FR2823281A1 - Dispositif de transmission multi-modes et vehicule utilisant un tel dispositif - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de transmission multi-modes. Elle concerne aussi un véhicule utilisant un tel dispositif.Le dispositif de l'invention comporte essentiellement plusieurs voies cinématiques parallèles (3, 4, 7, 8) et un dispositif de commande (C) de changement de modes de transmission qui travaille de sorte que la durée de changement de mode soit aussi réduite que possible tout en sauvegardant la continuité du couple à la roue et une bonne synchronisation des vitesses dans le système de transmission.Le groupe motopropulseur (1) délivre sa puissance mécanique à la charge entraînée constituée par le train de roues motrices (6) à travers une pluralité de chemins cinématiques (3, 4, 7, 8) de sorte que, lors du changement de modes, les diverses voies (3, 7) restent simultanément engagées.Application aux véhicules automobiles.

Description

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Dispositif de transmission multi-modes et véhicule utilisant un tel dispositif.
La présente invention concerne un dispositif de transmission multi-modes. Elle concerne aussi un véhicule utilisant un tel dispositif.
Dans l'état de la technique, on a déjà proposé des systèmes de transmission qui permettent de transformer de l'énergie mécanique produite par un moteur en une énergie mécanique utilisée sur les roues du véhicule, essentiellement en vue d'entraîner le véhicule en mouvement ou pour contrôler ce mouvement. Le moteur peut être composé par un seul moteur qui peut être un moteur électrique ou un moteur thermique comme un moteur à explosions. Le moteur peut être constitué par une combinaison d'au moins deux moteurs, de même type ou de types différents, qui fonctionnent en même temps ou à des dates différentes. C'est le cas d'une propulsion hybride dans laquelle le groupe motopropulseur comporte un moteur thermique à explosions et un moteur électrique, qui peuvent selon le mode de fonctionnement du groupe motopropulseur, fonctionner en même temps, et ou bien en parallèle sur le système de transmission, ou bien à des tâches différentes, comme la recharge de la batterie de traction par le moteur électrique travaillant en génératrice, et le moteur thermique fonctionnant à la fois pour entraîner le véhicule et pour entraîner l'arbre de la génératrice.
Le système de transmission comporte des composants mécaniques de divers types : mécanique, hydraulique, électrique notamment. Du fait qu'une pluralité de composants est utilisée aujourd'hui dans un système de transmission, une pluralité de chemins est créée par la combinatoire des chemins réunissant les points d'entrée et de sortie des divers composants, surtout si on vise à exploiter une telle combinatoire pour améliorer l'adaptation
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du véhicule à la diversité des situations de conduite, généralement mal assurée avec une seule solution.
Dans l'état de la technique, on a déjà proposé des moyens pour réaliser des systèmes de transmission qualifiés de"multi- modes"parce qu'ils peuvent être commandés dans un mode sélectionné parmi une pluralité de modes spécifiques au système de transmission. Dans l'état de la technique, de tels systèmes de transmission comportent un système de découplage comme un embrayage ou un crabot, pour assurer le basculement d'un mode initial à un autre mode. Dans l'état de la technique, pour un système de transmission multi-mode, le basculement d'un mode à l'autre ne garantit pas un bon agrément de conduite au conducteur.
La présente invention apporte une réponse à ces divers problèmes en proposant un nouveau dispositif de transmission multi-modes.
A cette fin, le dispositif de l'invention comporte une pluralité de voies parallèles comprenant : - au moins deux voies contenant chacune un dispositif de découplage,
Figure img00020001

- au moins une voie contenant une chaîne cinématique, comme un système mécanique à démultiplication fixe ; et - une voie contenant un variateur de vitesse continu qui sont ensemble connectées entre un répartiteur de puissance mécanique d'entrée connecté à une source d'énergie mécanique comme un groupe motopropulseur et un répartiteur de puissance mécanique de sortie connecté sur une charge mécanique comme les roues motrices d'un véhicule et un dispositif de commande de changement de mode qui active le changement de mode entre au moins deux des voies contenant un dispositif de découplage de sorte qu'au changement de mode de transmission, pendant une
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durée prédéterminée de changement de mode, les deux voies sont engagées simultanément.
Selon un autre aspect de l'invention, le variateur de vitesse continu est de type électrique.
Selon un autre aspect de l'invention, le variateur électrique est constitué autour de deux machines électriques de traction ou d'une machine électrique de traction et un second moteur électrique de variateur, notamment pour réaliser un groupe motopropulseur hybride.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de commande de changement de mode comporte un moyen pour commander sur chaque voie parallèle un régime de fonctionnement qui permet de conserver un même rapport de démultiplication globale du système de transmission.
Selon un autre aspect de l'invention, le variateur de vitesses coopère avec un dispositif de synchronisation de vitesses.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de commande de changement de modes comporte un moyen pour commander le fonctionnement du variateur de vitesses de sorte que, pendant le changement de modes, le rapport des vitesses entre l'entrée et la sortie du variateur est constant.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de commande de changement de modes comporte un moyen pour commander, au moins pendant la période de changement de modes, sur chaque voie parallèle un régime de fonctionnement dans lequel la puissance mécanique est maintenue constante à l'entrée et/ou à la sortie du variateur de vitesses, particulièrement une puissance mécanique nulle.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de l'invention comporte au moins deux systèmes de découplage pour orienter de la puissance mécanique vers l'une d'au moins deux
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voies cinématiques, chacune caractérisant un mode de transmission, et le dispositif de commande de changement de modes comporte un moyen pour commander un couplage simultané des systèmes de découplage pendant la durée de changement de modes.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de transmission comporte comme répartiteur d'entrée une pluralité de répartiteurs de puissance mécanique dont le premier est connecté à la sortie du groupe motopropulseur et dont les sorties sont connectées aux arbres primaires des systèmes de découplage commandés par le dispositif de commande de changement de mode, à l'arbre d'entrée du variateur de vitesses continu et à l'arbre d'entrée d'au moins une chaîne cinématique.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de transmission comporte comme répartiteur de sortie une pluralité de répartiteurs de puissance mécanique dont le dernier comporte un arbre de sortie connecté aux roues du véhicule, les arbres de sortie des systèmes de découplage, l'arbre de sortie du variateur de vitesses et l'arbre de sortie d'au moins une chaîne cinématique sont connectés aux arbres d'entrée de ladite pluralité de répartiteurs de puissance.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de transmission est constitué de sorte qu'au moins l'un des systèmes de découplage est un système à crabots. Le contrôleur comporte un premier moyen de test pour détecter quand les vitesses d'entrée et de sortie des deux systèmes de découplage sont nulles et pour activer un second moyen pour appliquer une commande de changement de mode.
Selon un aspect de l'invention, le dispositif de transmission, afin de garantir un bon agrément de conduite au conducteur, particulièrement un agrément acoustique, comporte un dispositif de contrôle C dans lequel est activé un moyen pour
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Figure img00050001

