des rapports de vitesses d' ordre pair, et arbre primaire impair un arbre de la ligne primaire dont les pignons commandent des rapports de vitesse d' ordre impair. Chaque embrayage commande la rotation d'un des arbres primaires. La transition d'un rapport de vitesse à un rapport de vitesse adjacent, immédiatement au dessus ou en dessous du rapport en cours peut se faire en présélectionnant le rapport adjacent alors que l' embrayage correspondant est ouvert. On bascule ensuite l' adhérence d'un embrayage sur l' autre, puis on désélectionne le rapport précédemment en cours. Le basculement d' adhérence peut s' effectuer avec un maintien du couple transmis pendant la transition.
De plus, le fait que le premier embrayage soit raccordé à l' arbre primaire pair fait que le couple à transmettre commence à partir du rapport de seconde vitesse. Le premier embrayage est moins sollicité que le deuxième embrayage. Cela permet au premier embrayage d' être plus court axialement que le deuxième embrayage. Cela réduit la longueur de la boîte de vitesses.
Avantageusement, le deuxième embrayage présente une entrée amont solidaire en rotation de l' arbre d'entrée principal. La chaîne cinématique comprend un train d' engrenage épicycloïdal dont une première entrée est solidaire en rotation avec l' entrée amont du deuxième embrayage et une deuxième entrée est solidaire en rotation d'une entrée aval du deuxième embrayage. La boîte de vitesses comprend un premier module de synchronisation apte, de manière sélective, à rendre solidaire en rotation l' arbre primaire impair et une troisième entrée du train d' engrenage épicycloïdal.
Avantageusement, la boîte de vitesses présente une ligne secondaire, parallèle et non coaxiale à la ligne primaire. Le deuxième embrayage est monté à l' extrémité arrière de la ligne secondaire. Le fait que le deuxième embrayage soit à l' arrière de la ligne secondaire permet de laisser libre l' avant de la boîte de vitesses pour l' implantation de la machine électrique. Cela contribue à la réduction de largueur de la boîte de vitesses hybride. Avantageusement, la boîte de vitesses comprend un deuxième module de synchronisation apte, de manière sélective, à rendre solidaire en rotation l' arbre d' entrée de machine électrique et l' arbre primaire impair. Cela permet un démarrage du véhicule en utilisant uniquement la machine électrique et en ouvrant le deuxième embrayage. Cela permet également de combiner la puissance de la machine électrique et du moteur thermique lorsque le deuxième embrayage est fermé. Le deuxième module de synchronisation permet également d' isoler la machine électrique du reste de la boîte de vitesses pour éviter des frottements lorsque le moteur thermique fonctionne seul.
Avantageusement, le deuxième embrayage présente une entrée amont solidaire en rotation de l' arbre d' entrée principal. La boîte de vitesses comprend un troisième module de synchronisation apte, de manière sélective, à solidariser l' arbre d' entrée de machine électrique et une extrémité aval du deuxième embrayage. Cela permet au moteur thermique d' entraîner directement la machine électrique lorsque le deuxième embrayage est fermé. Cela permet de recharger la batterie indépendamment d'un lien cinématique entre le moteur thermique et les roues du véhicule, lorsqu'un rapport de vitesse impair est enclenché.
Avantageusement, le train d'engrenage épicycloïdal est coaxial avec la ligne secondaire. Le troisième module de synchronisation comprend, de préférence, un synchroniseur coaxial à la ligne secondaire.
Selon une caractéristique de l'invention, l' arbre d' entrée principal traverse un carter avant de la boîte de vitesses. La machine électrique comprend un stator fixé sur ledit carter avant.
Selon une autre caractéristique de l' invention, la boîte de vitesses comprend un unique pignon d' attaque engrenant avec une couronne de différentiel. Le pignon d' attaque est monté sur un arbre de sortie. Cela permet une grande flexibilité d' implantation de la ligne secondaire et de l' arbre d' entrée de la machine électrique. Leur distance radiale par rapport à l' axe du différentiel peut être quelconque. De plus, la ligne secondaire n' a pas besoin d' être reliée à la couronne de différentiel. Elle ne présente pas de pignon d' attaque. Cela permet de libérer de l' espace à l' avant de la boîte de vitesses sur un coté de la ligne primaire. Cela facilite l'implantation de la machine électrique. Selon une autre caractéristique de l' invention, la boîte de vitesses ne présente pas de rapport de transmission mécanique inversé. Un rapport de marche arrière peut être établi par une inversion de rotation de la machine électrique. Cela évite d' avoir un pignon de renvoi sur un des arbres existants, cela facilite la répartition angulaire des arbres parallèles autour de la ligne primaire. Alternativement, cela évite un arbre de renvoi supplémentaire. Dans tous les cas, cela réduit la largeur de la boîte de vitesses.
