TITRE: MODULE MOTORISÉ, SOUS-ENSEMBLE HYBRIDE D'ENTRAINEMENT D'UN VÉHICULE, ET MÉTHODE D'ENGAGEMENT D'UN CRABOT DANS LEDIT SOUS-ENSEMBLE HYBRIDE

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L’invention se rapporte à un sous-ensemble hybride d’entraînement destiné à être positionné entre un moteur, par exemple un moteur thermique, et un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices d’un véhicule. Elle se rapporte en particulier, bien que de façon non exclusive, à un tel sous-ensemble destiné à équiper un poids lourd, c’est-à-dire un véhicule routier de plus de 3,5 tonnes, notamment un tracteur routier, ou un porteur. L’invention se rapporte également à un module motorisé apte à être intégré au sein du sous-ensemble hybride d’entrainement.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

[0002] Dans le document AT520019B1 est décrit un ensemble motopropulseur d’un véhicule, comportant un arbre primaire destiné à être entraîné par un moteur du véhicule, un arbre secondaire destiné à entraîner un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices du véhicule, et une boîte de transmission comportant une ou plusieurs roues dentées primaires solidaires en rotation de l’arbre primaire ou aptes à être accouplées à l’arbre primaire, une pluralité de roues dentées secondaires solidaires en rotation de l’arbre secondaire ou aptes être accouplées à l’arbre secondaire, et un arbre intermédiaire auquel sont solidarisées en rotation des roues dentées intermédiaires, la ou les roues dentées primaires et les roues dentées secondaires engrenant chacune avec une roue dentée correspondante parmi les roues dentées intermédiaires. L’ensemble motopropulseur comporte en outre une machine électrique réversible liée cinématiquement à l’arbre intermédiaire et apte à fonctionner en générateur de courant pour freiner l’arbre intermédiaire ou en moteur d’entraînement de l’arbre intermédiaire. Une telle machine électrique permet d’envisager différents modes de fonctionnement, et notamment un fonctionnement transitoire de la machine électrique pour freiner ou accélérer l’arbre intermédiaire et favoriser la synchronisation de la boîte de transmission dans les phases de changement de rapport de transmission, un fonctionnement moteur pour assister l’entraînement du moteur principal du véhicule hors des phases de changement de rapport et un fonctionnement de générateur électrique, pour l’alimentation électrique d’accessoires du véhicule ou d’une batterie, notamment dans des phases de freinage du véhicule.

[0003] Dans le document GB1435517A est décrit une boîte de transmission comportant un arbre de sortie et un arbre de renvoi, ainsi qu’un train d’engrenage entre l’arbre de renvoi et l’arbre de sortie, comportant une première roue dentée solidaire de l’un des deux arbres et une deuxième roue dentée apte à être solidarisée à l’autre arbre par l’intermédiaire d’un crabot. Une machine électrique réversible est accouplée à l’arbre de renvoi de façon permanente et les moyens d’accouplement sont pilotés pour synchroniser la vitesse de la deuxième roue dentée et du crabot avant leur engagement.

[0004] Dans ces dispositifs, l’arbre intermédiaire ou l’arbre de renvoi est toujours lié à l’arbre de la machine électrique. Le moment d’inertie de ce sous-ensemble tournant est important. De plus, les possibilités d’asservissement de l’arbre intermédiaire sont limitées, car toujours fonction de la vitesse de rotation.

EXPOSE DE L'INVENTION

[0005] L’invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique et à proposer une meilleure intégration d’une machine électrique à un arbre intermédiaire de boîte de transmission.

[0006] Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l’invention, un module motorisé pour entraîner et ralentir un arbre intermédiaire d’un sous-ensemble hybride comportant plusieurs roues dentées primaires destinées à être entraînées par un moteur principal du véhicule, un arbre secondaire destiné à entraîner un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices du véhicule, plusieurs roues dentées secondaires aptes être accouplées à l’arbre secondaire, et des roues dentées intermédiaires solidarisées en rotation à l’arbre intermédiaire, les roues dentées primaires et les roues dentées secondaires engrenant chacune de façon permanente avec une roue dentée correspondante parmi les roues dentées intermédiaires, le module motorisé comportant au moins une machine électrique réversible, une interface de liaison cinématique en rotation à l’arbre intermédiaire et un réducteur de vitesse disposé cinématiquement entre la machine électrique réversible et l’interface de liaison, caractérisé en ce que le module motorisé comporte en outre un mécanisme d’accouplement comportant un premier organe d’accouplement lié cinématiquement à la machine électrique réversible et un deuxième organe d’accouplement lié cinématiquement à l’interface de liaison, le mécanisme d’accouplement étant apte à passer d’un état d’accouplement pour accoupler la machine électrique réversible avec l’interface de liaison à un état de désaccouplement pour désaccoupler la machine électrique réversible de l’interface de liaison.