conserver le rapport global de la transmission lors du changement de mode : K-K-K (hlll /\.) =/-) = A., le rapport global du dispositif de transmission étant défini par la relation : K1 = ( roue !/M, ce dans le mode de transmission i ; dans laquelle #roue, est le régime de sortie du répartiteur de sortie et m, ce ; est le régime d'entrée du répartiteur d'entrée dans le mode i de transmission.
Selon un aspect de l'invention, le dispositif de transmission, afin de minimiser le risque de choc à la roue, comporte un dispositif de contrôle C dans lequel est activé un moyen pour maintenir le variateur dans une position stable, c'est à dire dans lequel les rapports de variateur sont égaux dans les deux modes 1 et 2 : Kv = Kv 2 au point de changement de mode, le rapport de variateur dans le mode i (i = 1 ou 2) étant défini par le rapport des régimes de sortie #vo 1 et d'entrée #v1, du variateur dans le mode i.
Selon un aspect de l'invention, le dispositif de transmission est défini par une matrice Z de coefficients cinématiques, A à 0, définis par la relation :
Figure img00050002

dans laquelle la matrice Z est exprimée par :
Figure img00050003
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Figure img00060001

et dans laquelle la matrice Z est définie sur des éléments permanents du dispositif de transmission, à savoir : le variateur par ses régimes d'entrée mv ! et de sortie novo ; les premier et second systèmes de découplage par leurs régimes d'entrée (03, et Ù) 71 et de sortie ? 30 et C) 70 ; le répartiteur d'entrée par son régime d'entrée m, ce : le répartiteur de sortie par son régime de sortie Cornue ; et le contrôleur comporte un moyen de changement de mode pour placer les voies parallèles du dispositif de transmission dans des états tels que le rapport global du dispositif de transmission caractérisé par la matrice Z, soit :
Figure img00060002
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de transmission est défini par une matrice Z de coefficients cinématiques, A à 0, définis par la relation :
Figure img00060003

dans laquelle la matrice Z est exprimée par :
Figure img00060004

et dans laquelle la matrice Z est définie sur des éléments
Figure img00060005

permanents du dispositif de transmission, à savoir : - le variateur par ses régimes d'entrée CDVI et de sortie CDvo ; - les premier et second systèmes de découplage par leurs régimes d'entrée Cl) 31 et CD ? I et de sortie Cl) 30 et covo ; - le répartiteur d'entrée par son régime d'entrée M, ce ;
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Figure img00070001

- le répartiteur de sortie par son régime de sortie cornue : et, dans le cas où le variateur présente des pertes négligeables ou inférieures à un seuil prédéterminé, vérifient la relation :
Figure img00070002
Selon un aspect de l'invention, le dispositif de transmission est défini par une matrice Z de coefficients cinématiques, A à 0, définis par la relation :
Figure img00070003
Figure img00070004

dans laquelle la matrice Z est exprimée par : dans laque", >
Figure img00070005

et dans laquelle la matrice Z est définie sur des éléments permanents du dispositif de transmission, à savoir :
Figure img00070006

- le variateur par ses régimes d'entrée fflv, et de sortie cùvo ; - les premier et second systèmes de découplage par leurs régimes d'entrée Cû31 et Cû71 et de sortie ? 30 et 0) 70 ; - le répartiteur d'entrée par son régime d'entrée M, ce ; - le répartiteur de sortie par son régime de sortie C) roue ; le dispositif de transmission étant construit de façon à respecter une condition définie par :
Figure img00070007

et, le contrôleur C de transmission comporte un premier moyen pour détecter que le rapport global de la transmission respecte une condition :
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Figure img00080001

