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WO2015181480A1 - Transmission automatique pour vehicule hybride et procédé de commande - Google Patents

Transmission automatique pour vehicule hybride et procédé de commande Download PDF

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Publication number
WO2015181480A1
WO2015181480A1 PCT/FR2015/051367 FR2015051367W WO2015181480A1 WO 2015181480 A1 WO2015181480 A1 WO 2015181480A1 FR 2015051367 W FR2015051367 W FR 2015051367W WO 2015181480 A1 WO2015181480 A1 WO 2015181480A1
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WO
WIPO (PCT)
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gear
members
automatic transmission
heat engine
driven
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2015/051367
Other languages
English (en)
Inventor
Matthieu Rihn
Cyrille Bridier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Punch Powerglide Strasbourg SAS
Original Assignee
Punch Powerglide Strasbourg SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Punch Powerglide Strasbourg SAS filed Critical Punch Powerglide Strasbourg SAS
Priority to US15/314,243 priority Critical patent/US10247283B2/en
Priority to CN201580027824.0A priority patent/CN106457998B/zh
Publication of WO2015181480A1 publication Critical patent/WO2015181480A1/fr
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    • Y10S903/917—Specific drive or transmission adapted for hev with transmission for changing gear ratio
    • Y10S903/918—Continuously variable

Definitions

  • the present invention relates to the field of motor vehicle equipment, more particularly that of hybrid electric / electric vehicles (comprising a heat engine, generally with internal combustion, and at least one electric machine), and relates to an automatic transmission, or transmission box.
  • automatic gearbox optimized for such vehicles.
  • the invention relates more specifically to transmissions for hybrid vehicles that can operate in pure electric drive, that is to say for vehicles that can be driven by the action of the single electric motor, and whose drives by engine and engine electrical transmission through the same transmission before application to the drive wheels.
  • a first type of architecture corresponds to so-called "P2" type parallel hybrids, which operate with an electric machine placed between the engine and the gearbox.
  • a specific decoupling clutch is provided which disconnects the heat engine from the power train.
  • the operation is pure electric type, the electric machine providing torque to the gearbox, instead of the engine.
  • the electric machine can also serve as a transmission brake in usual braking situations: it is then in generator mode and produces electricity to recharge the battery.
  • the gearbox then operates in a conventional manner, adapting the gear ratios to the optimal operating speed of the electric motor.
  • the electric machine can be solicited as a motor or generator, to provide additional power to the acceleration or recharge the battery.
  • This first architecture is the most used solution currently, at least on the European market.
  • a second type of architecture is known as hybrid series or series-parallel.
  • a generator driven by the engine generates electricity that is used to operate an electric motor that propels the vehicle (serial operation).
  • a portion of the power of the engine is, however, transmitted mechanically to the wheels (serial-parallel operation).
  • Such a system is perfectly optimized for hybrid operation, with an infinity of ratios to operate the electrical machines and the engine at optimized speeds, with a minimum of gears and clutches (because there is no need to realize multiple reports of mechanical speeds).
  • there is no need for specific starting system on the engine since it can always start in serial mode.
  • variable speed drive variable ratio operating mode
  • the number of reports associated with the electric motor in these new transmissions is adjusted to the needs of a hybrid vehicle (no superfluous material to achieve six or eight speeds).
  • the possible prediction of two electrical speeds makes it possible to adjust the operation of the electric machine in its rpm and torque ranges where it is most efficient, thus making it possible to use less expensive asynchronous motors than permanent magnet motors, but with a zone optimal efficiency more reduced.
  • the variable ratio starting mode makes it possible to save a device for taking off the vehicle from the engine (type converter or clutch with high energy dissipation capacity), while still having a possibility of taking off other than electrical power, especially when the batteries have reached their minimum charge threshold (for example following repeated starts in congested traffic).
  • the present invention aims to provide an improved solution over the existing, in particular having a less complex construction, and overcome at least the main disadvantages mentioned above.
  • the subject of the invention is an automatic transmission for a hybrid thermal / electric vehicle comprising:
  • a stationary element such as a housing, for example
  • At least first, second and third selectively transmitting torque members that can be selectively engaged or activated to establish, on the one hand, at least one gear ratio for driving the vehicle under the action of the electric machine operating as a motor, on the other hand, two ratios for a drive of the vehicle under the action of the heat engine in continuous speed variation mode and, finally, at least three gear ratios for a drive of the vehicle under the action of the engine thermal, automatic transmission characterized in that it further comprises a single double planetary gear Ravigneaux type, comprising as constituent functional elements: first and second sun wheels, first and second toothed crowns and first and second games of satellite gears mounted on a common satellite carrier, these elements being arranged in two planetary gear stages interconnected by one or more pinion (s) long (s) meshing with each of said stages, the first stage being selectively connectable to the input shaft via the first and second torque transmission members and the second stage being, on the one hand, permanently connected to the rotor of the electric machine and, on the other hand, selectively connected to the stationary element by
  • FIGS. 1A and 1B are wireframe symbolic representations of two variants of a first embodiment of an automatic transmission according to the invention
  • FIGS. 2A and 2B are wireframe symbolic representations of two variants of a second embodiment of an automatic transmission according to the invention, constituting more sophisticated versions of the embodiments of transmissions respectively shown in FIGS. 1A and 1B;
  • FIG. 3 represents, in relation to the variant embodiments represented in FIGS. 1A and 1B, a passage matrix or engagement table of the various torque transmission members forming part of the transmission according to the invention, with indication of the numbers of FIGS. speeds and drive mode, as well as shifts (gear ratio);
  • FIG. 4 shows, in relation to the variant embodiments represented in FIGS. 2A and 2B, a passage matrix or engagement table of the various torque transmission members forming part of the transmission according to the invention, with indication of the numbers speeds and drive mode, as well as stages (gear ratio), and, Figures 5 to 7 show, on the basis of the passage matrix shown in Figure 4, different shift strategies from different situations at startup.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate an automatic transmission for a hybrid thermal / electric vehicle comprising:
  • a stationary element ES such as a casing for example
  • At least first, second and third C13 torque transmission members; C23 or C234; C12 - E2 can be engaged or selectively activated to establish, on the one hand, at least one gear ratio for a drive of the vehicle under the action of the electric machine ME operating as a motor, on the other hand, two reports for a drive of the vehicle under the action of the heat engine in continuous speed variation mode (the electric machine ME operating then in generator mode and performing a rotating reaction) and, finally, at least three gear ratios for a drive of the vehicle under the action of the engine (not shown).
