FR3016319A1 - Transmission pour vehicule automobile a propulsion hybride et procede de commande associe - Google Patents

Transmission pour vehicule automobile a propulsion hybride et procede de commande associe Download PDF

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Abstract

Transmission pour véhicule automobile à propulsion hybride comprenant un moteur thermique (2) et une machine électrique (3), comportant deux arbres primaires concentriques (7, 8) reliés respectivement au moteur thermique (2) et à la machine électrique (3) et une ligne secondaire (5) reliée aux roues du véhicule. L'arbre primaire plein (7) porte deux pignons fous (7a, 7b). La ligne secondaire (5) comprend deux arbres secondaires concentriques (10, 11). L'arbre secondaire creux (11) porte deux pignons fixes (11a, 11b) engrenant respectivement avec un pignon fou (7b) de l'arbre primaire plein (7) pour former un quatrième rapport de réduction et avec un pignon fixe (8a) de l'arbre primaire creux (8) pour former un troisième rapport de réduction. Ladite transmission (1) comprend un premier système de couplage (9) entre l'arbre primaire plein (7) et ses deux pignons fous (7a, 7b) et un deuxième système de couplage (12) entre les deux arbres secondaires (10, 11) ou entre l'arbre secondaire plein (10) et son pignon fou (10a).

Description

Transmission pour véhicule automobile à propulsion hybride et procédé de commande associé La présente invention concerne le domaine des transmissions pour véhicules automobiles à propulsion hybride comprenant, d'une part, un moteur thermique d'entraînement et, d'autre part, une machine électrique. Plus particulièrement, l'invention concerne les transmissions hybrides comprenant deux arbres primaires concentriques portant chacun au moins un pignon de descente sur un arbre secondaire relié aux roues du véhicule. L'intérêt des transmissions hybrides est de fournir deux sources d'énergies, thermique et électrique, à la chaîne cinématique d'entraînement du véhicule. Les apports de couple de ces deux énergies peuvent se cumuler dans un mode dit « hybride » ou peuvent être utilisés séparément, soit dans un mode dit « thermique pur » où la machine électrique ne fournit pas de couple à la chaîne de traction, soit dans un mode dit « électrique pur », où le moteur thermique ne fournit pas de couple à la chaîne de traction. Les transmissions hybrides permettent d'entraîner le moteur thermique à l'arrêt ou en roulage en utilisant la machine électrique comme démarreur. Les transmissions hybrides permettent également de charger les batteries du véhicule par la machine électrique fonctionnant en générateur. Par le document FR 2 973 299, on connaît une transmission pour véhicule automobile à propulsion hybride, dans laquelle la ligne primaire comprend un arbre primaire creux relié à la machine électrique et un arbre primaire plein relié directement au volant d'inertie du moteur thermique. L'arbre primaire plein porte à la fois un pignon fou engrenant avec un pignon fixe de l'arbre secondaire pour former une première descente d'engrenage et deux pignons fous formant deux autres descentes d'engrenage avec deux pignons fixes de l'arbre secondaire. La transmission comprend un premier moyen de couplage destiné à réaliser trois positions différentes dans lesquelles : le moteur thermique est découplé de la chaîne cinématique reliant la machine électrique aux roues, le moteur thermique entraîne les roues avec ou sans l'appoint de la machine électrique, et le moteur thermique et la machine électrique sont couplés de manière à additionner leurs couples respectifs.
Une telle transmission permet de disposer d'au moins deux rapports distincts en mode électrique et hybride et d'un rapport supérieur en mode thermique dédié au roulage rapide, tel que par exemple à 130km/h. Ainsi, la machine électrique peut être utilisée comme seule source d'énergie motrice sur un rapport court, adapté à la conduite en ville et un rapport intermédiaire, adapté à la conduite sur route au-delà d'un seuil de vitesse intermédiaire, par exemple de 100km/h. Pour la conduite sur autoroute, on utilise un rapport long où le moteur thermique seul est couplé aux roues. Dans ce cas, la machine électrique est utilisée comme générateur d'énergie afin de recharger la batterie. Ce document propose également d'utiliser la machine électrique comme seule source d'énergie jusqu'à un seuil par exemple de 16km/h, au-delà duquel l'énergie motrice de la machine électrique et celle du moteur thermique se cumulent en mode dit « hybride ».
Toutefois, la vitesse maximum en mode électrique pur reste peu élevée, et les changements de rapports s'effectuent avec une rupture de couple pouvant être ressentie par les passagers du véhicule. L'objectif de l'invention est donc de pallier ces inconvénients et d'optimiser les modes de la transmission pour disposer de modes hybrides sous couple. L'objet de l'invention est donc de fournir une transmission pour véhicule à propulsion hybride dans laquelle le saut de vitesse entre deux rapports de réduction en mode électrique est réduit et ainsi, d'améliorer le confort de conduite en mode hybride. Cette réduction permet une meilleure souplesse d'utilisation des deux rapports utilisables par machine électrique qui peuvent présenter ainsi une plage de recouvrement, concrètement le régime de changement de rapport entre ces deux rapports peut être sélectionné sans contrainte dans la plage de recouvrement. Un autre objet de l'invention est de réduire la consommation énergétique sur autoroute. En effet l'architecture proposée permet de disposer d'un rapport de réduction spécifique à l'usage du moteur thermique sur autoroute, et de choisir par exemple un rapport de réduction très long, distinct de ceux utilisés par la machine électrique. En somme, il est donc possible de choisir avec une grande liberté les rapports de réduction les mieux adaptés à l'utilisation de la machine électrique d'une part, et au moteur thermique d'autre part.