et un second moyen pour produire un ordre de passage instantané dans l'un ou l'autre de deux modes i et j de transmission en passant par une phase où les deux modes sont simultanément présents, sur chacune des voies parallèles.
Enfin, l'invention concerne aussi un véhicule automobile qui utilise un dispositif de transmission défini comme il est défini plus haut.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma bloc du principe de fonctionnement d'un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention ; - la figure 2 est un graphe expliquant le fonctionnement d'un dispositif exploitant le principe de la figure 1 ; - la figure 3 est un graphe expliquant le fonctionnement d'un dispositif exploitant un second mode de réalisation du dispositif de l'invention ; et - la figure 4 est un schéma bloc du principe de fonctionnement d'un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention.
A la figure 1, on a représenté un schéma bloc du principe de fonctionnement d'un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention. Il s'agit du mode préféré de réalisation de l'invention. Le dispositif de transmission comporte quatre voies parallèles le long de chacune desquelles transite une fraction de la puissance mécanique produite par un élément moteur 1 comme un groupe motopropulseur d'un véhicule, et un élément entraîné 6 comme un essieu de roues motrices d'un véhicule.
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Le groupe motopropulseur 1 peut être constitué par un ou plusieurs moteurs de un ou plusieurs types, comme un moteur électrique et un moteur à explosion. Le dispositif de l'invention peut aussi comprendre des moteurs sur certaines voies cinématiques de transmission placées en parallèle comme la voie 8, qui, dans le cas général, peut être augmentée par une pluralité de voies parallèles de même nature.
La puissance motrice disponible en sortie du groupe motopropulseur 1 présente une caractéristique de fonctionnement en vitesse de rotation d) lce de l'arbre de sortie du groupe moteur 1 et en couple mécanique C, ce. La puissance effective disponible à la roue en entrée du dispositif entraîné 6 présente une caractéristique de fonctionnement en vitesse de rotation O) roue de l'arbre d'entrée du dispositif de répartition de puissance à la roue 6 et en couple mécanique Croue.
Le dispositif de transmission de l'invention comporte un dispositif de commande C qui est connecté d'une part au système de contrôle du véhicule (non représenté aux dessins) et d'autre part aux entrées de commande des composants contrôlables du dispositif de transmission proprement dit. Ce sont notamment : - un variateur de vitesses continûment variable 9 et - des systèmes de découplage 3 et 7.
Selon l'invention, le dispositif de commande C opère un changement de mode en commandant un changement de chemin de transfert de puissance mécanique entre les différentes voies parallèles 3,7, 8 et 9.
Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, le variateur de vitesses continûment variable 9 est un variateur de vitesses à moteur électrique. Dans un tel cas, les moteurs électrique du variateur 9 comporte un contrôleur qui présente une borne d'entrée de contrôle du fonctionnement des moteurs électrique du variateur, de sorte que, quand cette borne d'entrée
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est connectée à une sortie convenable du dispositif de commande de changement de modes C, son fonctionnement puisse être contrôlé selon l'invention.
Dans un mode particulier de réalisation, le variateur électrique est composé autour de deux machines électriques de traction, ou une machine électrique de traction et un moteur électrique de variateur, qui sont montés en variateurs électriques ainsi qu'il est connu de l'homme de métier, en particulier dans le cas où le dispositif de transmission de l'invention équipe un véhicule à propulsion hybride.
Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, le variateur de vitesses continûment variable 9 est un variateur de vitesses mécanique dont les composants de changement de démultiplication sont mus par des actionneurs électriques ou hydrauliques pilotés électriquement. Dans un tel cas, chaque actionneur électrique du variateur 9 comporte un contrôleur qui présente une borne d'entrée de contrôle du fonctionnement de l'actionneur électrique du variateur, de sorte que, quand cette borne d'entrée est connectée à une sortie convenable du dispositif de commande de changement de modes C, son fonctionnement puisse être contrôlé selon l'invention.
Essentiellement, les chemins de puissance disponibles dans le dispositif de transmissions de l'invention sont répartis en sortie du dispositif répartiteur de puissance mécanique 1 d'entrée et en entrée du dispositif répartiteur de puissance mécanique 5. Un dispositif répartiteur de puissance mécanique est principalement réalisé à l'aide de plusieurs arbres par lesquels la puissance transite du ou vers le dispositif. La puissance mécanique entrant par les arbres d'entrée est répartie sur les différents arbres de sortie. Une part de cette puissance peut éventuellement être perdu dans le dispositif Préférentiellement, un tel dispositif répartiteur de puissance mécanique est réalisé à
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l'aide de trains d'engrenages ou de trains épicycloïdaux et se caractérise mécaniquement par une fonction de répartition de puissance mécanique entre les différents arbres.
On note que, surtout quand il est réalisé par un train d'engrenages ou par un train épicycloïdal, un tel dispositif mécanique est essentiellement réversible, et qu'une combinaison de répartiteurs de puissance peut être aussi bien commuté en mode rassembleur de puissance qu'en mode diviseur de puissance.
Dans un mode préféré de réalisation, représenté à la Figure 1, le répartiteur de puissance 2 est connecté à l'arbre de sortie du groupe motopropulseur 1, et ses différents arbres de sortie sont connectés aux arbres primaires ou d'entrée des diverses voies parallèles. Particulièrement dans le mode de réalisation préféré, il s'agit : du variateur de vitesses continûment variable 9 ; des deux systèmes de découplage 3 et 7 ; et de la voie cinématique 8.
Le répartiteur de puissance 5 comporte un arbre de sortie qui est connecté aux roues motrices 6, par exemple par l'intermédiaire d'un pont différentiel ainsi qu'il est connu.
Dans un mode particulier de réalisation, les systèmes de découplage 3 et 7 sont réalisés à l'aide de crabots. Dans un mode particulier de réalisation, les systèmes de découplage 3 et 7 sont réalisés à l'aide d'embrayages dont un arbre d'entrée est connecté à un arbre de sortie du répartiteur de puissance mécanique 2 et un arbre de sortie est connecté à un arbre d'entrée du répartiteur de puissance 5. Selon l'invention, dans un mode préféré de réalisation, les deux systèmes de découplage 3 et 7 sont, lors d'une commande de changement de mode appliqué par le dispositif de commande de changement de mode C, couplés simultanément pendant une période prédéterminé de
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changement de mode. Une telle caractéristique de l'invention, qui sera détaillé plus loin, assure un changement de mode sans"àcoups"dans le dispositif de transmission, parce que la puissance mécanique est alors contrôlée parfaitement ainsi qu'il sera décrit plus loin. Dans un tel mode de réalisation, les embrayages sont des embrayages pilotés et comportent chacun au moins un actionneur électrique ou hydraulique piloté électriquement qui mobilise le plateau d'embrayage quand une borne d'entrée de son propre contrôleur d'embrayage est connectée à une borne de sortie convenable du dispositif de commande de changement de modes C.
Dans un autre mode de réalisation, les systèmes de découplage 3 et 7 sont réalisés à l'aide de mécanismes à crabots qui, eux aussi, sont mis en oeuvre avec des actionneurs électriques ou hydraulique pilotés électriquement, chacun doté d'un contrôleur électronique dont une borne de commande est connectée à une borne convenable du dispositif de commande de changement de modes C.
Les caractéristiques cinématiques des répartiteurs de puissance 2 et 5 s'expriment en fonction des caractéristiques de fonctionnement comme des constantes qui spécifient chacun de ces deux composants. Quand ils sont montés dans le dispositif de transmission de l'invention, ils placent en parallèle la chaîne de transmission 8, le variateur 9, le système de découplage 3, le système de découplage 7, de sorte que si le variateur 9 est à une vitesse cov, sur son arbre d'entrée, que son régime de rotation en sortie est mvo que l'on a Cl) 31 le régime de rotation en entrée du système de découplage 3, mso le régime de rotation en sortie du
Figure img00120001