  • this transmission comprises, in addition, a single double planetary gear of the Ravigneaux TPR type, comprising as constituent functional elements: first and second solar wheels SI and S2, first and second toothed rings RI and R2 and first and second sets of PSI and PS2 satellite gears mounted on a common satellite carrier SC, these elements being arranged in two stages of planetary gear ET1 and ET2 interconnected by one or more pinion (s) long (s) PL meshing with each of said ET1 and ET2 stages, the first stage ET1 being selectively connectable to the input shaft AE via the first and second torque transmission members C13 and C23 or C234 and the second stage ET2 being on the one hand, permanently connected to the rotor RO of the electric machine ME and, on the other hand, selectively connected to the stationary element ES by the third torque transmission member C1 2-E2.
  • FIGS. 1 and 2 represents a half of a sectional view of the transmission according to a plane containing the axis longitudinal axis of the transmission (virtual axis on which are aligned the input shaft AE and the output means RCPS).
  • the automatic transmission comprises a single double TPR planetary gear and only three C13 selective transmission members; C23 or C234; C12-E2.
  • each PC long-wheel gear is advantageously associated, on the one hand, with a PSI pinion gear at the first stage ET1, which meshes with said long pinion PL and with the ring gear RI or the wheel solar SI of said ET1 stage and, secondly, a satellite pinion PS2 at the second stage ET2, which meshes with said long pinion PL and with the ring gear R2 or the sun gear S2 of said stage ET2, the satellite carrier SC carrying said long pinion PL and carrying the two planet gears PSI and PS 2 with the faculty of free rotation.
  • FIGS. 1 and 2 Although a single long pinion PL is shown in FIGS. 1 and 2, preferably several (for example two or three distributed around the longitudinal axis) are provided with their two PSI and associated planet gears.
  • first and second torque transmission members C13 and C23 or C234 selectively connect the input shaft AE respectively to the sun gear SI and to the crown RI of the first stage ET1 of the train twin planetary type Ravigneaux TPR, RCPS wheel, crown or pinion output being connected directly to the satellite carrier SC.
  • the rotor RO of the electric machine ME is connected directly or connected via a gear arrangement to the ring R2 of the second stage ET2 of the Ravindeaux TPR double planetary gear train, said gear arrangement being able to be planetary or parallel type.
  • FIGS. 1A and 1B are distinguished by the inversion of the double planetary gear TPR.
  • the two stages ET1 and ET2 of the double planetary gear train comprise the different meshing means (rings, wheels, gears) distributed in two parallel planes, perpendicular to the longitudinal axis and spaced along the latter.
  • the automatic transmission may comprise a fourth torque selective transmission member C4-E1 capable of connecting the sun gear SI from the first stage ET1 to the stationary element ES, thus enabling the establishment of at least one additional gear ratio for a drive of the vehicle under the action of the electric machine ME functioning as a motor, on the one hand, and of at least one additional gear ratio for driving the vehicle under the action of the engine, on the other hand.
  • a fourth torque selective transmission member C4-E1 capable of connecting the sun gear SI from the first stage ET1 to the stationary element ES, thus enabling the establishment of at least one additional gear ratio for a drive of the vehicle under the action of the electric machine ME functioning as a motor, on the one hand, and of at least one additional gear ratio for driving the vehicle under the action of the engine, on the other hand.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate two practical variants of this second mode which are distinguished by the inversion of the double planetary gear TPR.
  • the electric machine ME can operate in generator mode and thus recharge the vehicle battery.
  • gear ratios for a drive of the vehicle under the action of the engine consist exclusively in gear ratios forward, the passage of a given speed at an immediately higher speed or immediately lower being advantageously performed, on the one hand, by disengagement or deactivation of a single member of the pair of members realizing the current speed and, on the other hand, by engagement or activation of a single member forming part of the pair of organs intended to achieve the new speed.
  • the electrical report (s) El, E2 is (are) used (s) to start the vehicle at a standstill when there is enough energy in the battery.
  • El, and possibly E2 are used to perform the movements in reverse.
  • EVT1 and EVT2 correspond to fixed torque ratios (indicated in the tables of FIGS. 3 and 4) associated with continuously variable gear ratios.
  • EVT1 is used to start the vehicle when the amount of energy stored in the battery is not sufficient for starting with the electric motor ME.
  • the electric machine ME which rotates at a fixed speed ratio relative to the other elements of the transmission, can be used indifferently as a motor or generator, to either provide additional power to the vehicle, either to recover energy that will be sent to the battery.
  • thermo ratio Ti the four gear ratios available for the drive by the heat engine alone (curves “thermal ratio Ti”) are doubled by four additional gear ratios corresponding to a drive by the heat engine assisted by the electric machine ME operating in motor mode (curves "thermal ratio Ti + boost").
