EP2094993A1 - Transmission hybride infiniment variable et groupe motopropulseur a derivation de puissance comportant trois trains epicycloidaux sur une seule ligne - Google Patents

Transmission hybride infiniment variable et groupe motopropulseur a derivation de puissance comportant trois trains epicycloidaux sur une seule ligne

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Publication number
EP2094993A1
EP2094993A1 EP07823819A EP07823819A EP2094993A1 EP 2094993 A1 EP2094993 A1 EP 2094993A1 EP 07823819 A EP07823819 A EP 07823819A EP 07823819 A EP07823819 A EP 07823819A EP 2094993 A1 EP2094993 A1 EP 2094993A1
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EP
European Patent Office
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heat engine
gear
transmission according
transmission
power
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07823819A
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German (de)
English (en)
Inventor
Michel Buannec
Paulo Mendes
Arnaud Villeneuve
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a hybrid transmission power bypass for obtaining a continuous gear ratio, from reverse to forward, through a particular position, called neutral neutral, where the speed of movement of the vehicle is zero , for any regime of the engine.
  • This transmission and this powertrain are in an infinitely variable transmission ratio. They have a power bypass and two modes of operation. Their constituent elements are distributed between two power paths connecting in parallel the heat engine to the wheels of the vehicle, and they include at least two electrical machines, three planetary gear trains, and a reduction stage.
  • Publication FR 2 859 669 discloses an infinitely variable transmission of the type indicated above. Its change of mode makes it possible in particular to use the two electrical machines indifferently in "motor” or “generator”. Thanks to this peculiarity, the transmission can benefit from a sufficiently wide range or "opening of reports". to be able to integrate thermal engines of relatively modest power.
  • the present invention first proposes an infinitely variable hybrid transmission power bypass two operating modes, whose constituent elements are divided between two power paths connecting in parallel the engine to the wheels of the vehicle, these means including at least three epicyclic gear trains two electric machines, and a reduction stage. To meet the constraints of space, it proposes that the three planetary gear trains are aligned with the engine.
  • the two electrical machines can be aligned with the heat engine and the three planetary gear trains.
  • the two electrical machines can be offset laterally with respect to the alignment of the heat engine and planetary gear trains.
  • This invention also relates to a power train comprising such a transmission.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a transmission and a powertrain according to the invention.
  • FIG. 1 shows the heat engine M and the wheels V of the vehicle, between which the proposed transmission is arranged. It consists essentially of three planetary gear G1, G2 G3, and two electric machines ME1, ME2.
  • the heat engine M is connected to the ring C1 of the first gear G1, and to the sun gear P2 of the second gear G2.
  • the sun gear Pl of the first gear G1 is connected to the first electric machine ME1.
  • Its PSl satellite door is connected to the sun gear P3 of the third train G3.
  • the second train G2 is connected to the heat engine by its sun gear P2.
  • the second train G2 is also connected by its crown C2, to the crown C3 of the third train G3, and by its PS2 satellite door, to the wheels V.
  • the third channel G3 is connected by its sun gear P3 to the planet carrier PS1 of the first train, and the housing by its PS3 satellite door.
  • the second electric machine ME2 also joins the crown C2 of the second train G2.
  • the diagram mentions the presence of two reduction stages R, placed as an indication, at the arrival of the movement on the sun gear P2, and on the ring C2 of the second train G2.
  • Such a power scheme defines an infinitely variable hybrid transmission, whose constituent elements are distributed between two power paths connecting in parallel the heat engine M to the wheels R of the vehicle.
  • a first power lane takes the G2 train.
  • a second power path, or power bypass joins the G2 train by taking the two trains Gl and G3 associated with the two electric machines, operating in electric drive.
  • the means connecting the heat engine to the wheels therefore include at least three planetary gear trains, two electrical machines, and a reduction stage.
  • this transmission has control means associated with one of the epicyclic gear trains, to establish two distinct operating modes and to switch between them.
  • This hybrid transmission (since it combines a heat engine with two electric machines) makes it possible, thanks to the two electric machines operating in electric drive, to continuously vary the reverse gear ratio in the forward direction through a particular position, known as of neutral in gear, where the speed of movement of the vehicle is zero, for any speed of the engine.