système de découplage 3, c1 le régime de rotation en entrée du système de découplage 7, Cl) 70 le régime de rotation en sortie du système de découplage 7, on peut exprimer l'état cinématique du système par la relation matricielle :
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Figure img00130001

dans laquelle la matrice Z est exprimée par :
Figure img00130002

dans laquelle les coefficients A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, 0 sont des constantes caractérisant les répartiteurs de puissance 2 et 5 ainsi que la ou les chaînes cinématique 8. Chaque élément z [a] [b] de la matrice Z est défini par construction du système de transmission de l'invention. Il peut être mesuré en faisant fonctionner le système de transmission pour un régime d'entrée donné et en mesurant les cinq régimes de rotation correspondants aux composantes du vecteur représenté au membre de gauche de la relation (1), puis en résolvant le système représenté par la relation (1).
La matrice Z de caractérisation cinématique comporte, quelque soit le nombre de voies parallèles du dispositif de l'invention, le même nombre de composantes A à O. En effet, la matrice Z est définie sur des éléments permanents du dispositif selon l'invention, à savoir : - le variateur 9 par ses régimes d'entrée cl) et de sortie #vc ;
Figure img00130003

- les premier 3 et second 7 systèmes de découplage par leurs régimes d'entrée 03, et û et de sortie N30 et Ct) 70 ; - le répartiteurs d'entrée 2 par son régime d'entrée m, ce ; - le répartiteur de sortie 5 par son régime de sortie corroue.
Enfin, si les composantes A à 0 peuvent être obtenus par mesures des régimes d'entrée et de sortie et résolution du système linéaire de l'équation (1), elles peuvent ainsi qu'il est
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connu de l'homme de métier, être calculé directement par analyse des caractéristiques mécaniques des éléments des divers composants du dispositif de transmission tel qu'il est réalisée.
Le mode de transmission i, i étant un entier, est déterminé par le dispositif de commande de changement de mode ou contrôleur C du dispositif qui peut être activé par le conducteur ou par un calculateur de transmission automatique. Ce mode de transmission i est déterminé par la fermeture de l'un des systèmes de découplage. En particulier, le contrôleur C détermine le changement de mode de transmission et incorpore des moyens pour déterminer la condition optimale de réalisation de changement de mode pour un dispositif de transmission multimodes dont les caractéristiques cinématique sont traduites par la matrice Z de caractérisation cinématique, ou matrice des constantes cinématiques, et qui doit elle même respecter une condition structurelle, définie plus loin.
Chaque mode de transmission i peut être caractérisé par
Figure img00140001

deux nombres, respectivement :
Figure img00140002

Co roile, 1 K, =-rapporte de démultiplication globale du dispositif .,,
Figure img00140003

dans le mode i de transmission ;
Figure img00140004

A : v, =--rapport du variateur dans le mode i de transmission.
1,
Figure img00140005

Ce rapport peut éventuellement être infini si Mv,., = 0.
Chaque mode de transmission i peut être caractérisé par le fait qu'un des systèmes de découplage est fermé. Dans un mode préféré de réalisation, le système de transmission possède seulement deux modes (i = 1 ou i = 2).
Le mode 1 est déterminé par le fait que le système de découplage 3 est fermé : 0"Régimes de rotation des arbres d'entrée et de sortie du système de découplage 3.
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Figure img00150001
Avec la relation (1), on a donc : * + B + C * ,, = D I + E * , + F ,., soit en mode 1 :
Figure img00150002
Le mode 2 est déterminé par le fait que le système de découplage 7 est fermé :
Figure img00150003