  • the clouds of points ".” and “x" show possible operating points in the two continuously variable ratios EVT1 and EVT2, the electric machine being used as a generator.
  • the present invention also relates to a method of controlling an automatic transmission as described above and equipping a hybrid vehicle provided with a rechargeable battery.
  • This method consists, at start-up, in checking the battery charge level and comparing it to a low threshold value, and then either starting the vehicle via the electric motor ME if the charge level is higher or equal to the threshold value, by engaging one or one of the gear ratios corresponding, either to start the vehicle via the engine if the load level is below the threshold value, by engaging one of the reports gearbox with continuously variable speed ratio.
  • FIGS. 5 to 7 illustrate different gearshift strategies, from stopping to maximum cruising speed, depending in particular on the charge of the battery of the hybrid vehicle.
  • FIG. 7 illustrates an alternative startup strategy with respect to FIG. 6 comprising the following steps:

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Abstract

La présente invention a pour objet une transmission automatique pour véhicule hybride, comprenant : un arbre d'entrée (AE) entraîné par le moteur thermique, une roue, une couronne ou un pignon de sortie (RCPS), un élément stationnaire (ES), tel qu'un carter par exemple, une machine électrique (ME) dont le stator (ST) est solidaire de l'élément stationnaire (ES), au moins des premier, deuxième et troisième organes de transmission sélective de couple (C13; C234; C12 - E2) pouvant être engagés ou activés sélectivement pour établir différents rapports de transmission. La transmission automatique comprend, en outre, un unique train planétaire double du type Ravigneaux (TPR) dont les éléments fonctionnels constitutifs sont arrangés en deux étages de trains planétaires (ETI et ET2) reliés par les organes précités à l'arbre d'entrée (AE), au rotor (RO) de la machine électrique (ME) et à l'élément stationnaire (ES).

Description

TRANSMISSION AUTOMATIQUE POUR VEHICULE HYBRIDE ET PROCÉDÉ
DE COMMANDE
La présente invention concerne le domaine des équipements de véhicules automobiles, plus particulièrement celui des véhicules hybrides thermiques/électriques (comportant un moteur thermique, généralement à combustion interne, et au moins une machine électrique), et a pour objet une transmission automatique, ou boîte de vitesses automatique, optimisée pour de tels véhicules.
L'invention vise plus spécifiquement les transmissions pour des véhicules hybrides pouvant fonctionner en entraînement électrique pur, c'est-à-dire pour des véhicules pouvant être mûs par l'action du seul moteur électrique, et dont les entraînements par moteur thermique et moteur électrique transitent par la même transmission avant application aux roues motrices.
Pour le type de véhicule précité, il existe actuellement dans l'état de la technique principalement deux types d'architectures.
Un premier type d'architecture correspond aux hybrides parallèles dits de type "P2", qui fonctionnent avec une machine électrique placée entre le moteur thermique et la boîte de vitesses. Un embrayage de découplage spécifique est prévu qui permet de déconnecter le moteur thermique de la chaîne de traction.
En cas de découplage, le fonctionnement est du type électrique pur, la machine électrique fournissant le couple à la boîte de vitesses, à la place du moteur thermique. La machine électrique peut aussi servir de frein de transmission dans les situations habituelles de freinage : elle est alors en mode générateur et produit de l'électricité pour recharger la batterie. La boîte de vitesses fonctionne ensuite de manière classique, adaptant les rapports de vitesse au régime de fonctionnement optimal du moteur électrique. En l'absence de découplage, lorsque le moteur thermique est connecté, la machine électrique peut être sollicitée comme moteur ou comme générateur, pour fournir un surcroît de puissance à l'accélération ou recharger la batterie.
Cette première architecture est la solution la plus utilisée actuellement, du moins sur le marché européen.
Son avantage est de pouvoir utiliser une boîte de vitesses existante à l'entrée de laquelle on greffe un moteur électrique et un embrayage de découplage permettant de déconnecter le moteur thermique de la chaîne de traction. Cela permet de ne pas avoir à développer un système de transmission hybride spécifique. De plus, lorsque la batterie est vide et qu'on ne peut plus propulser le véhicule que grâce au moteur thermique, on dispose toujours d'un nombre de rapports de vitesses élevé, permettant de faire fonctionner le moteur thermique à son régime optimal.
Toutefois, cette première solution connue présente des inconvénients : pour des puissances de machines électriques élevées (plus de 40kW, notamment pour les véhicules plug-in, c'est-à-dire rechargeable sur une source extérieure), il devient difficile d'intégrer cette machine dans la boîte de vitesses, et on aboutit alors une augmentation de l'encombrement global du groupe motopropulseur. Les contraintes d'encombrement pour placer la machine entre le moteur et la boîte nécessitent de s'orienter vers des machines à aimants permanents dont le coût de revient est élevé.
D'autre part, on a pu déterminer que plus la puissance du système électrique augmente par rapport à celle du moteur thermique, moins on a besoin de rapports de vitesses pour obtenir les mêmes performances du véhicule.
Enfin, lorsque la batterie est vide, et qu'il n'y a plus d'énergie disponible pour le démarrage sur le moteur électrique, il faut prévoir un système de démarrage spécifique sur le moteur thermique (comme par exemple un convertisseur hydraulique de couple ou un embrayage à friction). Autrement dit, le système résultant est trop encombrant, trop coûteux et trop complexe par rapport aux performances apportées.
Des exemples de constructions de transmission adaptées pour ce premier type d'architecture sont notamment divulgués par les documents US 2008/011529 et WO 2008/141876.
Un second type d'architecture est connu sous la désignation d'hybrides en série ou série-parallèle.