[0007] L’interposition d’un mécanisme d’accouplement et de désaccouplement entre la première machine électrique réversible et l’arbre intermédiaire permet d’envisager des modes de fonctionnement tels que décrits dans l’état de la technique lorsque le mécanisme d’accouplement est engagé, et des modes de fonctionnement supplémentaires dans lesquels la machine électrique peut être désaccouplée, soit parce qu’elle n’est pas nécessaire au fonctionnement de la boîte de transmission, soit parce qu’elle est utilisée à d’autres fins, par exemple pour l’entraînement d’un autre organe tournant. Par ailleurs, le découplage de la machine électrique permet de soulager les paliers de guidage du rotor de la machine électrique, ce qui augmente leur durée de vie.

[0008] La machine électrique réversible pourra notamment être une machine synchrone à aimants permanents, une machine asynchrone, une machine électrique à réluctance variable ou une machine électrique synchrone à réluctance variable, dite synchro-réluctante.

[0009] De préférence, le mécanisme d’accouplement est disposé cinématiquement entre le réducteur de vitesse et l’interface de liaison, ce qui évite d’entraîner le réducteur de vitesse en permanence. Alternativement, il est toutefois envisageable de disposer le réducteur de vitesse cinématiquement entre le mécanisme d’accouplement et l’interface de liaison.

[0010] Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, le module motorisé comporte en outre un organe de prise de force, lié cinématiquement à la machine électrique réversible, de préférence par l’intermédiaire du réducteur de vitesse, et le cas échéant par l’intermédiaire du mécanisme d’accouplement. Le module intègre ainsi une fonction de prise de force. On peut alors envisager un entraînement de la prise de force par la machine électrique réversible sans recours au moteur principal du véhicule, ce qui permet d’atteindre des vitesses de rotation très nettement supérieures à 1000 tr/min, par exemple supérieures à 1500 tr/min, et le cas échéant jusqu’à 5000 tr/min.

[0011] Le réducteur de vitesse peut avantageusement comprendre un train d’engrenages réducteur ou un réducteur à courroie. De cette manière, le réducteur de vitesse permet d’adapter la vitesse de rotation de la machine électrique au besoin du sous-ensemble hybride.

[0012] Suivant un mode de réalisation, la machine électrique réversible a un axe de révolution parallèle à un axe de révolution de l’interface de liaison, de préférence distant de l’axe de révolution de l’interface de liaison.

[0013] De façon préférentielle, le module motorisé comporte en outre un carter de logement du réducteur de vitesses et du mécanisme d’accouplement, la machine électrique réversible étant soit logée dans le carter, soit fixée au carter. L’interface de liaison à l’arbre intermédiaire peut être soit logée dans le carter, soit faire saillie à l’extérieur du carter.

[0014] L’interface de liaison peut être par exemple un tronçon d’arbre cannelé ou un manchon cannelé. Il peut également s’agir d’une platine circulaire avec des trous de passage de vis de fixation (l'arbre intermédiaire comprenant une face d'appui munie de perçage-taraudage), ou d’un arbre muni d'une clavette.

[0015] De préférence, le mécanisme d’accouplement est choisi parmi les mécanismes suivants : un mécanisme à crabot, un mécanisme à synchroniseur, et un mécanisme d’embrayage, de préférence un mécanisme d’embrayage à friction.

[0016] On pourra notamment envisager un mécanisme à crabot sans synchronisation dans les cas où il est prévu que la machine électrique elle-même soit utilisée pour synchroniser le mécanisme d’accouplement.

[0017] Suivant un mode de réalisation, le module motorisé comporte au moins une machine électrique réversible supplémentaire d’entraînement de l’arbre intermédiaire et un réducteur de vitesse supplémentaire disposé cinématiquement entre la machine électrique réversible supplémentaire et l’interface de liaison. Le réducteur de vitesse supplémentaire sera de préférence logé dans le carter décrit plus haut. De préférence, le réducteur de vitesse et le réducteur de vitesse supplémentaire sont disposés cinématiquement en parallèle sur le premier organe d’accouplement du mécanisme d’accouplement.

[0018] Suivant un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule, comportant : plusieurs roues dentées primaires destinées à être entraînées par un moteur principal du véhicule, un arbre secondaire destiné à entraîner un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices du véhicule, plusieurs roues dentées secondaires aptes être accouplées à l’arbre secondaire, un arbre intermédiaire auquel sont solidarisées en rotation des roues dentées intermédiaires, les roues dentées primaires et les roues dentées secondaires engrenant chacune de façon permanente avec une roue dentée correspondante parmi les roues dentées intermédiaires, au moins une machine électrique réversible d’entraînement et de ralentissement de l’arbre intermédiaire, et au moins un module motorisé reprenant tout ou partie des caractéristiques mentionnées précédemment, l’interface de liaison du module motorisé étant solidaire en rotation de l’arbre intermédiaire.