  • the epicyclic gear G3 furthest from the heat engine M is associated with the mode change system C of the transmission.
  • this provision is not limiting.
  • the two electrical machines ME1, ME2 are aligned with the heat engine and the planetary gear trains G1, G2, G3, while in FIGS. 4 and 5 they are offset laterally.
  • this system consists of a synchronization group C, consisting of the clutch cone A1 connected to C3, of the hub A2, connected to PS3, on which a synchronization ring A4 can slide (no shown in the diagrams), and another sync cone A3 fixed on the housing B.
  • the synchronizing group A1, A2, A3, A4 makes it possible to make the ring gear C3 and the sun gear P3 of the G3 train integral, or to immobilize the PS3 planet carrier with respect to the casing B.
  • the hub A2 and the Al cone are synchronized, the crown C3 and the satellite carrier PS3 are made integral through the ring A4, so that the third train G3 is blocked.
  • This situation corresponds to a first mode of operation of the transmission.
  • the hub A2 of the cone A3 is secured by means of the ring A4, PS3 is immobilized with respect to the casing, so that the ring C3 rotates in the opposite direction of the sun gear P3, thereby playing a role. of motion inverter.
  • the transmission is in a second mode of operation.
  • the synchronization group (A1, A2, A3, A4) thus makes it possible to make its crown C3 and the sun gear P3 integral in a first mode of operation, or to immobilize its planet carrier PS3 with respect to the housing in a second mode of operation.
  • the synchronization device A1, A2, A3, A4 is designed in such a way that the ring C3 and the satellite gate PS3 are made integral, while the satellite gate PS3 is not yet unlocked. This corresponds, for the entire transmission, to a fixed reduction ratio. If the PS3 satellite gate was unlocked, while it is not yet engaged with the crown C3, power transmission would become temporarily impossible.
  • FIGS. 2 to 5 still show the output link of the transmission to the wheels V.
  • This connection is effected by two successive reductions L2, L3, any other embodiment that can be envisaged without departing from the scope of the invention, provided that the final direction of rotation of the wheels is that which is desired.
  • the epicyclic gear G3 furthest from the heat engine M is associated with the mode change system C of the transmission.
  • the trains are in the following order starting from the engine: G2 (power channel assembly), Gl ( distribution of torque between the two power paths before the wheels), and G3 (command change of mode).
  • the two electric machines ME1, ME2 have aligned with the trains G1, G2, G3.
  • the first electrical machine MEl is connected directly to the sun gear Pl of the first gear G1, while the second ME2 is connected directly to the ring C2 of the second gear G2.
  • the alignment of the electric machines makes it possible to obtain a transmission and a powertrain whose side space is particularly small.
  • the absence of triple concentric connection at the central train Gl is particularly small.
  • FIG. 5 therefore allows the same shortening in length of the box that Figure 4, but with the same triple stack of concentric links at the central train G2 that Figure 3.
  • This suppression is particularly advantageous for a transverse mounting of the transmission (and powertrain) in the engine compartment of a vehicle, in particular because it avoids the shift between the main line of the transmission and the engine, thus reducing the risks of interference with other vehicle components, such as the cradle, spars, or suspension.

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Abstract

Transmission hybride infiniment variable à dérivation de puissance à deux modes de fonctionnement, dont les éléments constitutifs sont répartis entre deux voies de puissance reliant en parallèle le moteur thermique (M) aux roues du véhicule, ces moyens incluant au moins trois trains épicycloïdaux (G1, G2, G3), deux machines électriques (ME1, ME2), et un étage de réduction (R), caractérisée en ce que les trois trains épicycloïdaux (G1, G2 G3) sont alignés sur le moteur thermique (M).

Description

TRANSMISSION HYBRIDE INFINIMENT VARIABLE ET GROUPE
MOTOPROPULSEUR A DERIVATION DE PUISSANCE COMPORTANT TROIS
TRAINS EPICYCLOIDAUX SUR UNE SEULE LIGNE
La présente invention concerne une transmission hybride à dérivation de puissance permettant d'obtenir une variation continue de rapport, de marche arrière en marche avant, en passant par une position particulière, dite de neutre en prise, où la vitesse de déplacement du véhicule est nulle, pour un régime quelconque du moteur thermique .