Dans un mode de réalisation, l'invention concerne une transmission pour véhicule automobile à propulsion hybride comprenant un moteur thermique et une machine électrique, comportant une ligne primaire comprenant un arbre primaire plein relié au volant d'inertie du moteur thermique et un arbre primaire creux concentrique à l'arbre primaire plein et relié à la machine électrique. Lesdits arbres primaires portent chacun au moins un pignon de descente sur une ligne secondaire reliée aux roues du véhicule. La ligne secondaire comprend un arbre secondaire plein portant un pignon fou engrenant avec un pignon fixe de l'arbre primaire creux pour former un premier rapport de réduction et un pignon fixe engrenant avec un pignon fou de l'arbre primaire plein pour former un deuxième rapport de réduction. L'arbre primaire plein porte au moins un deuxième pignon fou et la ligne secondaire comprend un arbre secondaire creux, concentrique à l'arbre secondaire plein et portant deux pignons fixes engrenant respectivement avec le deuxième pignon fou de l'arbre primaire plein pour former un quatrième rapport de réduction et avec un deuxième pignon fixe de l'arbre primaire creux pour former un troisième rapport de réduction. Ladite transmission comprend un premier système de couplage entre l'arbre primaire plein et un de ses deux pignons fous et un deuxième système de couplage entre les deux arbres secondaires ou entre l'arbre secondaire plein et son pignon fou. Ainsi, on peut avoir un étage de réduction supplémentaire sans rajouter de moyens de couplage et sans augmenter l'encombrement radial par ajout d'un arbre secondaire auxiliaire. En effet, dans le document FR 2 973 299, le pignon de deuxième rapport de réduction transmet la totalité du couple combiné provenant de la machine électrique et du moteur thermique, alors que dans le cas de la présente invention, les deux pignons ne transmettent jamais la totalité du couple combiné de la machine électrique et du moteur thermique. La présente invention permet donc de réduire les dimensions et notamment les largeurs des deux pignons permettant de différencier les régimes du moteur thermique et de la machine électrique sans impacter la longueur totale de la transmission. Le mode thermique seul sur autoroute est ainsi remplacé par un mode hybride. Avantageusement, la transmission dispose d'au moins un premier mode électrique, dans lequel le premier système de couplage est ouvert, tandis que le deuxième système de couplage est fermé de manière à solidariser le pignon fou du rapport court avec l'arbre secondaire plein. Dans un mode de réalisation, la transmission dispose d'au moins un deuxième mode électrique, dans lequel le premier système de couplage est ouvert, tandis que le deuxième système de couplage est fermé de manière à solidariser l'arbre secondaire creux avec l'arbre secondaire plein. Dans un mode de réalisation, la transmission dispose d'au moins un premier mode hybride, dans lequel le premier système de couplage est fermé de manière à rendre solidaires le deuxième pignon fou et l'arbre primaire plein et le deuxième système de couplage est fermé de manière à solidariser le pignon fou du rapport court avec l'arbre secondaire plein.
Dans un mode de réalisation, la transmission dispose d'au moins un deuxième mode hybride, dans lequel le premier système de couplage est fermé de manière à coupler le premier pignon fou et l'arbre primaire plein et le deuxième système de couplage est fermé de manière à solidariser le pignon fou du rapport court avec l'arbre secondaire plein. Dans un mode de réalisation, la transmission dispose d'au moins un troisième mode hybride, dans lequel le premier système de couplage est fermé à coupler le premier pignon fou et l'arbre primaire plein et le deuxième système de couplage est fermé de manière à rendre solidaires les deux arbres secondaires. Dans un mode de réalisation, la transmission dispose d'au moins un quatrième mode hybride, dans lequel le premier système de couplage est fermé de manière à coupler le deuxième pignon fou et l'arbre primaire plein et le deuxième système de couplage est fermé de manière à rendre solidaires les deux arbres secondaires. Dans un mode de réalisation, la transmission dispose d'au moins un mode de charge de la batterie dans lequel le premier système de couplage est fermé de manière à coupler le deuxième pignon fou et l'arbre primaire plein, et le deuxième système de couplage est ouvert. Dans un mode de réalisation, le moteur thermique comprend un système de démarrage intégré de type alterno-démarreur à basse ou haute tension, ou un démarreur de type ISG sur le volant moteur. Dans un mode de réalisation, le moteur thermique et la machine électrique sont disposés d'un même côté de la ligne primaire. Dans un autre mode de réalisation, la machine électrique est disposée à une extrémité de la ligne primaire et le moteur thermique est disposé à une deuxième extrémité de la ligne primaire, opposée à la première extrémité.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un procédé de commande d'une transmission pour véhicule automobile à propulsion hybride comprenant un moteur thermique et une machine électrique, comportant une ligne primaire comprenant un arbre primaire plein relié au volant d'inertie du moteur thermique et un arbre primaire creux concentrique à l'arbre primaire plein et relié à la machine électrique, lesdits arbres primaires portant chacun au moins un pignon de descente sur une ligne secondaire reliée aux roues du véhicule. La ligne secondaire comprend un arbre secondaire plein portant un pignon fou engrenant avec un pignon fixe de l'arbre primaire creux pour former un premier rapport de réduction et un pignon fixe engrenant avec un pignon fou de l'arbre primaire plein pour former un deuxième rapport de réduction et un arbre secondaire creux, concentrique à l'arbre secondaire plein et portant deux pignons fixes engrenant respectivement avec un deuxième pignon fou de l'arbre primaire plein pour former un quatrième rapport de réduction et avec un deuxième pignon fixe de l'arbre primaire creux pour former un troisième rapport de réduction. Ladite transmission comprenant un premier système de couplage entre l'arbre primaire plein et un de ses deux pignons fous et un deuxième système de couplage entre les deux arbres secondaires ou entre l'arbre secondaire plein et son pignon fou. La transmission dispose d'au moins deux modes électriques, entre lesquels la transition s'effectue par : - annulation du couple dans la machine électrique, - dé-crabotage du pignon fou du premier rapport de réduction par ouverture du deuxième système de couplage, - synchronisation de la vitesse de rotation de la machine électrique sur la vitesse de rotation du pignon fixe du troisième rapport de l'arbre secondaire creux, - crabotage sur le troisième rapport de réduction par fermeture du deuxième système de couplage de manière à solidariser les deux arbres secondaires, - remise en couple de la machine électrique.