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 une coupe longitudinale schématique selon le plan I-I de la figure 2, d'un mode particulier de réalisation de la boîte de vitesses ; la figure 2 est une coupe transversale partielle du mode de réalisation de la figure 1 selon le plan II-II de la figure 1 ; les figures 3 à 7 sont des schémas fonctionnels du mode de réalisation de la boîte de vitesses des figures précédentes. En particulier, la figure 3 illustre un mode de fonctionnement purement électrique ; la figure 4 illustre une séquence de démarrage du moteur thermique lorsque le véhicule est arrêté, ainsi qu'un mode de fonctionnement convenant lorsque le véhicule monte une côte raide et un mode de fonctionnement permettant la recharge rapide de la batterie ; la figure 5 illustre une séquence de démarrage du moteur thermique lorsque le véhicule roule ; la figure 6 illustre un mode de fonctionnement hybride où la machine électrique assiste le moteur thermique ou récupère de l' énergie lorsque le véhicule est en quatrième vitesse selon un rythme de croisière ; et la figure 7 illustre un mode de fonctionnement hybride où la machine électrique assiste le moteur thermique ou récupère de l' énergie lors des transitions de rapport.
Comme illustré sur la figure 1 , la boîte de vitesses comprend un ensemble d' arbres parallèles répartis selon cinq axes que sont, de haut en bas de la figure 1 : l' axe 1 d'un arbre d' entrée 43 d'une machine électrique ME, une ligne secondaire 3, une ligne primaire 4, l' axe d'un arbre de sortie 5 et l' axe du différentiel 6.
La boîte de vitesses présente un côté avant, illustré sur la partie droite de la figure 1 correspondant au côté où est raccordé un moteur thermique MT, ainsi que la machine électrique ME. La ligne primaire 4 présente une extrémité avant 7 raccordée à un volant d' inertie 8 du moteur thermique MT. La ligne primaire 4 présente également à son extrémité arrière 9, opposée à l' extrémité avant, un premier embrayage E l . La ligne primaire 4 comprend un arbre d' entrée principal 1 1 s' étendant depuis l' extrémité avant 7 jusqu' à l' extrémité arrière 9. Le premier embrayage E l présente une entrée amont 12 sous forme d'un moyeu équipé de multidisques fixé sur l' extrémité arrière de l' arbre d' entrée principal 1 1 et relié ainsi directement au moteur thermique MT. Le premier embrayage E l présente également une entrée aval 13 sous forme de cloche équipée de multidisques coopérant avec les multidisques du moyeu 12.
La ligne primaire 4 comprend également un arbre primaire impair 14 et un arbre primaire pair 15 montés autour de l' arbre d' entrée principal 1 1. Autrement dit, les arbres primaire 14, 15 sont des arbres creux traversés par l' arbre d' entrée principal 1 1. L' arbre primaire impair 14 est situé axialement du côté avant de la ligne primaire 4 et l' arbre primaire pair 15 est situé axialement du côté arrière. L' entrée aval 13 du premier embrayage E l est montée fixe à l' extrémité arrière de l' arbre primaire pair 15. Lorsque le premier embrayage E l est actionné, le couple moteur est transmis via l' arbre d' entrée principal 1 1 de l' extrémité amont 12 à l' extrémité aval 13 et à l' arbre primaire pair 15.
L' arbre primaire pair 15 est monté autour d'un prolongement 14a de l' arbre primaire impair 14. L' arbre primaire 14 et son prolongement 14a forment un ensemble rigide entourant l' arbre d' entrée principal 1 1 et contribuant à la rigidité de la ligne primaire 4. Dans une variante, les arbres primaires impair 14 et pair 15 peuvent être situés côte à côte autour de l' arbre d' entrée principal 1 1.
L' arbre primaire pair 15 comprend successivement, d' arrière en avant, l' entrée aval 13 du premier embrayage E l , un pignon fixe 16 de seconde vitesse et un pignon fixe 17 de quatrième vitesse. L' arbre primaire impair 14 présente successivement d' arrière en avant, un pignon fixe 18 de troisième vitesse, un pignon 19 de première vitesse et un pignon fixe 20 de réception. De plus, un pignon de transmission 21 est monté fixe sur l' arbre d' entrée principal 1 1 et situé axialement entre le volant d' inertie 8 et l' arbre primaire impair 14.