= < u Régimes de rotation des arbres d'entrée et de sortie du système de découplage 7.
Avec la relation (1), on a donc : G * Ice + H * & ' +/* & = J * < u, + K * & ) ,,e + L * ),, soit en mode 2 :
Figure img00150004
Afin de garantir un bon agrément de conduite au conducteur, particulièrement un agrément acoustique, le dispositif de contrôle C conserve le rapport global de la transmission lors du changement de mode : K1=K2=Kchm
Afin de minimiser le risque de choc à la roue, le dispositif de contrôle C maintient le variateur dans une position stable, c'est à dire : Kv = Kv2 au point de changement de mode.
Or avec la relation (1) :
Figure img00150005

Or en mode 1, on vérifie la relation (2), ce qui donne'
Figure img00150006

De même, on peut écrire en mode 2 au point de changement de mode :
Figure img00150007
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Figure img00160001

Donc si l'on veut que Kv, =, alors ona :
Figure img00160002
Figure img00160003

soit :
Figure img00160004
Pour avoir un changement de mode qui permette de garantir un bon agrément de conduite, il est aussi nécessaire que, au point de changement de mode, les régimes d'entrée et de sortie du système de découplage, qui est encore ouvert, soient égaux.
C'est à dire que, au point de changement de mode, en mode 1, on
Figure img00160005

a : Cù71=Cù7oetenmode2, ona : Cù31=Cù3o' Pour avoir 7, = 70 en mode 1, il faut que : G * Ice + H * o) + I * co,, = J * co,, + K * co + L * co,,
Figure img00160006

Or en mode 1 : ., = (A-D) + (B-E) (F-c)
Figure img00160007

On en déduit donc que, avoir 7, = & ) y,, en mode 1, est équivalent à avoir :
Figure img00160008

Or, cette condition est vraie, puisque elle est identique à la relation (4).
On peut faire le même calcul pour le mode 2 et ainsi
Figure img00160009

vérifier que l'on a bien : 3, = < u,, au point de changement de mode.
L'invention part donc du constat que, pour tout système de transmission à deux modes caractérisé par la matrice Z des constantes cinématiques, il existe une démultiplication où les régimes d'entrée et de sorties des deux systèmes de découplages impliqués dans un changement de mode sont égaux.
Quand le contrôleur C applique une procédure de changement de mode, c'est-à-dire une commande pour passer du mode i à un mode j, par exemple sur la requête du conducteur ou
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sur la requête d'un automate comme un calculateur de transmission automatique, il doit placer les voies parallèles du dispositif de transmission, à savoir le variateur 9 et la chaîne de transmission 8 et les deux systèmes de découplage 3 et 7 dans des états tels que le rapport global de démultiplication du dispositif de transmission, défini par la matrice Z, soit :
Figure img00170001
Dans ce qui suit, la notation C, y désigne le paramètre de couple mesuré sur la voie x ou le composant x (roue, moteur : ice, v : variateur) dans le mode de transmission y, ou dans la coexistence de deux modes de transmission i et j engagés simultanément. On désire, de plus, que le couple à la roue soit maintenu lors du changement de mode, ceci afin d'éviter un choc dans le véhicule. On veut donc :
Figure img00170002

c j=c,, 2 =c,, 2 au point de changement de mode.
Dans le mode préféré de réalisation, en faisant l'hypothèse que le rendement de la chaîne cinématique et le rendement des répartiteurs de puissance vaut 1, c'est à dire que l'on n'a pas de perte dans les répartiteurs, on a la relation suivante :
Figure img00170003

relation (5) dans laquelle-zut est la matrice transposée de la matrice Z des constantes cinématiques et dont les composantes sont changés de signe.
En mode 1, au point de changement de mode, on a le système de découplage 7 qui est encore ouvert et donc son couple à ses bornes est nul. Le système de découplage 3 est lui encore fermé, et si l'on suppose son rendement à 1, on a alors un couple identique en entrée et en sortie de ce système de
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découplage. Donc en mode 1, au point de changement de mode on a :
Figure img00180001
En mode 2, au point de changement de mode, on a le système de découplage 3 qui est ouvert et donc son couple à ses bornes est nul. Le système de découplage 7 est lui fermé, et si l'on suppose son rendement à 1, on a alors un couple identique en entrée et en sortie de ce système de découplage. Donc, en mode 2, au point de changement de mode, on a :
Figure img00180002
Afin de pouvoir engager les deux modes en même temps sans avoir de choc sur le couple à la roue, il est nécessaire que les variations de couple sur le variateur soient minimales. Dans le cas idéal :
Figure img00180003

cJ=C2 etC,,,, =C2 Alors, selon l'équation de la conservation de puissance, on a aussi c,,, =c,,, De (6) et (7), on déduit : (B-E) (H-K)'C,, (A-D) C3, = (G-J) -C7, (8) (C-F) * ,, = (1-L) *c,, Ces trois équations sont respectées si et seulement si : = =0 (9) ou :
Figure img00180004
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Or si la relation (10) est respectée, alors d'après (2) et (3), le mode 1 est identique au mode 2 ce que l'on supposera donc faux par construction. On en déduit donc que C3, = C7, = 0.
On peut écrire l'équilibre des puissances dans le variateur :
Figure img00190001

c VI + , , ,,-p\, =o où P sont les pertes du variateur au point de changement de mode.
Or, on a fait l'hypothèse que la chaîne cinématique et les répartiteurs de puissance sont à rendement 1, donc on peut aussi écrire :
Figure img00190002