Dans un mode de réalisation, la transition entre un premier mode électrique et un premier mode hybride s'effectue par : - démarrage du moteur thermique à vide, - synchronisation à vide de la vitesse de rotation du moteur thermique sur la vitesse de rotation du pignon fou du deuxième rapport de réduction, - crabotage du pignon fou du deuxième rapport avec l'arbre primaire plein par fermeture du premier système de couplage, - mise en couple de la machine électrique. Avantageusement, on commande le démarrage du moteur thermique à vide par un système de démarrage intégré de type alternodémarreur à basse ou haute tension, ou un démarreur de type ISG sur le volant moteur. Dans un mode de réalisation, la transition entre les deux modes électriques s'effectue par : - crabotage du pignon fou du deuxième rapport avec l'arbre primaire plein par fermeture du premier système de couplage ; - synchronisation à vide de la vitesse de rotation du moteur par le système de démarrage intégré. Ainsi, on peut assurer une transition entre les deux modes électriques sous couple, sans allumer le moteur thermique. Dans un mode de réalisation, la transition entre un premier mode hybride et un deuxième mode hybride s'effectue par : - annulation du couple de machine électrique, - synchronisation de la vitesse de rotation de la machine électrique à vide sur la vitesse de rotation du pignon fixe du troisième rapport de réduction, - crabotage sur le troisième rapport de réduction par fermeture du deuxième système de couplage, - remise en couple de la machine électrique. Dans un mode de réalisation, la transition entre un deuxième mode hybride route et un troisième mode hybride s'effectue par : - annulation du couple du moteur thermique, - dé-crabotage du pignon fou du deuxième rapport de réduction par ouverture du premier système de couplage, - synchronisation de la vitesse de rotation du moteur thermique sur la vitesse de rotation de l'arbre primaire creux de troisième rapport, - crabotage du pignon fou du quatrième rapport avec l'arbre primaire plein par fermeture du premier système de couplage. Dans un mode de réalisation, la transition entre un mode de recharge à l'arrêt et un premier mode électrique s'effectue par : - annulation du couple du moteur thermique, - dé-crabotage du premier système de couplage et synchronisation du régime du moteur thermique sur un régime de ralenti élevé, - arrêt de la machine électrique, - crabotage du pignon fou du quatrième rapport de réduction avec l'arbre primaire plein par fermeture du premier système de couplage. Selon un autre aspect, l'invention concerne un véhicule automobile à propulsion hybride comprenant un moteur thermique, un moteur électrique et une transmission telle que décrite précédemment. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un schéma d'architecture d'une transmission selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 illustre la transmission de la figure 1 dans un mode électrique basse vitesse ; - la figure 3 illustre la transmission de la figure 1 dans un mode électrique haute vitesse ; - la figure 4 illustre la transmission de la figure 1 dans un mode thermique seul ; - les figures 5, 6, 7 et 8 illustrent la transmission de la figure 1 dans respectivement quatre modes hybrides distincts ; - la figure 9 illustre la transmission de la figure 1 dans un mode de recharge à l'arrêt ; et - la figure 10 représente schématiquement un schéma d'architecture d'une transmission selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Telle qu'illustrée sur les figures, une transmission, référencée 1 dans son ensemble, est destinée à être intégrée dans un véhicule automobile à propulsion hybride (non représenté) comprenant, d'une part un moteur thermique d'entraînement 2 et d'autre part une machine électrique 3. Telle qu'illustrée, la transmission 1 comporte une ligne primaire 4 et une ligne secondaire 5. La machine électrique 3 est de préférence (mais non obligatoirement) de type axial discoïde. D'autres types de machine électrique sont également utilisables dans le cadre de l'invention, par exemple des machines radiales, à aimant ou à bobine d'excitation, des machines synchrones, asynchrones, ou des machines à réluctance, quelle que soit leur topologie. Le moteur thermique 2 et la machine électrique 5 sont disposés d'un même côté de la ligne primaire 4. Des engrenages sont agencés entre la ligne primaire 4 et la ligne secondaire 5, de manière à transmettre le couple d'un moteur ou des deux moteurs à un différentiel de pont 6 entraînant les roues (non représentées) du véhicule automobile. La ligne primaire 4 comprend un arbre primaire plein 7, d'axe X1, connecté directement par l'intermédiaire d'un système de filtration (non représenté), tel que par exemple un moyeu amortisseur, double volant ou tout autre moyen approprié, au volant d'inertie d'un moteur thermique 2 et un arbre primaire creux 8, coaxial à l'arbre primaire plein 7, et relié au rotor d'une machine électrique 3 disposée du même côté que le moteur thermique 2.