Dans le cadre de cette seconde solution, un générateur entraîné par le moteur thermique produit de l'électricité qui est utilisée pour faire fonctionner un moteur électrique qui propulse le véhicule (fonctionnement série). Dans la plupart des arrangements actuels, une partie de la puissance du moteur thermique est toutefois transmise par voie mécanique aux roues (fonctionnement série-parallèle) . Un tel système est parfaitement optimisé pour le fonctionnement hybride, avec une infinité de rapports permettant de faire fonctionner les machines électriques et le moteur à des régimes optimisés, avec un minimum d'engrenages et d'embrayages (car il n'y a pas besoin de réaliser de multiples rapports de vitesses mécaniques). De plus, il n'y a pas besoin de système de démarrage spécifique sur le moteur thermique, puisqu'on peut toujours démarrer en mode série.
Par contre, un inconvénient majeur réside dans le surpoids et le surcoût engendré par l'utilisation de deux machines électriques, alors qu'une seule est vraiment utilisée pour la propulsion du véhicule. Ainsi, dans le cas d'un fonctionnement en série, en présence d'un moteur électrique de 60 kW pour la propulsion du véhicule, il faut également prévoir un générateur de 60kW. En conclusion, il est nécessaire d'embarquer deux fois la puissance de propulsion souhaitée (voir par exemple EP 1 386 771 et US 2012/174708).
Pour tenter de pallier les inconvénients et surmonter les limitations des solutions existantes, des transmissions et boîtes de vitesses spécialement adaptées aux véhicules hybrides ont entre-temps été développées et sont proposées sur le marché, lesquelles intègrent d'office un moteur électrique.
Cette nouvelle génération de transmissions présente généralement les caractéristiques suivantes :
- deux à cinq vitesses utilisables pour la propulsion du véhicule par le moteur thermique,
- une ou deux vitesse(s) pour la propulsion du véhicule par le moteur électrique,
- un mode de décollage ou de démarrage du véhicule par le moteur thermique, en utilisant la machine électrique en mode générateur comme un variateur de vitesse (mode de fonctionnement en rapport variable, voir par exemple DE 102010031026A1).
Le nombre de rapports associés au moteur électrique dans ces nouvelles transmissions est ajusté aux besoins d'un véhicule hybride (pas de matériel superflu pour réaliser six ou huit vitesses). La prévision éventuelle de deux vitesses électriques permet d'ajuster le fonctionnement de la machine électrique dans ses gammes de régime et de couple où elle est la plus efficace, permettant ainsi l'utilisation de moteurs asynchrones moins coûteux que les moteurs à aimants permanents, mais avec une zone d'efficacité optimale plus réduite. Le mode de démarrage en rapport variable permet d'économiser un dispositif de décollage du véhicule sur le moteur (type convertisseur ou embrayage à forte capacité de dissipation d'énergie), tout en disposant toujours d'une possibilité de décollage autre qu'électrique, notamment lorsque les batteries ont atteint leur seuil de charge minimale (par exemple suite à des démarrages répétés en trafic congestionné).
Néanmoins, ces nouveaux développements de transmission spécifiquement destinés aux véhicules hybrides présentent encore des constructions complexes, avec notamment obligatoirement au moins trois trains planétaires et au moins quatre organes de transmission sélective de couple (embrayages ou dispositifs d'accouplement).
De plus, ces nouveaux développements n'autorisent pas un passage simple, en termes de construction, d'une version de base, avec des possibilités plus limitées, à une version plus sophistiquée, avec des possibilités augmentées en termes de nombre de rapports de vitesses disponibles.
La présente invention a pour but de proposer une solution améliorée par rapport à l'existant, en particulier présentant une construction moins complexe, et de surmonter au moins les principaux inconvénients précités.
A cet effet, l'invention a pour objet une transmission automatique pour véhicule hybride thermique/électrique comprenant :
- un arbre d'entrée entraîné par le moteur thermique, - une roue, une couronne ou un pignon de sortie,
- un élément stationnaire, tel qu'un carter par exemple,
- une machine électrique dont le stator est solidaire de l'élément stationnaire,
- au moins des premier, deuxième et troisième organes de transmission sélective de couple pouvant être engagés ou activés sélectivement pour établir, d'une part, au moins un rapport de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action de la machine électrique fonctionnant comme un moteur, d'autre part, deux rapports pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique en mode de variation continue de vitesse et, enfin, au moins trois rapports de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique, transmission automatique caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, un unique train planétaire double du type Ravigneaux, comportant en tant qu'éléments fonctionnels constitutifs : des première et seconde roues solaires, des première et seconde couronnes dentées et des premier et second jeux de pignons satellites montés sur un porte- satellite commun, ces éléments étant arrangés en deux étages de trains planétaires reliés entre eux par un ou plusieurs pignon(s) long(s) engrenant avec chacun desdits étages, le premier étage pouvant être relié sélectivement à l'arbre d'entrée par l'intermédiaire des premier et deuxième organes de transmission de couple et le second étage étant, d'une part, relié en permanence au rotor de la machine électrique et, d'autre part, relié sélectivement à l'élément stationnaire par le troisième organe de transmission de couple.