C,,. *ce +C roue *rou-=0 Or d'après (6) ou (7) et (9) on a
Figure img00190003
Les coefficients M et N se déduisent de la matrice Z (voir relation (1)).
Dans le cas idéal où Puy=0, c'est à dire un variateur sans perte, il est nécessaire que les coefficients M et N de la matrice Z soient tels que :
Figure img00190004
Dans le cas où le variateur présente des pertes mécaniques, pour pouvoir engager les deux modes simultanément sans choc, il faut que d'une part, les pertes du variateur soient inférieures à un seuil prédéterminé, et d'autre part, il faut choisir les coefficients M et N de la matrice Z de façon que la relation (11) soit respectée.
Selon le principe de superposition, lorsque les deux modes sont engagés simultanément, on a :
Figure img00190005
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Figure img00200001

Selon l'invention, dans le cas d'un variateur à pertes négligables, les relations c,, =c,,, =c,, et c,,,, =c,,, l =cet c., 2=c,,, =c,, 2 et c=c, =c. sont vérifiées. Ainsi , e &commat;l = c,, &commat;,) et C roiie l 2 = C r) t (e 1 = Croit,, 1 lorsque l'on engage simultanément les deux modes, il y a une parfaite continuité et donc un bon agrément de conduite.
Dans le cas où les relations c,,, =c,, =c,, et c.,, [= c, ,, 12 = c,,,, 2, ne sont pas exactement respectées alors C3, et C7, ne sont pas nuls au point de changement de mode. Le
Figure img00200002

changement de mode peut se traduire par un saut de couple sur le variateur, ce qui peut provoquer un choc jusqu'à la roue. Afin que celui-ci soit le plus faible possible, il faudra tendre vers les valeurs idéalement trouvées.
Il résulte de ce qui précède une contrainte structurelle sur le dispositif de transmission qui se traduit uniquement par une contrainte sur la matrice Z dont les coefficients doivent respecter l'égalité :
Figure img00200003
Quand le dispositif de transmission respecte, de par sa définition en matrice Z de caractérisation cinématique, la condition (EQ 2), quand le contrôleur C de cette transmission détecte que le rapport de la transmission respecte (EQ 1), alors le contrôleur C peut instantanément passer dans l'un ou l'autre des deux modes i et j en passant par une phase où les deux modes sont simultanément présents, sur chacune des voies 3 et 4. A cette fin, le contrôleur C comporte un premier moyen de test de la condition (EQ 1) et un second moyen pour appliquer un changement de modes de transmission, activé par ledit premier moyen. Le second moyen applique alors, en fonction de contraintes de pilotage un ordre de changement de modes de transmission, qui peut être instantané, à destination notamment du variateur 9 et des systèmes de découplage 3 et 5.
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Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif de commande C de changement de modes comporte un moyen pour commander, au moins pendant la période de changement de modes, sur chaque voie parallèle 3, 7 sur laquelle un système de découplage est disposé, un régime de fonctionnement dans lequel la puissance mécanique est maintenue constante à l'entrée et/ou à la sortie du variateur de vitesses 9. Dans une telle situation, la coexistence des deux modes de transmission i et j peut être prolongé arbitrairement pendant une période de changement de modes, puis, l'ordre de changement de modes peut être instantanément exécuté, faisant passer le dispositif de transmission dans le mode j. Il est clair que la période de changement de modes est alors contrôlable en fonction de contraintes extérieures de pilotage du véhicule particulièrement gérées par le conducteur et/ou l'ordinateur de bord. La puissance mécanique constante est, dans un cas particulier, une puissance mécanique nulle.
A la figure 2, on a représenté un diagramme de fonctionnement du variateur 9. En abscisse, sont portées les valeurs du rapport du variateur 9, soit kv allant de kvmin à une valeur maximale kvmax. En ordonnée, est portée la fonction du rapport de transmission kT, qui parcoure les valeurs négatives depuis kTmin jusqu'à une valeur positive maximale kTmax
Le dispositif de transmission travaille en marche avant pour les valeurs positives du rapport de transmission kT et en marche arrière pour les valeurs négatives du rapport de transmission kT. Lorsque le dispositif de transmission travaille en mode 1, sa caractéristique de fonctionnement est représentée à la courbe notée"Mode 1". Lorsque le dispositif de transmission travaille en mode 2, sa caractéristique de fonctionnement est représentée à la courbe notée"Mode 2".
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Lorsque le contrôleur C détermine un changement de mode entre"Mode 1"et"Mode 2", il régule le dispositif de sorte que les conditions précitées soient remplies par le dispositif de transmission. Dans le cas de la figure 2, cette régulation conduit à déterminer le point de changement de mode au point référencé cnm de changement de mode défini comme point d'intersection des caractéristiques"Mode 1"et"Mode 2".
A la figure 3, on a représenté un diagramme temporel de l'état d'engagement E de deux systèmes de découplage ou embrayages dans un dispositif de transmission multi-modes selon le mode de réalisation de la figure 1. L'état de l'embrayage E1 et l'état de l'embrayage E2 sont complémentaires des dates 0 à t1, puis des dates t2 à la fin du graphe. Entre les dates t1 et t2, les deux embrayages E1 et E2 sont simultanément engagés, permettant ainsi au contrôleur C de changer de mode, et dans le cas de la Figure 3, de laisser seul l'embrayage E2 associé au second mode engagé.
A la Figure 4, on a représenté un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention, dans lequel les éléments déjà décrits à l'aide de la figure 1 sont représentés avec les mêmes références et ne seront pas plus décrits. Par rapport au mode préféré de réalisation de la Figure 1, le mode de réalisation de la Figure 4 comporte une voie cinématique L15 supplémentaire, parallèle aux autres voies identiques 9,10, 11 et L16 à celles de la Figure 1.
L'arbre d'entrée 15 du variateur 9 est accouplé à un premier arbre de sortie du répartiteur de puissance 2 connecté à l'arbre de sortie 12 du groupe motopropulseur 1. Un second arbre de sortie 14 du répartiteur 2 est connecté à l'entrée d'une voie cinématique L16 dont l'arbre de sortie est connecté à une entrée du répartiteur de puissance 5. De la même façon, le répartiteur 2
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est connecté à l'entrée de la voie cinématique L16 dont la sortie est connectée au répartiteur de sortie 5.
Un contrôleur C est intégré au dispositif de transmission de l'invention qui comporte un moyen pour tester la condition (EQ 1) et un moyen pour faire coexister pendant la durée t2-t1 (Figure 3) de basculement le transfert de puissance par les deux voies représentées par les deux modes de transmission, et moyen ensuite pour changer de mode instantanément en fonction de contraintes de pilotage. Le contrôleur C commande essentellement les deux embrayages 10 et 11 et le variateur 9. Le dispositif de transmission vérifie par construction la condition (EQ. 2) par le choix des composantes A à 0 de la matrice Z des coefficients cinématiques, qui détermine les critères de construction des voies et des répartiteurs du dispositif de transmission.
La présente invention s'applique aussi au cas de transmissions dans lesquelles on cherche à réaliser un basculement entre deux modes en passant par une phase de cumul de l'engagement des deux modes. Le principe reste en effet le même pour une transmission multi-mode ayant plus de deux modes. Le passage d'un mode à l'autre se fait par l'engagement simultané des modes concernés, aux conditions que le rapport de démultiplication soit celui correspondant à l'équation EQ1 des modes concernés et que le système de transmission de part sa matrice caractéristique répond bien à l'équation EQ 2 pour les modes concernés.
Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif de transmission utilise à titre de système de découplage une boîte à crabots. Dans cette situation, qui correspond à une classe déterminée de matrices Z de constantes cinématiques, le contrôleur C comporte un premier moyen de test pour détecter quand les vitesses (ou régimes) d'entrée et de sortie des deux
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systèmes de découplage sont nulles. Quand le premier moyen de test détecte une telle situation, il produit un signal pour activer un second moyen du contrôleur C pour appliquer une commande de changement de mode à destination du dispositif de transmission, essentiellement vers les systèmes de découplage à crabots et vers le variateur continu.