L' arbre de sortie 5 comprend successivement, de l' arrière vers l' avant de la boîte de vitesses, un pignon 22 monté fou sur l' arbre de sortie 5 et contribuant au rapport de seconde vitesse que l' on appellera « pignon fou de seconde 22 », un synchroniseur 23 contribuant au rapport de seconde et de quatrième vitesses, un pignon de quatrième vitesse 24, un pignon fou de troisième vitesse 25, un synchroniseur double 26 contribuant au rapport de troisième et de première vitesses, un pignon de première vitesse 27 et un pignon d' attaque 28 engrenant avec une couronne 29 du différentiel 6. Les synchroniseurs doubles 23 et 26 présentent chacun un baladeur respectivement 23a et 26a, aptes chacun à être déplacés par une fourchette en direction de l'un ou de l' autre des pignons fous qui lui sont adjacents. Chacun des baladeurs 23a et 26a présentent trois positions, une position neutre, une position accouplée avec l'un des pignons fous et une position accouplée avec l' autre des pignons fous. Ainsi, l' arbre de sortie 5 peut, soit être rendu solidaire de l'un des pignons fous, soit rester libre par rapport aux deux pignons fous. L'enclenchement des baladeurs 23a ou 26a avec l'un des pignons fous peut se faire, soit grâce à des crabots, soit grâce à des cônes de friction. La ligne secondaire 3 présente successivement, de l' arrière vers l' avant de la boîte de vitesses, un deuxième embrayage E2, un pignon fixe de troisième module 30, un train d' engrenage épicycloïdal 31 , un premier module de synchronisation M l , un moyeu de renvoi 33 et un deuxième pignon de transmission 34. La ligne secondaire 3 est composée d'un arbre de réaction 35 et d'un arbre d' entrée déporté 36, alignés l'un dans le prolongement de l' autre. L' arbre de réaction 35 est situé axialement à l' arrière de la boîte de vitesses. Un engrenage planétaire 37 du train épicycloïdal 31 , ainsi qu'une cloche 38 du deuxième embrayage E2, sont montés fixes sur l' arbre de réaction 35.
Un moyeu de réaction 39 entoure l' arbre de réaction 35 et est situé axialement entre la fixation du deuxième embrayage E2 sur l' arbre de réaction 35, et la fixation de l' engrenage planétaire 37. Un porte-satellite 40 du train d' engrenage épicycloïdal 31 ainsi qu'un moyeu 41 du deuxième embrayage E2 sont montés fixes sur le moyeu de réaction 39. Un moyeu extérieur 42 entoure le moyeu de réaction 39 et est fixé à la cloche 38 du deuxième embrayage E2. Le pignon fixe de troisième module 30 est également monté fixe sur le moyeu extérieur 42.
Le porte-satellite 40 et le deuxième pignon de transmission 34 sont fixés chacun à une extrémité de l' arbre d' entrée déporté 36. Le moyeu 41 du deuxième embrayage E2, le moyeu de réaction 39, le porte-satellite 40, l' arbre d' entrée déporté 36 et le deuxième pignon de transmission 34 forment un ensemble monobloc rigide solidaire en rotation avec l' arbre d' entrée principal grâce à l' engrènement du premier pignon de transmission 21 et du deuxième pignon de transmission 34. Le moyeu 41 du second embrayage E2 constitue une entrée amont du second embrayage E2 reliée directement à l' arbre d' entrée principal 1 1. La cloche 38 , l' arbre de réaction 35, l' engrenage planétaire 37, le moyeu extérieur 42 et le pignon fixe 30 de troisième module constituent un ensemble monobloc rigide. La cloche 38 est une entrée aval du deuxième embrayage E2 auquel le couple moteur est transmis lorsque le deuxième embrayage E2 est actionné.
Un moyeu 47 du premier module M l est monté autour de l' arbre d' entrée déporté 36 et est disposé axialement entre le train d' engrenage épicycloïdal 31 et le moyeu de renvoi 33. Une couronne 48 du train d' engrenage épicycloïdal 31 est montée fixe sur le moyeu 47 du premier module M l . Un synchroniseur simple 49, monté fixe sur le moyeu 47 du premier module M l , comprend un baladeur apte à s' enclencher avec des formes correspondantes du moyeu de renvoi 33. Le synchroniseur simple 42 peut être du type « à crabots » ou du type « à cône de friction » . L' axe 1 de la machine électrique comprend l' arbre d' entrée de machine électrique 43 sur lequel sont montés successivement, d' arrière en avant de la boîte de vitesses, un pignon fou 44 d'un troisième module de synchronisation M3, un synchroniseur double 45 de deuxième et troisième modules et un pignon fou 46 d'un deuxième module de synchronisation M2. Dans une variante, les deuxième et troisième modules de synchronisation M2 et M3 peuvent utiliser des synchroniseurs simples indépendants, adjacents du pignon fou 46 et 44 correspondant.
Le moyeu de renvoi 33 de la ligne secondaire 3 engrène d'une part avec le pignon fou 46 du deuxième module de synchronisation M2 et avec le pignon de réception 20 de l' arbre primaire impair 14. Ainsi, l' arbre primaire impair 14 est relié cinématiquement à la couronne 48 du train épicycloïdal 31 lorsque le synchroniseur simple 49 du premier module 47 est actionné. De manière indépendante, l' arbre primaire impair 14 est également relié à l' arbre d' entrée 43 de la machine électrique 2 lorsque le synchroniseur double 45 est enclenché avec le pignon fou de deuxième module 46.