L'arbre primaire plein 7 porte à rotation libre deux pignons fous 7a, 7b pouvant être sélectivement liés à l'arbre primaire plein 7 par un premier système de couplage 9, tel que par exemple un crabot, un synchroniseur, ou autre type de coupleur progressif ou non.
L'arbre primaire creux 8 porte deux pignons fixes 8a, 8b. Telle qu'illustrée, la ligne secondaire 5 comprend un arbre secondaire plein 10, d'axe X2, et un arbre secondaire creux 11, coaxial à l'arbre secondaire plein 11. Tel qu'illustré, l'axe X2 des arbres secondaires est parallèle à l'axe Xi des arbres primaires. L'arbre secondaire plein 10 porte à rotation libre un pignon fou 10a pouvant être sélectivement lié à l'arbre secondaire plein 10 par un deuxième système de couplage 12, tel que par exemple un crabot, un synchroniseur, ou autre type de coupleur progressif ou non, un pignon fixe 10b et un pignon de descente 10c vers le différentiel 6 relié aux roues (non représentées) du véhicule. L'arbre secondaire creux 11 porte deux pignons fixes 11a, 11b et peut être lié à l'arbre secondaire plein 10 par le deuxième système de couplage 12.
Le premier pignon fou 7a de l'arbre primaire plein 7 engrène avec le pignon fixe 10b de l'arbre secondaire plein 10 pour former une première descente d'engrenage, correspondant au rapport intermédiaire, ou deuxième rapport de réduction de la transmission 1. Le deuxième pignon fou 7b de l'arbre primaire plein 7 engrène avec le premier pignon fixe 11a de l'arbre secondaire creux 11 pour former une deuxième descente d'engrenage, correspondant au quatrième rapport de réduction de la transmission 1. Les deux pignons fixes 8a, 8b de l'arbre primaire creux 8 engrènent respectivement avec le deuxième pignon fixe 11b de l'arbre secondaire creux 11 pour former une descente d' engrenage correspondant au troisième rapport de réduction dit « rapport long » de la transmission 1, et avec le pignon fou 10a de l'arbre secondaire plein 10 pour former une descente d'engrenage correspondant au premier rapport de réduction dit « rapport court » de la transmission 1.
Le premier moyen de couplage 9 permet de coupler l'arbre primaire plein 7 avec l'un de ses deux pignons fous 7a, 7b. Le deuxième moyen de couplage 12 permet de coupler les deux arbres secondaires 10, 11 entre eux, ou l'arbre secondaire plein 10 avec son pignon fou 10a. Sur la figure 2, le premier système de couplage 9 est ouvert, tandis que le deuxième système de couplage 12 est fermé de manière à solidariser en rotation le pignon fou du premier rapport (rapport court) 10a avec l'arbre secondaire plein 10. La transmission 1 représentée sur la figure 2 est en mode électrique «El » sur un rapport court, ou premier rapport, correspondant à un mode électrique à basse vitesse. Le couple fourni par la machine électrique 3 à l'arbre primaire creux 8 descend par le premier pignon fixe 8b sur le pignon fou 10a de l'arbre secondaire plein 10. Sur la figure 3, le premier système de couplage 9 est toujours ouvert, tandis que le deuxième système de couplage 12 est fermé, de manière à solidariser en rotation l'arbre secondaire creux 11 avec l'arbre secondaire plein 10. La transmission 1 représentée sur la figure 3 est en mode électrique «E3 » sur un troisième rapport de réduction, supérieur au rapport court, correspondant à un mode électrique à haute vitesse. Le couple fourni par la machine électrique 3 à l'arbre primaire creux 8, descend par le deuxième pignon fixe 8a sur le pignon fixe l lb du rapport long ou troisième rapport. Sur la figure 4, le premier système de couplage 9 est fermé de manière à coupler en rotation le premier pignon fou 7a et l'arbre primaire plein 7, tandis que le deuxième système de couplage 12 est ouvert. La transmission 1 représentée sur la figure 4 est en mode thermique « Th2 » sur le deuxième rapport. Le couple fourni par le moteur thermique 2 à l'arbre primaire plein 7 descend par le premier pignon fou 7a sur le pignon fixe 10b de l'arbre secondaire plein 10. Sur la figure 5, le premier système de couplage 9 est fermé de manière à coupler en rotation le deuxième pignon fou 7b et l'arbre primaire plein 7, tandis que le deuxième système de couplage 12 est fermé de manière à solidariser le pignon fou du premier rapport de réduction 10a avec l'arbre secondaire plein 10. Les couples du moteur thermique 2 et de la machine électrique 3 s'additionnent sur un rapport court, dans un mode « Th/E1 » dit « hybride en cas de forte pente». Dans ce mode de transmission, la machine électrique 3 est en descente directe sur la ligne secondaire 5 tandis que le couple du moteur thermique 2 fourni à la ligne secondaire 5 passe par un enchaînement de trois rapports successifs, à savoir les rapports un, trois et quatre. Sur la figure 6, le premier système de couplage 9 est fermé de manière à coupler l'arbre primaire plein 7 et son premier pignon fou 7a, tandis que le deuxième système de couplage 12 est fermé de manière à solidariser le pignon fou du premier rapport de réduction 10a avec l'arbre secondaire plein 10. Les couples du moteur thermique 2 et de la machine électrique 3 s'additionnent sur un rapport intermédiaire dans un mode « Th2/E1 ». Sur la figure 7, le premier système de couplage 9 