Claims (17)

  1. - au moins une voie contenant une chaîne cinématique (8), comme un système mécanique à démultiplication fixe ; et - une voie contenant un variateur de vitesse continu (9) ; qui sont ensemble connectées entre un répartiteur de puissance mécanique d'entrée (2) connecté à une source d'énergie mécanique (1) comme un groupe motopropulseur et un répartiteur de puissance mécanique de sortie (5) connecté sur une charge mécanique (6) comme les roues motrices d'un véhicule et un dispositif de commande (C) de changement de mode qui active le changement de mode entre au moins deux des voies (3,7) contenant un système de découplage de sorte qu'au changement de mode de transmission, pendant une durée prédéterminée de changement de mode, les deux voies soient engagées simultanément.
    Figure img00250001
    REVENDICATIONS 1-Dispositif de transmission caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de voies parallèles comprenant : - au moins deux voies (3,7) contenant chacune un dispositif de découplage,
  2. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le variateur de vitesse continu (9) est de type électrique.
  3. 3-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le variateur électrique (9) est constitué autour de deux machines électriques de traction ou d'une machine électrique de traction et d'un second moteur électrique de variateur, notamment pour réaliser un groupe motopropulseur hybride.
  4. 4-Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de commande (C) de changement de mode comporte un moyen pour commander sur chaque voie parallèle un régime de fonctionnement qui permet de conserver un même rapport de démultiplication globale du système de transmission.
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  5. 5-Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le variateur de vitesses (9) coopère avec un dispositif de synchronisation de vitesses.
  6. 6-Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 5, caractérisé en ce que le dispositif de commande (C) de changement de mode comporte un moyen pour commander le fonctionnement du variateur de vitesses (9) de sorte que, pendant le changement de mode, le rapport des vitesses entre l'entrée et la sortie du variateur (9) est constant.
  7. 7-Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 ou 6, caractérisé en ce que le dispositif de commande (C) de changement de modes comporte un moyen pour commander, au moins pendant la période de changement de modes, sur chaque voie parallèle (3,7) un régime de fonctionnement dans lequel la puissance mécanique est maintenue constante à l'entrée et/ou à la sortie du variateur de vitesses (9), particulièrement une puissance mécanique nulle.
  8. 8-Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux systèmes de découplage (3,7) pour orienter de la puissance mécanique vers l'une d'au moins deux voies cinématiques, chacune caractérisant un mode de transmission, et en ce que le dispositif de commande (C) de changement de modes comporte un moyen pour commander un couplage simultané des systèmes de découplage pendant la durée de changement de modes.
  9. 9-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte comme répartiteur d'entrée (2) une pluralité de répartiteurs de puissance mécanique dont le premier est connecté à la sortie du groupe motopropulseur (1) et dont les sorties sont connectées aux arbres primaires des systèmes de découplage commandés par le dispositif de commande (C) de changement de
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    mode, à l'arbre d'entrée du variateur de vitesses continu (9) et à l'arbre d'entrée d'au moins une chaîne cinématique (8).
  10. 10-Dispositif selon au moins l'une des revendications 1 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte comme répartiteur de sortie (5) une pluralité de répartiteurs de puissance mécanique dont le dernier comporte un arbre de sortie connecté aux roues (6) du véhicule, les arbres de sortie des systèmes de découplage, l'arbre de sortie du variateur de vitesses et l'arbre de sortie d'au moins une chaîne cinématique (8) sont connectés aux arbres d'entrée de ladite pluralité de répartiteurs de puissance (5).
  11. 11-Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 et 6 à 10, caractérisé en ce que au moins l'un des systèmes de découplage (3,7) est un système à crabots, et en ce que le contrôleur (C) comporte un premier moyen de test pour détecter quand les vitesses d'entrée et de sortie des deux systèmes de découplage sont nulles et pour activer un second moyen pour appliquer une commande de changement de mode.