L' arbre d' entrée 43 de la machine électrique 2 peut être relié cinématiquement et de manière alternative soit à l' entrée aval 38 du deuxième embrayage E2 lorsque le troisième module de synchronisation M3 est actionné, soit à l' arbre primaire impair 14 lorsque le deuxième module de synchronisation M2 est actionné.
Lorsque le synchroniseur 45 de deuxième et de troisième modules n' est pas actionné, la machine électrique 2 n' est pas reliée cinématiquement au véhicule.
Le moyeu de renvoi 33 est constitué par deux pignons fixes l'un par rapport à l' autre et libres en rotation par rapport à l' arbre d' entrée déporté 36. L'un des pignons coopère avec le synchroniseur simple 49 par des formes complémentaires, et engrène avec le pignon fou 46 de deuxième module. L' autre pignon du moyeu de renvoi 33 engrène avec le pignon de réception 20 de l' arbre primaire impair 14. Dans une variante, le moyeu de renvoi peut comprendre un unique pignon engrenant avec les pignons 20 et 46 et coopérant avec le premier module de synchronisation M l .
Les six axes de la boîte de vitesses comprennent des pignons engrenant chacun avec un ou plusieurs pignons associés. Les pignons associés aux pignons de chacun des six axes de la boîte de vitesses sont reportés sur au plus deux axes radialement adjacents. Ainsi, l' arbre de sortie 5 est lié radialement à l' axe de différentiel 6 par l' engrènement du pignon d' attaque 28 avec la couronne de différentiel 29. L' arbre de sortie 5 est également lié radialement à la ligne primaire par l' engrènement des pignons fous de seconde, quatrième, troisième et première vitesses 22, 24, 25, 27 avec respectivement les pignons fixes correspondants 16, 17, 18, 19. Les lignes secondaires et primaires 3, 4, sont liées radialement par l' engrènement du pignon de réception 20 et du premier pignon de transmission 21 avec respectivement le moyeu de renvoi 33 et le deuxième pignon de transmission 34. Enfin, l' arbre d' entrée de la machine électrique 43 est lié radialement à la ligne secondaire par l' engrènement des pignons fous de deuxième et troisième modules 46, 43 avec respectivement le moyeu de renvoi 33 et le pignon fixe de troisième module 30.
Le fait que les axes parallèles de la boîte de vitesses ne soient liés radialement qu' à au plus deux autres axes radialement adjacents empêche que le lien de rotation entre deux arbres ait le choix entre un nombre pair d' engrènements et un nombre impair d' engrènements. Autrement dit, la présente boîte de vitesses ne présente pas de rapport de transmission mécanique inversé susceptible d' être utilisé pour un rapport de marche arrière. Comme illustré sur la figure 2, les six axes de la boîte de vitesses sont disposés le long d'un plan de coupe articulé I-I permettant de visualiser l'ensemble des liens d'engrènement entre les pignons de la boîte de vitesses. Autrement dit, il n' y a pas de liens radiaux entre les axes formant un triangle dans la section transversale de la figure 2. Une telle caractéristique présente l' avantage d'une grande flexibilité de conception permettant de disposer le plan de coupe I-I de la figure 2 d'une manière optimale par rapport aux contraintes d' encombrement. Cela facilite l'implantation de la boîte de vitesses dans le véhicule. La machine électrique ME comprend un stator 50 directement fixé sur un carter avant 51 de la boîte de vitesses. Le carter avant 51 de la boîte de vitesses n'est traversé que par l' arbre d' entrée principal 1 1 et par l' arbre d' entrée 43 de la machine électrique ME.
L' actionnement du deuxième module de synchronisation M2 permet un lien cinématique entre la machine électrique ME et l' arbre primaire impair 14. Ainsi le véhicule peut être entraîné en première ou troisième vitesse directement par la machine électrique ME. La lubrification des pignons de la boîte de vitesses est assurée, pendant le fonctionnement purement électrique, par un carénage partiel 52 entourant la couronne de différentiel 29. Ce carénage permet d' envoyer de l'huile pour la lubrification des pignons. Cela permet de réduire le niveau d'huile dans la boîte de vitesses et réduit les frottements engendrés par le barbotage des pignons dans l'huile.
En position de repos, les premier et deuxième engrenages E l , E2 sont ouverts. Ils ne se ferment que sous l' effet d'une pression d'huile. Cette pression d'huile n' est pas nécessaire en mode de fonctionnement purement électrique. Une pompe hydraulique, non représentée, est liée en rotation à l' arbre d' entrée principal 1 1 et n' est susceptible de délivrer une pression d'huile que lorsque le moteur thermique est en fonctionnement.