est dans la même position que sur la figure 6, mais le deuxième système de couplage 12 a changé de position, pour solidariser l'arbre secondaire creux 11 à l'arbre secondaire plein 10. Les couples du moteur thermique 2 et de la machine électrique 3 s'additionnent sur un autre rapport intermédiaire dans un mode « Th2/E3 ». Sur la figure 8, le premier système de couplage 9 est fermé de manière à rendre solidaires le deuxième pignon fou 7b et l'arbre primaire plein 7, tandis que le deuxième système de couplage 12 est fermé de manière à solidariser l'arbre secondaire creux 11 à l'arbre secondaire plein 10. Les couples du moteur thermique 2 et de la machine électrique 3 s'additionnent sur un rapport long, dans un mode « Th4/E3» dit « hybride autoroute ». Ce mode de transmission permet l'établissement de deux rapports indépendants d'une part d'un troisième rapport de réduction pour la machine électrique 3 et d'autre part d'un quatrième rapport de réduction pour le moteur thermique 2. Ainsi, les rapports de réduction sont établis de manière directe sans aucune perte de rendement. Enfin, sur la figure 9, le mode recharge est obtenu en solidarisant le deuxième pignon fou 7b et l'arbre primaire plein 7 par le premier moyen de couplage 9 et donc en solidarisant les deux arbres primaires 7, 8 par l'intermédiaire de l'arbre secondaire creux 11, sans descente de mouvement sur la ligne secondaire 5. La transition entre les deux modes électriques purs El et E3 illustrés sur les figures 2 et 3 s'effectue en rupture de couple par auto- synchronisation de la machine électrique 3. Les principales étapes sont les suivantes : - annulation du couple de la machine électrique 3 ; - dé-crabotage du pignon fou 10a du premier rapport de réduction par ouverture du deuxième système de couplage 12 ; - synchronisation de la vitesse de rotation de la machine électrique 3 avec la vitesse de rotation du pignon fixe llb de l'arbre secondaire creux 11 du troisième rapport de réduction ; - crabotage sur le troisième rapport de réduction par fermeture du deuxième système de couplage 12, de manière à solidariser les deux arbres secondaires 10 et 11 ; et - remise en couple de la machine électrique 3. On peut quitter le mode électrique basse vitesse El, illustré à la figure 2, pour le mode hybride ville haute vitesse Th2/E1, illustré à la figure 6, par exemple entre 70 et 80 km/h avec la transition suivante, sous couple, en poussant la machine électrique 3 sur le premier rapport : - démarrage du moteur thermique 2 (à vide), par exemple, à l'aide d'un système de démarrage (non représenté) intégré au moteur thermique. Le système de démarrage peut être, par exemple, un démarreur de type conventionnel, un alterno-démarreur à basse ou haute tension, ou un démarreur de type ISG (« Integrated Start Generator » en termes anglo-saxon) sur le volant moteur ; - synchronisation à vide de la vitesse de rotation du moteur thermique sur la vitesse de rotation du pignon fou 7a du deuxième rapport de réduction ; - crabotage du pignon fou 7a du deuxième rapport de réduction avec l'arbre primaire plein 7 par fermeture du premier système de couplage 9 ; et - mise en couple de la machine électrique 3. On peut rejoindre ensuite le mode hybride route Th2/E3, illustré sur la figure 7, par exemple entre 80 et 100 km/h, toujours sous couple : - annulation du couple de la machine électrique 3 ; - synchronisation de la vitesse de rotation de la machine électrique 3 à vide sur la vitesse de rotation du pignon fixe 1 lb de l'arbre secondaire creux 11 du troisième rapport de réduction ; - crabotage du troisième rapport de réduction par fermeture du deuxième système de couplage 12, de manière à solidariser les deux arbres secondaires 10 et 11 ; et - remise en couple de la machine électrique 3. Cette transition est sous couple, car on pousse par le moteur thermique sur le deuxième rapport. Elle n'est pratiquement pas ressentie par les usagers, car elle s'effectue sans variation de régime du moteur thermique. On peut alors rejoindre le mode hybride autoroute Th4/E3, illustré sur la figure 8, de la façon suivante : - annulation du couple du moteur thermique 2 ; - dé-crabotage du pignon fou 7a du deuxième rapport par ouverture du premier système de couplage 9 ; - synchronisation de la vitesse de rotation du moteur thermique 2 sur la vitesse de rotation de l'arbre primaire creux 8 ; et - crabotage du deuxième pignon fou 7b du quatrième rapport avec l'arbre primaire plein 7 par fermeture du premier système de couplage 9. Cette transition permet l'établissement de deux rapports de réduction indépendants, c'est-à-dire un troisième rapport pour la machine électrique 3 et un quatrième rapport pour le moteur thermique 2. Ainsi, les troisième et quatrième rapports sont établis de manière directe sans perte de rendement. Le quatrième rapport de réduction est déterminé pour assurer le meilleur compromis sur le moteur thermique 2 seul afin de minimiser la consommation énergétique à vitesse élevée, par exemple à 130km/h et à assurer une capacité suffisante pour franchir les pentes sur autoroute. Le troisième rapport de réduction est déterminé pour assurer le meilleur compromis sur la machine électrique 3 seule.