Plus précisément, elle a pour objet une transmission hybride et un groupe motopropulseur comportant celle-ci. Cette transmission et ce groupe motopropulseur sont à rapport de transmission infiniment variable. Ils disposent d'une dérivation de puissance et de deux modes de fonctionnement. Leurs éléments constitutifs sont répartis entre deux voies de puissance reliant en parallèle le moteur thermique aux roues du véhicule, et ils incluent au moins deux machines électriques, trois trains épicycloïdaux, et un étage de réduction.
Par la publication FR 2 859 669, on connaît une transmission infiniment variable du type indiqué ci- dessus . Son changement de mode permet notamment d'utiliser les deux machines électriques indifféremment en « motrice » ou en « génératrice ». Grâce à cette particularité, la transmission peut bénéficier d'une plage, ou « ouverture de rapports », suffisamment étendue pour pouvoir intégrer des moteurs thermiques de puissance relativement modeste.
Toutefois, les contraintes d'encombrement et la diversité des applications envisagées, conduisent à rechercher des architectures de plus en plus compactes, tout en disposant de larges possibilités d'adaptation.
Comme indiqué plus haut, la présente invention propose en premier lieu une transmission hybride infiniment variable à dérivation de puissance à deux modes de fonctionnement, dont les éléments constitutifs sont répartis entre deux voies de puissance reliant en parallèle le moteur thermique aux roues du véhicule, ces moyens incluant au moins trois trains épicycloïdaux deux machines électriques, et un étage de réduction. Pour répondre aux contraintes d'encombrement, elle propose que les trois trains épicycloïdaux soient alignés sur le moteur thermique .
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les deux machines électriques peuvent être alignées sur le moteur thermique et les trois trains épicycloïdaux.
Dans un deuxième mode de réalisation, les deux machines électriques peuvent être déportées latéralement par rapport à l'alignement du moteur thermique et des trains épicycloïdaux. Cette invention porte également sur un groupe motopropulseur comportant une telle transmission.
D'autres caractéristiques et avantages de 1 ' invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante, d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est un schéma de principe, d'une transmission et d'un groupe motopropulseur conformes à l'invention, et
- les figures 2 à 5 illustrent quatre modes de réalisation de l'invention.
Sur la figure 1, on a fait apparaître le moteur thermique M, et les roues V du véhicule, entre lesquels est disposée la transmission proposée. Celle-ci est composée essentiellement de trois trains planétaires Gl , G2 G3 , et de deux machines électriques MEl , ME2. Le moteur thermique M est relié à la couronne Cl du premier train Gl, et au planétaire P2 du deuxième train G2. Le planétaire Pl du premier train Gl est relié à la première machine électrique MEl. Son porte satellites PSl est relié au planétaire P3 du troisième train G3. Le deuxième train G2 est relié au moteur thermique par son planétaire P2. Le deuxième train G2 est aussi relié par sa couronne C2 , à la couronne C3 du troisième train G3 , et par son porte satellites PS2, aux roues V. Le troisième tain G3 est relié par son planétaire P3 au porte satellites PSl du premier train, et au carter par son porte satellites PS3. La deuxième machine électrique ME2 rejoint aussi la couronne C2 du deuxième train G2. Enfin, le schéma mentionne la présence de deux étages de réduction R, placés à titre indicatif, à l'arrivée du mouvement sur le planétaire P2 , et sur la couronne C2 du deuxième train G2. Un tel schéma de puissance définit une transmission hybride infiniment variable, dont les éléments constitutifs sont répartis entre deux voies de puissance reliant en parallèle le moteur thermique M aux roues R du véhicule. Une première voie de puissance emprunte le train G2. Une seconde voie de puissance, ou dérivation de puissance, rejoint le train G2 en empruntant les deux trains Gl et G3 associés aux deux machines électriques, fonctionnant en variateur électrique. Les moyens reliant le moteur thermique aux roues incluent donc au moins trois trains épicycloïdaux, deux machines électriques, et un étage de réduction. Par ailleurs, comme décrit ci- dessous, cette transmission dispose de moyens de commande associés à un des trains épicycloïdaux, pour établir deux modes de fonctionnement distincts et commuter entre ces derniers .