  12. 12-Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que, afin de garantir un bon agrément de conduite au conducteur, particulièrement un agrément acoustique, il comporte un dispositif de contrôle (C) dans lequel est activé un moyen pour conserver le rapport global de la transmission lors du changement de modes : = K2 = KL""'1 le rapport global du dispositif de transmission étant défini par la relation : Ki = roue 1/ù) lce 1 dans le mode de transmission i ; dans taquette cùroue. est le régime de sortie du répartiteur de sortie et m, ce. est te régime d'entrée du répartiteur d'entrée dans le mode i de transmission.
  13. 13-Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que, afin de minimiser le risque de choc à la roue, il comporte un dispositif de contrôle (C) dans lequel est activé un moyen pour maintenir le variateur dans une
    <Desc/Clms Page number 28>
    position stable, c'est à dire dans lequel les rapports de variateur sont égaux dans les deux modes 1 et 2 : Kv 1 = au point de changement de mode, le rapport de variateur dans le mode i (i = 1 ou 2) étant défini par le rapport des régimes de sortie coco 1 et d'entrée #v1, du variateur dans le mode i.
  14. 14-Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est défini par une matrice Z
    Figure img00280001
    de coefficients cinématiques, A à 0, définis par la relation :
    Figure img00280002
    m3/ " , =z* ,,, dans laquelle la matrice Z est exprimée par : 7.. ..
    Figure img00280003
    . .
    Figure img00280006
    régimes d'entrée 03, et 07, et de sortie 030 et cl) 70 ; - le répartiteur d'entrée par son régime d'entrée m, ce ; - le répartiteur de sortie par son régime de sortie Troue ; et en ce qu'il comporte un contrôleur (C) qui comporte un moyen de changement de modes pour placer les voies parallèles du dispositif de transmission dans des états tels que le rapport global du dispositif de transmission caractérisé par la matrice Z, soit :
    Figure img00280005
    et dans laquelle la matrice Z est définie sur des éléments permanents du dispositif de transmission, à savoir : - le variateur par ses régimes d'entrée #v1 et de sortie Mvo : - les premier et second systèmes de découplage par leurs
    Figure img00280004
    <Desc/Clms Page number 29>
    Figure img00290001
  15. 15-Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que, il est défini par une matrice Z de coefficients cinématiques, A à 0, définis par la relation :
    Figure img00290002
    ',' '' 0) 7, = Z* O) mlle, dans laquelle la matrice Z est exprimée par : 7.. .., . .
    Figure img00290003
    Figure img00290005
    et dans laquelle la matrice Z est définie sur des éléments permanents du dispositif de transmission, à savoir : - le variateur par ses régimes d'entrée c) v, et de sortie cove, - les premier et second systèmes de découplage par leurs régimes d'entrée CO31 et (07, et de sortie C 30 et co/o ; - le répartiteur d'entrée par son régime d'entrée - le répartiteur de sortie par son régime de sortie proue ! et, dans le cas où le variateur (9) présente des pertes négligeables ou inférieures à un seuil prédéterminé, vérifient la relation :
    Figure img00290004
    Figure img00290006
  16. 16-Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est défini par une matrice Z de coefficients cinématiques, A à 0, définis par la relation :
    Figure img00290007
    '' Co, 'i) Co t (I e , =Z* ,, dans laquelle la matrice Z est exprimée par : 7. ., -col,)-
    <Desc/Clms Page number 30>
    et un second moyen pour produire un ordre de passage instantané dans l'un ou l'autre de deux modes i et j de transmission en passant par une phase où les deux modes sont simultanément présents, sur chacune des voies parallèles.
    Figure img00300004
    et en ce qu'il comporte un contrôleur (C) de transmission qui comporte un premier moyen pour détecter que le rapport global de la transmission respecte une condition :
    Figure img00300003
    régimes d'entrée CD31 et (07, et de sortie ? 30 et ffi ; - le répartiteur d'entrée par son régime d'entrée coite ; - le répartiteur de sortie par son régime de sortie troue ; le dispositif de transmission étant construit de façon à respecter une condition définie par :
    Figure img00300002
    et dans laquelle la matrice Z est définie sur des éléments permanents du dispositif de transmission, à savoir : - le variateur par ses régimes d'entrée mv, et de sortie Mvo ; - les premier et second systèmes de découplage par leurs
    Figure img00300001
  17. 17-Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de transmission défini selon l'une des revendications précédentes.
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