Les trois synchroniseurs doubles 23, 26 et 45 ainsi que le synchroniseur simple 49 sont actionnés par des systèmes de fourchette et des actionneurs électriques situés sur le dessus de la boîte de vitesses (non illustrés sur la figure T).
On va maintenant décrire à l' aide des figures 3 à 7, différents modes de fonctionnement de la boîte de vitesses. Dans les schémas des figures 3 à 7, seul a été représenté le cheminement du couple moteur depuis le moteur thermique MT ou la machine électrique ME jusqu' à l' arbre de sortie 5. Un même trait plein représente des organes de vitesse de rotation identique.
On appellera configuration de « première électrique », une configuration où le rapport de première est enclenché et où seule intervient la machine électrique ME. On appellera configuration de « première thermique », une configuration où le rapport de première est enclenché et où seul intervient le moteur thermique MT. La configuration de « première hybride » correspond à une configuration où la machine électrique ME et le moteur thermique MT interviennent.
Il en est de même pour les configurations « troisième électrique » ou « quatrième hybride » qui renvoient aux rapports de vitesses correspondants.
Lorsque le rapport de seconde vitesse est enclenché, le couple moteur est transmis de l' arbre primaire pair 15 à l' arbre de sortie 5 avec un rapport de transmission K2 égal au rapport du nombre de dents du pignon fou de seconde 22 divisé par le nombre de dents du pignon fixe de seconde 16. De même, lorsque le rapport de quatrième est enclenché, le couple moteur est transmis avec un rapport de transmission K4 égal au nombre de dents du pignon fou de quatrième 24 divisé par le nombre de dents du pignon fixe de quatrième 17. Le rapport de transmission K3 , correspondant au rapport de troisième vitesse, est égal au nombre de dents du pignon fou de troisième 25 divisé par le nombre de dents du pignon fixe de troisième 18. Le rapport de transmission Kl , correspondant à la première vitesse, est égal au rapport du nombre de dents du pignon fou de première 27 divisé par le nombre de dents du pignon fixe de première 19.
Le lien cinématique entre l' arbre d' entrée principal 5 et le moyeu 41 du deuxième embrayage E2 présente un rapport de transmission K5 égal au rapport du nombre de dents du premier pignon de transmission 21 divisé par le nombre de dents du deuxième pignon de transmission 34. Le lien cinématique entre l' arbre d' entrée de machine électrique 43 et la cloche 38 du second embrayage E2 présente un rapport de transmission K6 dû à l' engrènement des pignons 30 et 44, lorsque le troisième module M3 est actionné. Le lien cinématique entre l' arbre d' entrée 43 de la machine électrique ME et le pignon de renvoi 33 présente un rapport de transmission K7 dû à l' engrènement des pignons 46 et 33 lorsque le deuxième module M2 est actionné. Le lien cinématique entre le moyeu de renvoi 33 et l' arbre primaire impair 14 présente un rapport de transmission K8 dû à l' engrènement des pignons 33 et 20. Comme illustré en figure 3, la boîte de vitesses présente un mode de fonctionnement purement électrique lorsque le deuxième module M2 est actionné, que le premier module M l est ouvert ainsi que les deux embrayages E l et E2. Ce mode de fonctionnement est également appelé « mode ZEV » pour « Zéro Emission Véhicule » . La séquence de démarrage en mode purement électrique consiste à présélectionner le synchroniseur 26 en position de première vitesse puis à envoyer une consigne de couple à la machine électrique ME. Ce mode de fonctionnement que l' on notera « première électrique » convient pour des démarrages en pente pouvant aller jusqu' à 26% et pour des vitesses inférieures à 30 km/heure. Cette même configuration de « première électrique » convient également pour la marche arrière en envoyant une consigne de couple inversée à la machine électrique ME.
Un mode de fonctionnement en « troisième électrique » est également possible, en présélectionnant le synchroniseur 26 en position de troisième vitesse. Cette configuration permet d' entraîner le véhicule sur une route sensiblement plate jusqu' à une vitesse allant jusqu' à 1 10 km/heure, et ceci sans changer les rapports de transmission de la boîte de vitesses. Ce mode de fonctionnement en troisième électrique convient pour la majorité des déplacements urbains.
On va décrire, à l' aide de la figure 4, le mode de démarrage du moteur thermique MT lorsque le véhicule est arrêté. Dans un véhicule classique équipé d'un démarreur et d'un moteur thermique, on entraînerait d' abord le moteur thermique par le démarreur, puis on enclencherait un rapport de vitesse et on embrayerait en première vitesse. Dans la présente boîte de vitesses, le troisième module M3 est enclenché et le synchroniseur 26 est en position de première vitesse. Le moteur thermique ne tournant pas, il n' est pas possible d' enclencher les embrayages El ou E2 car il n' y a pas de pression d'huile disponible. Le couple moteur issu de la machine électrique ME parvient à la deuxième entrée 37 du train épicycloïdal 31 pendant que les première et troisième entrées 40, 48 sont reliées, l'une au moteur thermique MT et l' autre aux roues du véhicule le premier module M l étant enclenché. Ainsi, si le frein du véhicule est actionné, l' ensemble du couple de la machine électrique ME est envoyé vers le moteur thermique MT qui peut alors démarrer. Dès le relâchement du frein, le véhicule est également entraîné. Le premier module M l est également enclenché.