En partant d'une situation de recharge à l'arrêt, illustrée à la figure 9, on peut disposer d'un mode simplifié permettant de gérer des situations critiques avec un niveau faible, de manière à diminuer les risques d'immobilisation par déchargement complet des batteries (non représentées). A partir du mode recharge à l'arrêt, où le moteur thermique 2 tourne en entraînant, par l'intermédiaire de l'arbre secondaire creux 11 sur les pignons des troisième et quatrième rapports de réduction, la machine électrique 2 qui charge la batterie, on rejoint le mode électrique basse vitesse (de 15 à 40km/h environ), illustré sur la figure 2, en laissant le moteur thermique 2 tourner sur son ralenti indépendamment de la traction : - annulation du couple du moteur thermique 2 ; - dé-crabotage du premier système de couplage 9 et synchronisation du régime du moteur thermique 2 sur un régime de ralenti élevé, par exemple à 1000 tours par minute ; - arrêt de la machine électrique 3 ; et - crabotage du pignon fou 7b du quatrième rapport de réduction avec l'arbre primaire plein 7 par fermeture du premier système de couplage 9. L'ajout du moteur thermique permet de rejoindre alors le mode hybride, illustré à la figure 5, de la façon suivante : - synchronisation à vide de la vitesse de rotation de la machine électrique 3 sur la vitesse de rotation de l'arbre primaire creux 8 ; - crabotage du pignon fou 10a du premier rapport de réduction avec l'arbre secondaire plein 10 par fermeture du deuxième système de couplage 12 ; et - mise en couple du moteur thermique 2. Cette transition est sous couple car on pousse par la machine électrique 3 sur le premier rapport, ce qui facilite le pilotage du moteur thermique 2 qui engrène sur la ligne secondaire 5 par un enchaînement de trois rapports successifs, à savoir le quatrième rapport, le troisième rapport et le premier rapport. Enfin, à partir du mode hybride ville basse vitesse, on peut également rejoindre les autres modes hybrides, conformément aux transitions décrites ci-dessus. Le mode de réalisation illustré sur la figure 10, dans lequel les mêmes éléments ont les mêmes références, diffère du mode de réalisation illustré sur la figure 1 par la position des différents éléments constituant la transmission, le fonctionnement d'une telle transmission étant identique au fonctionnement de la transmission illustré sur la figure 1. Telle qu'illustrée sur la figure 10, la transmission 1 est destinée à être intégrée dans un véhicule automobile à propulsion hybride (non représenté) comprenant, d'une part un moteur thermique d'entraînement 2 et d'autre part une machine électrique 3. Telle qu'illustrée, la transmission 1 comporte une ligne primaire 4 et une ligne secondaire 5. La machine électrique 5 est disposée à une extrémité de la ligne primaire 4 et le moteur thermique 2 est disposé à une deuxième extrémité de la ligne primaire 4, opposée à la première extrémité. Telle qu'illustrée, la machine électrique 5 est située à l'avant de la boîte de transmission, de manière à masquer dans la longueur le pignon d'attaque 10c du différentiel 6. A titre d'exemple non limitatif, cette nouvelle architecture est bien adaptée aux véhicules de taille importante. Telle qu'illustrée sur la figure 10, la ligne primaire 4 comprend un arbre primaire plein 7, d'axe X1, connecté directement par l'intermédiaire d'un système de filtration (non représenté), tel que par exemple un moyeu amortisseur, double volant ou tout autre moyen approprié, au volant d'inertie d'un moteur thermique 2 et un arbre primaire creux 8, coaxial à l'arbre primaire plein 7, et relié au rotor de la machine électrique 3.
L'arbre primaire plein 7 porte à rotation libre deux pignons fous 7a, 7b pouvant être sélectivement liés à l'arbre primaire plein 7 par un premier système de couplage 9, tel que par exemple un crabot, un synchroniseur, ou autre type de coupleur progressif ou non.
L'arbre primaire creux 8 porte deux pignons fixes 8a, 8b. Telle qu'illustrée sur la figure 10, la ligne secondaire 5 comprend un arbre secondaire plein 10, d'axe X2, et un arbre secondaire creux 11, coaxial à l'arbre secondaire plein 11. Tel qu'illustré, l'axe X2 des arbres secondaires est parallèle à l'axe X1 des arbres primaires. L'arbre secondaire plein 10 porte à rotation libre un pignon fou 10a pouvant être sélectivement lié à l'arbre secondaire plein 10 par un deuxième système de couplage 12, tel que par exemple un crabot, un synchroniseur, ou autre type de coupleur progressif ou non, un pignon fixe 10b et un pignon de descente 10c vers le différentiel 6 relié aux roues (non représentées) du véhicule. L'arbre secondaire creux 11 porte deux pignons fixes 11a, llb et peut être lié à l'arbre secondaire plein 10 par le deuxième système de couplage 12.