Cette transmission hybride (puisqu'elle associe un moteur thermique à deux machines électriques) permet d'obtenir, grâce aux deux machines électriques fonctionnant en variateur électrique, une variation continue de rapport de marche arrière en marche avant en passant par une position particulière, dite de neutre en prise, où la vitesse de déplacement du véhicule est nulle, pour un régime quelconque du moteur thermique. Sur les figures 1 à 5, le train épicycloïdal G3 le plus éloigné du moteur thermique M est associé au système de changement de mode C de la transmission. Toutefois cette disposition n'est pas limitative. Sur les figures 2, et 3, les deux machines électriques MEl, ME2 sont alignées sur le moteur thermique et les trains épicycloïdaux Gl, G2 , G3 , alors que sur les figures 4 et 5, elles sont déportées latéralement .
Ces figures font apparaître en plus l'emplacement et la structure du système de changement de mode C, qui est aligné sur l'ensemble de la transmission. Dans les exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les figures, ce système consiste en un groupe de synchronisation C, composé du cône crabot Al relié à C3 , du moyeu A2 , relié à PS3 , sur lequel peut coulisser un anneau de synchronisation A4 (non représenté sur les schémas) , et d'un autre cône de synchro A3 fixé sur le carter B.
Le groupe de synchronisation Al, A2, A3, A4 permet de rendre solidaires la couronne C3 et le planétaire P3 du train G3 , ou d'immobiliser le porte-satellites PS3 vis-à-vis du carter B. Lorsque le moyeu A2 et le cône Al sont synchronisés, la couronne C3 et le porte satellites PS3 sont rendus solidaires par l ' intermédiaire de l'anneau A4, de sorte que le troisième train G3 est bloqué. Cette situation correspond à un premier mode de fonctionnement de la transmission. Si en revanche, on rend solidaires le moyeu A2 du cône A3 par l'intermédiaire de l'anneau A4, on immobilise PS3 par rapport au carter, de sorte que la couronne C3 tourne en sens inverse du planétaire P3 , en jouant ainsi un rôle d'inverseur de mouvement. Dans cette situation, la transmission est dans un second mode de fonctionnement. Le groupe de synchronisation (Al, A2, A3, A4) permet donc de rendre solidaires sa couronne C3 et le planétaire P3 , dans un premier mode de fonctionnement, ou d'immobiliser son porte-satellites PS3 vis-à-vis du carter dans un second mode de fonctionnement.
Le dispositif de synchronisation Al, A2 , A3, A4 est conçu de telle manière, que la couronne C3 et le porte satellites PS3 sont rendus solidaires, alors que le porte satellites PS3 n'est pas encore débloqué. Ceci correspond, pour l'ensemble de la transmission, à un rapport de réduction fixe. Si le porte satellites PS3 était débloqué, alors qu'il n'est pas encore engagé avec la couronne C3, la transmission de puissance deviendrait temporairement impossible.
Les figures 2 à 5, montrent encore la liaison de sortie de la transmission vers les roues V. Cette liaison s'effectue par deux réductions successives L2 , L3, toute autre réalisation pouvant être envisagée sans sortir du cadre de l'invention, pourvu que le sens de rotation final des roues soit celui qui est souhaité.
Sur toutes les figures, le train épicycloxdal G3 le plus éloigné du moteur thermique M est associé au système de changement de mode C de la transmission. Sur la figure 2, qui respecte, comme l'ensemble des figures 2 à 5, le schéma cinématique de la figure 1, les trains sont dans l'ordre suivant en partant du moteur : G2 (réunion des voies de puissance) , Gl (répartition du couple entre les deux voies de puissance avant les roues) , et G3 (commande du changement de mode) . Par ailleurs les deux machines électriques MEl, ME2, ont alignées sur les trains Gl, G2 , G3. La première machine électrique MEl est reliée directement au planétaire Pl du premier train Gl, tandis que la deuxième ME2 est reliée directement à la couronne C2 du deuxième train G2. L'alignement des machines électriques permet d'obtenir un une transmission et un groupe motopropulseur dont l ' encombrement latéral est particulièrement réduit. Par ailleurs, on peut noter sue le schéma l'absence de liaison concentrique triple au niveau du train central Gl .