Le train d'engrenage épicycloïdal 31 partage la puissance de la machine électrique ME entre l' entraînement du véhicule et le moteur thermique MT, et ceci jusqu' à ce que le moteur thermique atteigne environ 850 tours/minute. Il est alors possible de passer en mode « première hybride » en actionnant le deuxième embrayage E2, puis en mode « première thermique » en désactionnant le troisième module de synchronisation. Le mode de fonctionnement en « première hybride » peut permettre de monter une côte raide en combinant les puissances motrices issues à la fois de la machine électrique ME et du moteur thermique MT.
La configuration de « première hybride » permet également de recharger la batterie. La puissance motrice du moteur thermique MT est partagée par le train d' engrenage épicycloïdal 31 , entre l' entraînement du véhicule et l' entraînement de la machine électrique
ME fonctionnant alors en générateur.
On va à l' aide de la figure 5, décrire une séquence de démarrage du moteur thermique MT, alors que le véhicule roule. Cette situation peut se produire par exemple lorsque l' énergie de la batterie vient à descendre en dessous d'un seuil, alors que le véhicule roule en mode « troisième électrique » . Afin que le démarrage du moteur thermique ne se traduise pas par un à-coup dans l' allure du véhicule, le moteur thermique MT est démarré par un alterno-démarreur auxiliaire monté sur la courroie d' accessoire du moteur thermique MT.
Le moteur thermique MT est ainsi entraîné alors que les premier et deuxième embrayages E l et E2 sont ouverts. Lorsque la pompe à huile fournit une pression d'huile suffisante pour enclencher le deuxième embrayage E2, celui-ci est fermé. Ainsi, le moteur thermique MT entraîne le moyeu 47 du premier module M l pendant que la machine électrique ME entraîne, de manière indépendante, le pignon de renvoi 33. Des capteurs de vitesse sont disposés sur le moyeu 47 et sur le moyeu de renvoi 33 ou sur des organes directement liés en rotation avec eux. Lorsque le moyeu 47 atteint une vitesse identique à celle du moyeu de renvoi 33, le premier module M l est enclenché. La transition entre le mode de « troisième électrique » et le mode de « troisième hybride » a lieu sans à-coup sur le véhicule.
On va, à l' aide de la figure 6, décrire la manière dont la présente boîte de vitesses permet d' optimiser la consommation de carburant lorsque le véhicule roule en rythme de croisière en quatrième vitesse. Dans une boîte de vitesses classique, qui serait reliée uniquement à un moteur thermique, le rythme de croisière du véhicule se fait avec le rapport de vitesses enclenché d' ordre le plus élevé. Lorsque survient une côte, le conducteur doit appuyer sur l' accélérateur pour maintenir l' allure du véhicule. Dans les descentes, le conducteur peut légèrement relever la position de l' accélérateur. Il s' ensuit que le moteur thermique est utilisé sur une zone de fonctionnement potentiellement assez étendue de manière à pouvoir fournir différents couples moteur et maintenir ainsi l' allure du véhicule. Avec de telles boîtes de vitesse, le rendement énergétique du moteur thermique n' est pas optimal sur l' ensemble de la zone de fonctionnement correspondant au rythme de croisière.
Dans la présente boîte de vitesses, la machine électrique peut fournir un supplément de couple lors des montées ou fonctionner en récupération d' énergie lors des descentes, ainsi le moteur thermique MT peut être utilisé pour un point de fonctionnement couple/vitesse pour lequel il présente un rendement énergétique optimal.
La configuration de « quatrième thermique » est établie lorsque le synchroniseur 23 est présélectionné en position de quatrième vitesse, et que le premier embrayage El est enclenché. Le passage en configuration de « quatrième hybride » se fait en actionnant le premier et le deuxième modules de synchronisation M l et M2, puis en enclenchant le deuxième embrayage E2 alors que le premier embrayage E l est toujours enclenché. Le synchroniseur 26 est en position neutre. Dans cette configuration, l' arbre d' entrée principal 1 1 est lié cinématiquement à la fois aux roues du véhicule, au moteur thermique MT et à la machine électrique ME. Une unité de commande, non représentée sur la figure 6, permet de modifier la configuration électronique de la machine électrique ME pour que celle-ci fonctionne soit en moteur, soit en générateur. Ainsi, la puissance fournie aux roues peut être augmentée ou réduite par rapport à la puissance stable fournie par le moteur thermique MT.