Le premier pignon fou 7a de l'arbre primaire plein 7 engrène avec le pignon fixe 10b de l'arbre secondaire plein 10 pour former une première descente d'engrenage, correspondant au rapport intermédiaire, ou deuxième rapport de réduction de la transmission 1. Le deuxième pignon fou 7b de l'arbre primaire plein 7 engrène avec le premier pignon fixe lla de l'arbre secondaire creux 11 pour former une deuxième descente d'engrenage, correspondant au quatrième rapport de réduction de la transmission 1. Les deux pignons fixes 8a, 8b de l'arbre primaire creux 8 engrènent respectivement avec le deuxième pignon fixe llb de l'arbre secondaire creux 11 pour former une descente d' engrenage correspondant au troisième rapport de réduction dit « rapport long » de la transmission 1, et avec le pignon fou 10a de l'arbre secondaire plein 10 pour former une descente d'engrenage correspondant au premier rapport de réduction dit « rapport court » de la transmission 1. Le premier moyen de couplage 9 permet de coupler l'arbre primaire plein 7 avec l'un de ses deux pignons fous 7a, 7b. Le deuxième moyen de couplage 12 permet de coupler les deux arbres secondaires 10, 11 entre eux, ou l'arbre secondaire plein 10 avec son pignon fou 10a. Grace à l'invention, la transmission dispose de nombreuses possibilités d'utilisation adaptées à des modes de conduite variés.
De plus, la transmission permet un assouplissement du changement entre deux rapports en mode électrique et ainsi, l'amélioration du confort de conduite en mode hybride. La transmission proposée ne dispose pas de « mode thermique pur » sur autoroute. En effet, le mode thermique pur sur autoroute existant dans les transmissions connues est ainsi remplacé par un mode hybride sur les troisième et quatrième rapports, permettant de réduire la consommation énergétique sur autoroute.

Claims (19)

  1. REVENDICATIONS1. Transmission pour véhicule automobile à propulsion hybride comprenant un moteur thermique (2) et une machine électrique (3), comportant une ligne primaire (4) comprenant un arbre primaire plein (7) relié au volant d'inertie du moteur thermique (2) et un arbre primaire creux (8) concentrique à l'arbre primaire plein (7) et relié à la machine électrique (3), lesdits arbres primaires (7, 8) portant chacun au moins un pignon de descente (7a, 7b, 8a, 8b) sur une ligne secondaire (5) reliée aux roues du véhicule, la ligne secondaire (5) comprenant un arbre secondaire plein (10) portant un pignon fou (10a) engrenant avec un pignon fixe (8b) de l'arbre primaire creux (8) pour former un premier rapport de réduction et un pignon fixe (10b) engrenant avec un pignon fou (7a) de l'arbre primaire plein (7) pour former un deuxième rapport de réduction, caractérisée en ce l'arbre primaire plein (7) porte au moins un deuxième pignon fou (7b) et en ce que la ligne secondaire (5) comprend un arbre secondaire creux (11), concentrique à l'arbre secondaire plein (10) et portant deux pignons fixes (11a, 11b) engrenant respectivement avec le deuxième pignon fou (7b) de l'arbre primaire plein (7) pour former un quatrième rapport de réduction et avec un deuxième pignon fixe (8a) de l'arbre primaire creux (8) pour former un troisième rapport de réduction, ladite transmission (1) comprenant un premier système de couplage (9) entre l'arbre primaire plein (7) et un de ses deux pignons fous (7a, 7b) et un deuxième système de couplage (12) entre les deux arbres secondaires (10, 11) ou entre l'arbre secondaire plein (10) et son pignon fou (10a).
  2. 2. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle dispose d'au moins un premier mode électrique, dans lequel le premier système de couplage (9) est ouvert, tandis que le deuxième système de couplage (12) est fermé de manière à solidariser le pignon fou du rapport court (10a) avec l'arbre secondaire plein (10).
  3. 3. Transmission selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle dispose d'au moins un deuxième mode électrique, dans lequel le premier système de couplage (9) est ouvert, tandis que ledeuxième système de couplage (12) est fermé de manière à solidariser l'arbre secondaire creux (11) avec l'arbre secondaire plein (10).
  4. 4. Transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle dispose d'au moins un premier mode hybride, dans lequel le premier système de couplage (9) est fermé de manière à rendre solidaires le deuxième pignon fou (7b) et l'arbre primaire plein (7) et le deuxième système de couplage (12) est fermé de manière à solidariser le pignon fou du rapport court (10a) avec l'arbre secondaire plein (10).
  5. 5. Transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle dispose d'au moins un deuxième mode hybride, dans lequel le premier système de couplage (9) est fermé de manière à coupler le premier pignon fou (7b) et l'arbre primaire plein (7) et le deuxième système de couplage (12) est fermé de manière à solidariser le pignon fou du rapport court (10a) avec l'arbre secondaire plein (10).
  6. 6. Transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle dispose d'au moins un troisième mode hybride, dans lequel le premier système de couplage (9) est fermé à coupler le premier pignon fou (7a) et l'arbre primaire plein (7) et le deuxième système de couplage (12) est fermé de manière à rendre solidaires les deux arbres secondaires (10, 11).
  7. 7. Transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle dispose d'au moins un quatrième mode hybride, dans lequel le premier système de couplage (9) est fermé de manière à coupler le deuxième pignon fou (7b) et l'arbre primaire plein (7) et le deuxième système de couplage (12) est fermé de manière à rendre solidaires les deux arbres secondaires (10, 11).
  8. 8. Transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle dispose d'au moins un mode de charge de la batterie dans lequel le premier système de couplage (9) est fermé de manière à coupler le deuxième pignon fou (7b) et l'arbre primaire plein (7) et le deuxième système de couplage (12) est ouvert.
  9. 9. Transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moteur thermique (2) comprend un système de démarrage intégré de type alterno-démarreur à basse ou haute tension, ou un démarreur de type ISG sur le volant moteur.
  10. 10. Transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moteur thermique (2) et la machine électrique (5) sont disposés d'un même côté de la ligne primaire (4).