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci- après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
Les figures 1A et 1B sont des représentations symboliques filaires de deux variantes d'une premier mode de réalisation d'une transmission automatique selon l'invention ;
Les figures 2A et 2B sont des représentations symboliques filaires de deux variantes d'un second mode de réalisation d'une transmission automatique selon l'invention, constituant des versions plus sophistiquées des réalisations de transmissions représentées respectivement figures 1A et 1B ;
La figure 3 représente, en relation avec les variantes de réalisation représentées figures 1A et 1B, une matrice de passage ou table d'enclenchement des différents organes de transmission sélective de couple faisant partie de la transmission selon l'invention, avec indication des numéros des vitesses et du mode d'entraînement, ainsi que des étagements (rapport de vitesses) ;
La figure 4 représente, en relation avec les variantes de réalisation représentées figures 2 A et 2B, une matrice de passage ou table d'enclenchement des différents organes de transmission sélective de couple faisant partie de la transmission selon l'invention, avec indication des numéros des vitesses et du mode d'entraînement, ainsi que des étagements (rapport de vitesses), et, Les figures 5 à 7 représentent, sur la base de la matrice de passage représentée figure 4, différentes stratégies de passages de vitesses à partir de différentes situations au démarrage.
Les figures 1 et 2 illustrent une transmission automatique pour véhicule hybride thermique/électrique comprenant :
- un arbre d'entrée AE entraîné par le moteur thermique,
- une roue, une couronne ou un pignon de sortie RCPS,
- un élément stationnaire ES, tel qu'un carter par exemple,
- une machine électrique ME dont le stator ST est solidaire de l'élément stationnaire ES,
- au moins des premier, deuxième et troisième organes de transmission sélective de couple C13 ; C23 ou C234 ; C12 - E2 pouvant être engagés ou activés sélectivement pour établir, d'une part, au moins un rapport de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action de la machine électrique ME fonctionnant comme un moteur, d'autre part, deux rapports pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique en mode de variation continue de vitesse (la machine électrique ME fonctionnant alors en mode générateur et effectuant une réaction tournante) et, enfin, au moins trois rapports de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique (non représenté).
Conformément à l'invention, cette transmission comprend, en outre, un unique train planétaire double du type Ravigneaux TPR, comportant en tant qu'éléments fonctionnels constitutifs : des première et seconde roues solaires SI et S2, des première et seconde couronnes dentées RI et R2 et des premier et second jeux de pignons satellites PSI et PS2 montés sur un porte- satellite commun SC, ces éléments étant arrangés en deux étages de trains planétaires ETl et ET2 reliés entre eux par un ou plusieurs pignon(s) long(s) PL engrenant avec chacun desdits étages ETl et ET2, le premier étage ETl pouvant être relié sélectivement à l'arbre d'entrée AE par l'intermédiaire des premier et deuxième organes de transmission de couple C13 et C23 ou C234 et le second étage ET2 étant, d'une part, relié en permanence au rotor RO de la machine électrique ME et, d'autre part, relié sélectivement à l'élément stationnaire ES par le troisième organe de transmission de couple Cl 2-E2.
On notera que chacune des figures 1 et 2 représente une moitié d'une vue en coupe de la transmission selon un plan contenant l'axe longitudinal de la transmission (axe virtuel sur lequel sont alignés l'arbre d'entrée AE et le moyen de sortie RCPS).
Dans sa version de base représentée figures 1A et 1B, la transmission automatique comprend un unique train planétaire double TPR et seulement trois organes de transmission sélective de coupe C13 ; C23 ou C234 ; C12-E2.
Avec cette configuration, cette transmission permet d'obtenir par l'actionnement adapté desdits organes :
- trois rapports de vitesses associés au moteur thermique, - un rapport de vitesse associé au moteur électrique ME,
- deux modes de variation continue de rapports.
Ainsi, avec une structure simples (quatre organes), peu encombrante (deux étages, intégration du moteur électrique) et économiquement peu coûteuse, il est possible de fournir grâce à l'invention une proposition de rapports de transmission, adaptée pour une mise en œuvre avec une propulsion hybride.
Les deux possibilités d'injection de mouvement dans le train double Ravigneaux (par le biais sélectivement des organes C13 et C23 ou C234) permettent de disposer de deux rapports continûment variables EVT1 et EVT2 distincts.
Comme le montrent également les figures 1 et 2, à chaque pignon long PC sont avantageusement associés, d'une part, un pignon satellite PSI au niveau du premier étage ET1, lequel engrène avec ledit pignon long PL et avec la couronne RI ou la roue solaire SI dudit étage ET1 et, d'autre part, un pignon satellite PS2 au niveau du second étage ET2, lequel engrène avec ledit pignon long PL et avec la couronne R2 ou la roue solaire S2 dudit étage ET2, le porte- satellite SC portant ledit pignon long PL et portant les deux pignons satellites PSI et PS 2 avec faculté de libre rotation.
Bien qu'un unique pignon long PL soit représenté sur les figures 1 et 2, préférentiellement plusieurs (par exemple deux ou trois répartis autour de l'axe longitudinal) sont prévus avec leurs deux pignons satellites PSI et associés.
En termes d'entrée et de sortie de mouvement, il peut être prévu que les premier et deuxième organes de transmission de couple C13 et C23 ou C234 relient, de manière sélective, l'arbre d'entrée AE respectivement à la roue solaire SI et à la couronne RI du premier étage ET1 du train planétaire double de type Ravigneaux TPR, la roue, la couronne ou le pignon de sortie RCPS étant connecté(e) directement au porte- satellite SC.
Préférentiellement, le rotor RO de la machine électrique ME est connecté directement ou relié par l'intermédiaire d'un arrangement d'engrenages à la couronne R2 du second étage ET2 du train planétaire double de type Ravigneaux TPR, ledit arrangement d'engrenages pouvant être du type planétaire ou parallèle.
On notera que les deux variantes des figures 1A et 1B se distinguent par l'inversion du train planétaire double TPR.
Les deux étages ET1 et ET2 du double train planétaire comprennent les différents moyens d'engrènement (couronnes, roues, pignons) répartis selon deux plans parallèles, perpendiculaires à l'axe longitudinal et espacés le long de ce dernier.