On va maintenant, à l' aide de la figure 7, décrire de quelle manière la machine électrique ME peut fonctionner en source de puissance d' appoint ou en récupération d' énergie lors des transitions de rapport. Décrivons une transition montante, par exemple le passage d'une configuration de « seconde thermique » à une configuration de « troisième thermique » . La machine électrique ME fournit une assistance au moteur thermique MT. En effet, dans la configuration de « seconde thermique », le premier embrayage E l est fermé et le synchroniseur 23 est en position de seconde vitesse enclenchée. Les trois modules de synchronisation M l , M2, M3 et le deuxième embrayage E2 sont ouverts. Dans une première étape de transition, on présélectionne le rapport de troisième, et on ferme le premier module M l . On ferme le deuxième module M2 pendant que la machine électrique ME fournit une puissance nulle. Dans une deuxième étape de transition, la machine électrique ME fournit de la puissance pour aider le moteur thermique MT à atteindre le régime de transition de la seconde vers la troisième vitesse. Dans une troisième étape de transition, on bascule l' adhérence de l' embrayage E l vers l' embrayage E2, de manière que le couple transmis aux roues du véhicule soit maintenu pendant le changement de rapport de vitesse. Enfin, dans une dernière étape de transition, on peut ouvrir le second module de synchronisation M2 et mettre le synchroniseur 23 de seconde et quatrième en position neutre.
Décrivons la transition descendante inverse. On passe d'une configuration de « troisième thermique » à une configuration de « seconde thermique » . La machine électrique ME récupère de l' énergie. En effet, dans la configuration de « troisième thermique », le second embrayage E2 ainsi que le premier module M l sont fermés et le synchroniseur 26 de première troisième est en position de troisième enclenchée. Les second et troisième modules M2, M3 et le premier embrayage E l sont ouverts. Dans une première phase de transition, le rapport de seconde vitesse est présélectionné, et on ferme le deuxième module M2 pendant que la puissance de la machine électrique ME est nulle. Dans une deuxième phase de transition, la machine électrique ME récupère de l'énergie en freinant le véhicule jusqu' au régime de transition de la troisième à la seconde. Dans une troisième phase de transition, on bascule l' adhérence du second embrayage E2 vers le premier embrayage E l . Ainsi le couple transmis aux roues du véhicule est maintenu pendant la phase de transition des rapports. Enfin, dans une quatrième phase de transition, on ouvre le second module M2 et le synchroniseur 26 de première troisième est mis en position neutre.
Décrivons maintenant le passage de la configuration de « quatrième hybride », décrit en figure 6, à la configuration de « troisième électrique » décrite en figure 3. Dans une première étape de transition, on passe d'une configuration de « quatrième hybride » à une configuration de « quatrième thermique » en annulant la puissance fournie par la machine électrique ME et en ouvrant le second embrayage M2 et le module M l . Le second module M2 reste fermé. Dans une deuxième phase de transition, la machine électrique ME se met au synchronisme de vitesse pour enclencher le troisième rapport de vitesse sans à-coup . Dans une troisième phase de transition, on présélectionne le rapport de troisième, et dans une quatrième phase de transition, on augmente la puissance fournie par la machine électrique
ME à vitesse constante pendant que l' on ouvre le premier embrayage E l .
Décrivons maintenant le passage d'une configuration de « seconde thermique » à une configuration de « première électrique » . Dans la configuration de seconde thermique, le rapport de seconde est enclenché, le premier embrayage E l et le second module M2 sont fermés. Le second embrayage E2 et le premier module M l sont ouverts. Dans une première phase de transition, on présélectionne le rapport de première vitesse pendant que la puissance fournit par la machine électrique est nulle. Le second module M2 reste fermé. Dans une deuxième phase de transition, la machine électrique ME récupère de l' énergie en freinant le véhicule jusqu' au régime de transition. Dans une dernière phase de transition, on ouvre l' embrayage E l et on met le synchroniseur 23 de seconde quatrième en position neutre. Selon un aspect, l' invention porte également sur une boîte de vitesses hybride à arbres parallèles présentant une ligne primaire 4 comprenant un arbre d' entrée principal 1 1 destiné à être lié à un moteur thermique MT ainsi qu'un arbre primaire pair 15 et un arbre primaire impair 14. La boîte de vitesses comprend en outre un premier embrayage E l dont une entrée amont 12 est solidaire en rotation à l' arbre d'entrée principal 1 1 et une entrée aval 13 solidaire en rotation à l' arbre primaire pair 15. L' arbre primaire impair 14 est raccordé à l' arbre primaire principal 1 1 par une chaîne cinématique comprenant un deuxième embrayage E2 et un train d' engrenage épicycloïdal 31. Avantageusement, le train d' engrenage épicycloïdal 31 présente une première entrée 40, solidaire en rotation avec une entrée amont 41 du deuxième embrayage E2 et avec l' arbre d' entrée principal 1 1. Une deuxième entrée 37 du train d' engrenage épicycloïdal 31 est solidaire en rotation d'une entrée aval 38 du deuxième embrayage E2. Une troisième entrée 48 du train d' engrenage épicycloïdal 31 est solidaire en rotation avec l' arbre primaire impair 14. En particulier, l'arbre primaire impair est destiné à être relié cinématiquement à une machine électrique ME.