  11. 11. Transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la machine électrique (5) est disposée à une extrémité de la ligne primaire (4) et le moteur thermique (2) est disposé à une deuxième extrémité de la ligne primaire (4), opposée à la première extrémité.
  12. 12. Procédé de commande d'une transmission pour véhicule automobile à propulsion hybride comprenant un moteur thermique (2) et une machine électrique (3), comportant une ligne primaire (4) comprenant un arbre primaire plein (7) relié au volant d'inertie du moteur thermique (2) et un arbre primaire creux (8) concentrique à l'arbre primaire plein (7) et relié à la machine électrique (3), lesdits arbres primaires (7, 8) portant chacun au moins un pignon de descente (7a, 7b, 8a, 8b) sur une ligne secondaire (5) reliée aux roues du véhicule, la ligne secondaire (5) comprenant un arbre secondaire plein (10) portant un pignon fou (10a) engrenant avec un pignon fixe (8b) de l'arbre primaire creux (8) pour former un premier rapport de réduction et un pignon fixe (10b) engrenant avec un pignon fou (7a) de l'arbre primaire plein (7) pour former un deuxième rapport de réduction et un arbre secondaire creux (11), concentrique à l'arbre secondaire plein (10) et portant deux pignons fixes (11a, 11b) engrenant respectivement avec un deuxième pignon fou (7b) de l'arbre primaire plein (7) pour former un quatrième rapport de réduction et avec un deuxième pignon fixe (8a) de l'arbre primaire creux (8) pour former un troisième rapport de réduction, ladite transmission (1) comprenant un premier système de couplage (9) entre l'arbre primaire plein (7) et un de ses deux pignons fous (7a, 7b) et un deuxième système de couplage (12) entreles deux arbres secondaires (10, 11) ou entre l'arbre secondaire plein (10) et son pignon fou (10a), caractérisé en ce qu'il dispose d'au moins deux modes électriques, entre lesquels la transition s'effectue par : - annulation du couple dans la machine électrique (3) ; - dé-crabotage du pignon fou (10a) du premier rapport de réduction par ouverture du deuxième système de couplage (12) ; - synchronisation de la vitesse de rotation de la machine électrique (3) sur la vitesse de rotation du pignon fixe (11b) du troisième rapport de l'arbre secondaire creux (11) ; - crabotage sur le troisième rapport de réduction par fermeture du deuxième système de couplage (12) ; et - remise en couple de la machine électrique (3).
  13. 13. Procédé de commande d'une transmission selon la revendication 12, caractérisé en ce que la transition entre un premier mode électrique et un premier mode hybride s'effectue par : - démarrage du moteur thermique (2) à vide ; - synchronisation à vide de la vitesse de rotation du moteur thermique sur la vitesse de rotation du pignon fou (7a) du deuxième rapport de réduction ; - crabotage du pignon fou (7a) du deuxième rapport avec l'arbre primaire plein (7) par fermeture du premier système de couplage (9) ; et - mise en couple de la machine électrique (3).
  14. 14. Procédé de commande d'une transmission hybride selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on commande le démarrage du moteur thermique (2) à vide par un système de démarrage intégré de type alterno-démarreur à basse ou haute tension, ou un démarreur de type ISG sur le volant moteur.
  15. 15. Procédé de commande d'une transmission hybride selon la revendication 14, caractérisé en ce que la transition entre les deux modes électriques s'effectue par : - crabotage du pignon fou (7a) du deuxième rapport avec l'arbre primaire plein (7) par fermeture du premier système de couplage (9) ;- synchronisation à vide de la vitesse de rotation du moteur par le système de démarrage intégré.
  16. 16. Procédé de commande d'une transmission hybride selon la revendication 12 à 15, caractérisé en ce que la transition entre un premier mode hybride et un deuxième mode hybride s'effectue par : - annulation du couple de machine électrique (3) ; - synchronisation de la vitesse de rotation de la machine électrique (3) à vide sur la vitesse de rotation du pignon fixe (11b) de l'arbre secondaire creux (11) du troisième rapport de réduction ; - crabotage sur le troisième rapport par fermeture du deuxième système de couplage (12) ; et - remise en couple de la machine électrique (3).
  17. 17. Procédé de commande d'une transmission selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que la transition entre un deuxième mode hybride route et un troisième mode hybride s'effectue par : - annulation du couple du moteur thermique (2) ; - dé-crabotage du pignon fou (7a) du deuxième rapport de réduction par ouverture du premier système de couplage (9) ; - synchronisation de la vitesse de rotation du moteur thermique (2) sur la vitesse de rotation de l'arbre primaire creux (8) ; et - crabotage du pignon fou (7b) du quatrième rapport avec l'arbre primaire plein (7) par fermeture du premier système de couplage (9).
  18. 18. Procédé de commande d'une transmission selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que la transition entre un mode de recharge à l'arrêt et un premier mode électrique s'effectue par : - annulation du couple du moteur thermique (2) ; - dé-crabotage du premier système de couplage (9) et synchronisation du régime du moteur thermique (2) sur un régime de ralenti élevé ; - arrêt de la machine électrique (3) ; et- crabotage du pignon fou (7b) du quatrième rapport de réduction avec l'arbre primaire plein (7) par fermeture du premier système de couplage (9).
  19. 19. Véhicule automobile à propulsion hybride comprenant un moteur thermique (2), un moteur électrique (3) et une transmission (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
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