En accord avec un second mode de réalisation préféré de l'invention, et comme cela ressort des figures 2 A, 2B et 4, la transmission automatique peut comporter un quatrième organe de transmission sélective de couple C4-E1 apte à relier la roue solaire SI du premier étage ET1 à l'élément stationnaire ES, permettant ainsi l'établissement d'au moins un rapport de vitesses supplémentaire pour un entraînement du véhicule sous l'action de la machine électrique ME fonctionnant comme moteur, d'une part, et d'au moins un rapport de vitesses supplémentaire pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique, d'autre part.
Les figures 2A et 2B illustrent deux variantes de réalisation pratiques de ce second mode qui se distinguent par l'inversion du train planétaire double TPR.
Grâce à ce second mode de réalisation préféré de l'invention, on peut obtenir par l'actionnement sélectif des quatre organes d'embrayage :
- quatre rapports de vitesses associés au moteur thermique,
- deux rapports de vitesses associés au moteur électrique ME, - deux modes de variation continue de rapports.
Dans les deux rapports de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique en mode de variation continue, la machine électrique ME peut fonctionner en mode génératrice et ainsi recharger la batterie du véhicule.
Comme le montrent les figures 3 et 4 en relation avec les figures 1 et 2, il peut être prévu que, pour établir chacun des rapports de vitesses pour l'entraînement par le moteur électrique ME et chacun des rapports pour l'entraînement par le moteur thermique en mode continûment variable, un seul des organes de transmission sélective de couple C13 ; C23 ou C234 ; C12-E2 ; C4-E1 soit activé ou engagé et que, pour l'établissement de chacun des rapports de vitesses pour l'entraînement par le moteur thermique, deux des organes de transmission sélective de couple C13 ; C23 ou C234 ; C12-E2 ; C4-E1 soient activés ou engagés.
De plus, il ressort également des figures précitées que les rapports de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique consistent exclusivement en des rapports de vitesses en marche avant, le passage d'une vitesse donnée à une vitesse immédiatement supérieure ou immédiatement inférieure étant avantageusement effectué, d'une part, par désengagement ou désactivation d'un unique organe de la paire d'organes réalisant la vitesse courante et, d'autre part, par engagement ou activation d'un unique organe faisant partie de la paire d'organes destiné à réaliser la nouvelle vitesse.
Ainsi, le ou les rapport(s) électrique(s) El, E2 est(sont) utilisé(s) pour démarrer le véhicule à l'arrêt lorsqu'il reste suffisamment d'énergie dans la batterie. De plus, El, et éventuellement E2, sont utilisés pour réaliser les déplacements en marche arrière.
Les rapports EVT1 et EVT2 correspondent à des rapports de couple fixes (indiqués dans les tableaux des figures 3 et 4) associés à des rapports de vitesses continûment variables. EVT1 est utilisé pour démarrer le véhicule lorsque la quantité d'énergie stockée dans la batterie n'est pas suffisante pour un démarrage avec le moteur électrique ME.
Lorsque l'un quelconque des rapports Tl à T4 est engagé
(rapports fixes pour un entraînement par le moteur thermique), la machine électrique ME, qui tourne à un rapport de vitesses fixe par rapport aux autres éléments de la transmission, peut être utilisée indifféremment comme motrice ou génératrice, pour soit apporter un surcroît de puissance au véhicule, soit pour récupérer de l'énergie qui sera envoyée à la batterie.
Bien entendu, les valeurs des rapports dans les tableaux des figures 3 à 7 sont données à titre d'exemples uniquement et peuvent être modifiées en changeant le nombre de dents des engrenages.
A titre d'utilisation pratique de la transmission automatique représentée sur les figures 1A et 1B, en relation avec la matrice de la figure 3, les organes ou paires d'organes de transmission sélective de couple suivant(e)s sont respectivement engagé(e)s ou activé(e)s pour établir un rapport de transmission à vitesse fixe ou continûment variable :
- le troisième organe C12-E2 pour la vitesse en entraînement par le moteur électrique ME,
- le premier organe C13 pour le premier rapport en variation continue,
- le second organe C23 ou C234 pour le second rapport en variation continue,
- les premier et troisième organes C13 et C12-E2 pour la première vitesse en entraînement par le moteur thermique,
- les deuxième et troisième organes C23 ou C234 et C12-E2 pour la deuxième vitesse en entraînement par le moteur thermique,
- les premier et deuxième organes C13 et C23 ou C234 pour la troisième vitesse en entraînement par le moteur thermique.
A titre d'utilisation pratique de la transmission automatique représentée sur les figures 2 A et 2B, en relation avec la matrice de la figure 4, les organes ou paires d'organes de transmission sélective de couple suivant(e)s sont respectivement engagé(e)s ou activé(e)s pour établir un rapport de transmission à vitesse fixe ou continûment variable :
- le quatrième organe C4-E1 pour la première vitesse en entraînement par le moteur électrique ME,
- le troisième organe C12-E2 pour la seconde vitesse en entraînement par le moteur électrique ME,
- le premier organe C13 pur le premier rapport en variation continue,
- le second organe C23 ou C234 pour le second rapport en variation continue,
- les premier et troisième organes C13 et C12-E2 pour la première vitesse en entraînement par le moteur thermique,
- les deuxième et troisième organes C23 ou C234 et C12-E2 pour la deuxième vitesse en entraînement par le moteur thermique,
- les premier et deuxième organes C13 et C23 ou C234 pour la troisième vitesse en entraînement par le moteur thermique,
- le deuxième et le quatrième organes C23 ou C234 et C4-E1 pour la quatrième vitesse en entraînement par le moteur thermique.