Sur la figure 3, les machines électriques MEl, ME2 sont toujours alignées, toutefois la disposition des deux premiers trains Gl et G2 est inversée par rapport à la figure 2, de sorte que le train le plus proche du moteur thermique est désormais le train répartiteur de couple Gl. Cette disposition apparemment plus rationnelle, présente toutefois la particularité d'introduire une triple liaison concentrique au niveau du train central G2, visible sur le schéma, qui peut être pénalisante du point de vue de l'architecture et de la réalisation mécanique .
Sur la figure 4, la disposition des trains est identique à celle de la figure 2 (G2, Gl, G3 ) , mais les machines électriques sont déportées latéralement par rapport à ces deniers. Ainsi la première machine MEl, reliée au planétaire Pl par un renvoi ri, est placée sous le schéma en dessous du système de changement de mode, tandis que la deuxième machine ME2, reliée à la couronne C2 , par un renvoi r2 , est placée au dessus des trains, sur le schéma. Cette disposition réduit l'encombrement axial de la transmission par rapport aux figures 2 et 3. Par ailleurs, comme sur la figure 2, on peut noter l'absence de liaison concentrique triple au niveau du train central Gl .
Enfin sur la figure 5, la disposition des machines électriques correspond à celle de la figure 4, mais la disposition des trains G2, Gl, G3 , correspond à celle de la figure 3. La figure 5 assure permet donc le même raccourcissement en longueur de la boîte que la figure 4, mais avec le même empilement triple de liaisons concentriques au niveau du train central G2 que la figure 3. En conclusion, il faut souligner, que dans tous les modes de réalisation proposés, et contrairement à l'art antérieur, il n'y a pas de réduction en sortie du moteur thermique. Cette suppression est particulièrement avantageuse pour un montage transversal de la transmission (et du groupe motopropulseur) dans le compartiment moteur d'un véhicule, notamment car elle évite le décalage entre la ligne principale de la transmission et le moteur, réduisant ainsi les risques d'interférence avec d'autres éléments du véhicule, tels que le berceau, les longerons, ou la suspension.

Claims

- S -REVENDICATIONS
1. Transmission hybride infiniment variable à dérivation de puissance à deux modes de fonctionnement, dont les éléments constitutifs sont répartis entre deux voies de puissance reliant en parallèle le moteur thermique (M) aux roues du véhicule, ces moyens incluant au moins trois trains épicycloïdaux (Gl, G2, G3) alignés sur le moteur thermique M, deux machines électriques (MEl, ME2 ) , et un étage de réduction (R), alignés sur le moteur thermique (M) caractérisée en ce que le train épicycloïdal (G3) le plus éloigné du moteur thermique (M) est associé au système de changement de mode (C) de la transmission.
2. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux machines électriques (MEl, ME2) sont alignées sur le moteur thermique et les trains épicycloïdaux (Gl, G2, G3 ) .
3. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux machines électriques
(MEl, ME2) sont déportées latéralement par rapport à l'alignement du moteur thermique (M) et des trains épicycloïdaux (Gl , G2 , G3 ) .
4. Transmission selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le train épicycloïdal (G2) le plus proche du moteur thermique (M) assure la réunion des deux voies de puissance, avant le transfert de celle-ci aux roues du véhicule.
5. Transmission selon la des revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le train épicycloïdal (G3) le plus proche du moteur thermique (M) assure la répartition du couple fourni par celui-ci entre les deux voies de puissance de la transmission.
6. Transmission selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que une première machine électrique (MEl) est reliée au planétaire (Pl) d'un premier train épicycloïdal (Gl) .
7. Transmission selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une deuxième machine électrique (ME2) est reliée à la couronne (C2) d'un deuxième train épicycloïdal (G2).
8. Transmission selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un engrenage de renvoi (L2, L3), qui descend du porte satellites (PS2) du deuxième train épicycloïdal (G2) sur les roues (V) du véhicule.
9. Transmission selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un train épicycloïdal
(G3) est associé à un groupe de synchronisation (Al, A2 , A3, A4) permettant rendre solidaires sa couronne (C3) et son planétaire (P3), et/ou d'immobiliser son porte- satellites (PS3) vis-à-vis du carter (B) .
10. Groupe motopropulseur de véhicule hybride, caractérisé en ce qu'il comporte une transmission conforme à l'une des revendications précédentes.
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