Autrement dit, quelque soit le lieu d'implantation des embrayages, la chaîne cinématique n'est susceptible de transmettre un couple entre l' arbre d'entrée 11 et l' arbre primaire impair 14 que lorsque la deuxième entrée 37 du train d'engrenage épicycloïdal 31 est reliée à une source de couple. La source de couple peut être l'entrée aval 38 du deuxième embrayage E2 lorsque celui-ci est fermé. Dans ce cas, le couple peut être transmis sans contribution de la machine électrique ME. La source de couple peut également être la machine électrique ME. Ainsi, la présence du train d'engrenage épicycloïdal 31 dans la chaîne cinématique permet les nombreuses configurations de fonctionnement exposées aux figures 3 à 7, quelle que soit la position spatiale des embrayages El et E2 dans la boîte de vitesses.

Claims

REVENDICATIONS
1. Boîte de vitesses hybride à arbres parallèles, présentant une ligne primaire (4) comprenant un arbre d'entrée principal (11) destiné à être relié, par une extrémité avant de la ligne primaire (4), à un moteur thermique (MT), la boîte de vitesses comprenant un premier embrayage (El) dont une entrée amont (12) est fixée sur l'arbre d'entrée principal (11) et comprenant en outre un arbre d'entrée de machine électrique (43), parallèle et non coaxial à la ligne primaire (4), caractérisée par le fait que le premier embrayage (El) est disposé à l'extrémité arrière de la ligne primaire (4).
2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, dans laquelle la ligne primaire (4) comprend un arbre primaire pair (15) et un arbre primaire impair (14), coaxiaux et entourant chacun l'arbre d'entrée principal (11) ; une entrée aval (13) du premier embrayage (El) étant fixée sur l'arbre primaire pair (15), l'arbre primaire impair (14) étant raccordé à l'arbre d'entrée principal (11) par une chaîne cinématique comprenant un deuxième embrayage (E2).
3. Boîte de vitesses selon la revendication 2, dans laquelle le deuxième embrayage (E2) présente une entrée amont (41) solidaire en rotation de l'arbre d'entrée principal (11) et dans laquelle la chaîne cinématique comprend un train d'engrenage épicycloïdal (31) dont une première entrée (40) est solidaire en rotation avec l'entrée amont (41) du deuxième embrayage (E2) et une deuxième entrée (37) est solidaire en rotation d'une entrée aval (38) du deuxième embrayage (E2) ; la boîte de vitesses comprenant un premier module de synchronisation
(Ml) apte, de manière sélective, à rendre solidaire en rotation l'arbre primaire impair (14) et une troisième entrée (48) du train d'engrenage épicycloïdal (31).
4. Boîte de vitesses selon la revendication 2 ou 3, présentant une ligne secondaire (3), parallèle et non coaxiale à la ligne primaire
(4), le deuxième embrayage (E2) étant monté à l'extrémité arrière de la ligne secondaire (3).
5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 2 à 4, comprenant un deuxième module de synchronisation (M2) apte, de manière sélective, à rendre solidaire en rotation l' arbre d'entrée de machine électrique (43) et l' arbre primaire impair ( 14) .
6. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 2 à 5, dans laquelle le deuxième embrayage (E2) présente une entrée amont (41 ) solidaire en rotation de l' arbre d' entrée principal ( 1 1 ), la boîte de vitesses comprenant un troisième module de synchronisation (M3) apte, de manière sélective, à solidariser l' arbre d'entrée de machine électrique (43) et une extrémité aval (38) du deuxième embrayage (E2) .
7. Boîte de vitesses selon les revendications 4 et 6 prises dans leur ensemble, dans laquelle le train d'engrenage épicycloïdal (31 ) est coaxial avec la ligne secondaire (3), le premier module de synchronisation (M l ) comprenant, de préférence, un synchroniseur coaxial à la ligne secondaire (3) .
8. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l' arbre d' entrée principal ( 1 1 ) traverse un carter avant (51 ) de la boîte de vitesses, la machine électrique (ME) comprenant un stator (50) fixé sur ledit carter avant (51 ) .
9. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, comprenant un unique pignon d' attaque (28) engrenant avec une couronne de différentiel (29), le pignon d' attaque (28) étant monté sur un arbre de sortie (5) .
10. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, ne présentant pas de rapport de transmission mécanique inversé ; un rapport de marche arrière pouvant être établi par une inversion de rotation de la machine électrique (ME) .
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