Les performances et les plages d'utilisation des différents modes de fonctionnement de la transmission selon l'invention (mode de réalisation correspondant aux figures 2A et 3) sont illustrées, à titre d'exemples, sous forme de graphiques représentant la force de traction en Newton en fonction de la vitesse du véhicule en kilomètre/heure sur la figure 8.
On peut noter que les quatre rapports de vitesses disponibles pour l'entraînement par le moteur thermique seul (courbes "rapport thermique Ti") sont doublés par quatre rapports de vitesses supplémentaires correspondant à un entraînement par le moteur thermique assisté par la machine électrique ME fonctionnant en mode moteur (courbes "rapport thermique Ti + boost").
Les nuages de points "." et "x" montrent des points de fonctionnement possibles dans les deux rapports à variation continue EVT1 et EVT2, la machine électrique étant utilisée comme génératrice.
La détermination des plages de fonctionnement optimale dans les différents modes d'entraînement est bien entendu du domaine des connaissances pratiques normales de l'homme du métier.
La présente invention concerne également un procédé de commande d'une transmission automatique telle que décrite précédemment et équipant un véhicule hybride pourvu d'une batterie rechargeable.
Ce procédé consiste, au moment du démarrage, à vérifier le niveau de charge de la batterie et à le comparer à une valeur seuil basse, puis soit à démarrer le véhicule par l'intermédiaire du moteur électrique ME si le niveau de charge est supérieur ou égal à la valeur seuil, en engageant le ou l'un des rapports de vitesses correspondant, soit à démarrer le véhicule par l'intermédiaire du moteur thermique si le niveau de charge est inférieur à la valeur seuil, en engageant l'un des rapports de transmission à rapport de vitesses continûment variable.
Enfin, les figures 5 à 7 illustrent différentes stratégies de passages de vitesses, depuis l'arrêt jusqu'à la vitesse de croisière maximale, dépendant notamment de la charge de la batterie du véhicule hybride.
Comme le montre la figure 5, les opérations successives suivantes peuvent être envisagées avec une batterie avec un niveau de charge au-dessus de sa charge maximale :
- le véhicule démarre en El (fonctionnement sur le moteur électrique),
- passage en E2 (fonctionnement sur le moteur électrique),
- passage en Tl (fonctionnement moteur thermique), - passage en T2 (fonctionnement moteur thermique),
- passage en T3 (fonctionnement moteur thermique),
- passage en T4 (fonctionnement moteur thermique).
La suite d'opérations illustrée à la figure 6 peut être effectuée lorsque la batterie présente un niveau de charge en-dessous de sa valeur minimale :
- le véhicule démarre en EVT1 (fonctionnement en variation continue),
- passage en Tl (fonctionnement moteur thermique), - passage en T2 (fonctionnement moteur thermique),
- passage en T3 (fonctionnement moteur thermique),
- passage en T4 (fonctionnement moteur thermique).
La figure 7 illustre une variante de stratégie de démarrage par rapport à la figure 6 comprenant les étapes suivantes :
- le véhicule démarre en EVT1 (fonctionnement en variation continue),
- passage EVT2 (fonctionnement en variation continue),
- passage en T2 (fonctionnement moteur thermique),
- passage en T3 (fonctionnement moteur thermique), - passage en T4 (fonctionnement moteur thermique).
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Transmission automatique pour véhicule hybride thermique/électrique comprenant :
- un arbre d'entrée (AE) entraîné par le moteur thermique,
- une roue, une couronne ou un pignon de sortie (RCPS), - un élément stationnaire (ES), tel qu'un carter par exemple,
- une machine électrique (ME) dont le stator (ST) est solidaire de l'élément stationnaire (ES),
- au moins des premier, deuxième et troisième organes de transmission sélective de couple (Cl 3 ; C23 ou C234 ; C12 - E2) pouvant être engagés ou activés sélectivement pour établir, d'une part, au moins un rapport de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action de la machine électrique (ME) fonctionnant comme un moteur, d'autre part, deux rapports pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique en mode de variation continue de vitesse et, enfin, au moins trois rapports de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique,
transmission automatique caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, un unique train planétaire double du type Ravigneaux (TPR), comportant en tant qu'éléments fonctionnels constitutifs : des première et seconde roues solaires (SI et S2), des première et seconde couronnes dentées (RI et R2) et des premier et second jeux de pignons satellites (PSI et PS2) montés sur un porte- satellite commun (SC), ces éléments étant arrangés en deux étages de trains planétaires (ET1 et ET2) reliés entre eux par un ou plusieurs pignon(s) long(s) (PL) engrenant avec chacun desdits étages (ET1 et ET2), le premier étage (ET1) pouvant être relié sélectivement à l'arbre d'entrée (AE) par l'intermédiaire des premier et deuxième organes de transmission de couple (Cl 3 et C23 ou C234) et le second étage (ET2) étant, d'une part, relié en permanence au rotor (RO) de la machine électrique (ME) et, d'autre part, relié sélectivement à l'élément stationnaire (ES) par le troisième organe de transmission de couple (Cl 2- E2).
2. Transmission automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à chaque pignon long (PL) sont associés, d'une part, un pignon satellite (PS I) au niveau du premier étage (ET1), lequel engrène avec ledit pignon long (PL) et avec la couronne (RI) ou la roue solaire (SI) dudit étage (ET1) et, d'autre part, un pignon satellite (PS 2) au niveau du second étage (ET2), lequel engrène avec ledit pignon long (PL) et avec la couronne (R2) ou la roue solaire (S2) dudit étage (ET2), le porte- satellite (SC) portant ledit pignon long (PL) et portant les deux pignons satellites (PSI et PS2) avec faculté de libre rotation.
3. Transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les premier et deuxième organes de transmission de couple (Cl 3 et C23 ou C234) relient, de manière sélective, l'arbre d'entrée (AE) respectivement à la roue solaire (SI) et à la couronne (RI) et du premier étage (ET1) du train planétaire double de type Ravigneaux (TPR), la roue, la couronne ou le pignon de sortie (RCPS) étant connecté(e) directement au porte- satellite (SC).
4. Transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rotor (RO) de la machine électrique (ME) est connecté directement ou relié par l'intermédiaire d'un arrangement d'engrenages à la couronne (R2) du second étage (ET2) du train planétaire double de type Ravigneaux (TPR), ledit arrangement d'engrenages pouvant être du type planétaire ou parallèle.
5. Transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte un quatrième organe de transmission sélective de couple (C4-E1) apte à relier la roue solaire (SI) du premier étage (ET1) à l'élément stationnaire (ES), permettant ainsi l'établissement d'au moins un rapport de vitesses supplémentaire pour un entraînement du véhicule sous l'action de la machine électrique (ME) fonctionnant comme moteur, d'une part, et d'au moins un rapport de vitesses supplémentaire pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique, d'autre part.
6. Transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que dans les deux rapports de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique en mode de variation continue, la machine électrique (ME) fonctionne en mode génératrice et recharge la batterie du véhicule.
7. Transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que pour établir chacun des rapports de vitesses pour l'entraînement par le moteur électrique (ME) et chacun des rapports pour l'entraînement par le moteur thermique en mode continûment variable, un seul des organes de transmission sélective de couple (Cl 3 ; C23 ou C234 ; C12-E2 ; C4-E1) est activé ou engagé, et en ce que, pour l'établissement de chacun des rapports de vitesses pour l'entraînement par le moteur thermique, deux des organes de transmission sélective de couple (C13 ; C23 ou C234 ; C12-E2 ; C4-E1) sont activés ou engagés.
8. Transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les rapports de vitesses pour un entraînement du véhicule sous l'action du moteur thermique consistent exclusivement en des rapports de vitesses en marche avant, le passage d'une vitesse donnée à une vitesse immédiatement supérieure ou immédiatement inférieure étant avantageusement effectué, d'une part, par désengagement ou désactivation d'un unique organe de la paire d'organes réalisant la vitesse courante et, d'autre part, par engagement ou activation d'un unique organe faisant partie de la paire d'organes destiné à réaliser la nouvelle vitesse.
9. Transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou l'une quelconque des revendications 6 à 8 pour autant qu'elles dépendent de la revendication 1, caractérisée en ce que les organes ou paires d'organes de transmission sélective de couple suivant(e)s sont respectivement engagé(e)s ou activé(e)s pour établir un rapport de transmission à vitesse fixe ou continûment variable :
- le troisième organe (C12-E2) pour la vitesse en entraînement par le moteur électrique (ME),
- le premier organe (Cl 3) pour le premier rapport en variation continue,
- le second organe (C23 ou C234) pour le second rapport en variation continue,
- les premier et troisième organes (Cl 3 et C12-E2) pour la première vitesse en entraînement par le moteur thermique,
- les deuxième et troisième organes (C23 ou C234 et C12-E2) pour la deuxième vitesse en entraînement par le moteur thermique,
- les premier et deuxième organes (Cl 3 et C23 ou C234) pour la troisième vitesse en entraînement par le moteur thermique.
10. Transmission automatique selon la revendication 5 ou l'une quelconque des revendications des revendications 6 à 8 pour autant qu'elles dépendent de la revendication 5, caractérisée en ce que les organes ou paires d'organes de transmission sélective de couple suivant(e)s sont respectivement engagé(e)s ou activé(e)s pour établir un rapport de transmission à vitesse fixe ou continûment variable :
- le quatrième organe (C4-E1) pour la première vitesse en entraînement par le moteur électrique (ME),
- le troisième organe (C12-E2) pour la seconde vitesse en entraînement par le moteur électrique (ME),
- le premier organe (Cl 3) pur le premier rapport en variation continue,
- le second organe (C23 ou C234) pour le second rapport en variation continue,
- les premier et troisième organes (Cl 3 et C12-E2) pour la première vitesse en entraînement par le moteur thermique,
- les deuxième et troisième organes (C23 ou C234 et C12-E2) pour la deuxième vitesse en entraînement par le moteur thermique,
- les premier et deuxième organe (C13 et C23 ou C234) pour la troisième vitesse en entraînement par le moteur thermique,
- le deuxième et le quatrième organes (C23 ou C234 et C4-E1) pour la quatrième vitesse en entraînement par le moteur thermique.
11. Procédé de commande d'une transmission automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 équipant un véhicule hybride pourvu d'une batterie rechargeable, caractérisé en ce qu'il consiste, au moment du démarrage, à vérifier le niveau de charge de la batterie et à le comparer à une valeur seuil basse, puis soit à démarrer le véhicule par l'intermédiaire du moteur électrique (ME) si le niveau de charge est supérieur ou égal à la valeur seuil, en engageant le ou l'un des rapports de vitesses correspondant, soit à démarrer le véhicule par l'intermédiaire du moteur thermique si le niveau de charge est inférieur à la valeur seuil, en engageant l'un des rapports de transmission à rapport de vitesses continûment variable.
PCT/FR2015/051367 2014-05-27 2015-05-22 Transmission automatique pour vehicule hybride et procédé de commande Ceased WO2015181480A1 (fr)

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