[0019] Suivant un mode de réalisation, une unité de commande de la machine électrique réversible et du mécanisme d’accouplement, et des capteurs aptes à mesurer un signal représentatif d’une vitesse de révolution de l’arbre intermédiaire ou de l’organe d’accouplement lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire et un signal représentatif d’une vitesse de révolution de la machine électrique réversible ou de l’organe d’accouplement lié cinématiquement à la machine électrique réversible. L’unité de commande peut notamment être mise en œuvre pour synchroniser le mécanisme d’accouplement. De préférence, l’unité de commande est apte, dans un état de désaccouplement du mécanisme d’accouplement, à commander la machine électrique réversible de façon qu’une vitesse de rotation relative entre l’organe d’accouplement lié cinématiquement à la machine électrique réversible et l’organe d’accouplement lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire réalise à une condition prédéterminée, et, lorsque la condition prédéterminée est réalisée, à commander un accouplement du mécanisme d’accouplement. La condition prédéterminée pourra par exemple être une vitesse de rotation relative nulle ou une vitesse relative de glissement non nulle mais faible (donc entre deux valeurs limites faibles).

[0020] Suivant un mode de réalisation, le sous-ensemble hybride peut comporter en outre un organe de prise de force, apte à être entraîné au moins par la machine électrique réversible. On peut alors envisager un entraînement de la prise de force par la machine électrique réversible sans recours au moteur principal du véhicule, ce qui permet d’atteindre des vitesses de rotation très nettement supérieures à 1000 tr/min, par exemple supérieures à 1500 tr/min, et le cas échéant jusqu’à 5000 tr/min. Divers types de liaison peuvent être envisagés.

[0021] Suivant une première variante, l’organe de prise de force est lié cinématiquement de façon permanente à l’arbre intermédiaire et est lié cinématiquement à la machine électrique réversible par l’intermédiaire du mécanisme d’accouplement. Ce premier type de liaison sera préféré lorsque l’on prévoit que le moteur principal de véhicule sera toujours utilisé pour l’entraînement de l’organe de prise de force, la machine électrique réversible n’étant utilisée que pour un appoint de puissance. Si l’on souhaite malgré tout désaccoupler le moteur principal, on ouvrira un embrayage ou des mécanismes d’accouplement situé entre le moteur principal et les roues dentées primaires.

[0022] Suivant une deuxième variante alternative, l’organe de prise de force est lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire par l’intermédiaire du mécanisme d’accouplement. [0023] L’organe de prise de force peut être lié cinématiquement à la machine électrique réversible soit de façon permanente, soit par l’intermédiaire du mécanisme d’accouplement.

[0024] Suivant un mode de réalisation, le mécanisme d’accouplement est tel que l’organe de prise de force est accouplé à la machine électrique réversible lorsque la machine électrique réversible est désaccouplée de l’arbre intermédiaire, et tel que l’organe de prise de force n’est pas accouplé à la machine électrique réversible lorsque la machine électrique réversible est accouplée à l’arbre intermédiaire. Le mécanisme d’accouplement présente ainsi plusieurs positions distinctes permettant l’entrainement ou non de l’organe prise de force. Ce type de liaison sera préféré lorsque l’on souhaite interdire un entraînement de l’organe de prise de force par le moteur principal du véhicule, ce qui peut s’avérer souhaitable pour limiter la pollution, notamment si le moteur principal est un moteur thermique et la prise de force est susceptible d’être utilisée dans un lieu confiné.

[0025] Suivant un mode de réalisation alternatif, le mécanisme d’accouplement est tel que l’organe de prise de force est accouplé à la machine électrique réversible lorsque la machine électrique réversible est désaccouplée de l’arbre intermédiaire, et tel que l’organe de prise de force est également accouplé à la machine électrique réversible lorsque la machine électrique réversible est accouplée à l’arbre intermédiaire. Ce type de liaison permet d’envisager un entraînement de l’organe de prise de force par le moteur principal du véhicule seul, par la machine électrique réversible seule ou par les deux conjointement.

[0026] Le cas échéant, on peut prévoir au moins une machine électrique réversible supplémentaire d’entraînement de l’arbre intermédiaire. La machine électrique supplémentaire pourra être intégrée au module motorisé, ou être une partie constitutive d’un module motorisé supplémentaire, le cas échéant de constitution identique au module motorisé. Suivant un mode réalisation, la machine électrique réversible supplémentaire est apte à être accouplée à l’arbre intermédiaire par le mécanisme d’accouplement. Alternativement, la machine électrique réversible supplémentaire est apte à être accouplée à l’arbre intermédiaire par un mécanisme d’accouplement supplémentaire. [0027] Suivant un mode de réalisation, la machine électrique réversible et la machine électrique réversible supplémentaire sont coaxiales. On pourra notamment prévoir deux mécanismes d’accouplement et de désaccouplement, disposés aux extrémités opposées de l’arbre intermédiaire, et chacun dédié à l’une des deux machines électriques réversibles.

[0028] Suivant un mode de réalisation, la machine électrique réversible a un axe de révolution parallèle à un axe de révolution de l’arbre intermédiaire, une ou plusieurs des caractéristiques suivantes étant réalisées : l’axe de révolution de la machine électrique réversible est distant de l’axe de révolution de l’arbre intermédiaire ; l’axe de révolution de la machine électrique réversible est distant d’un axe de révolution des roues dentées primaires ; l’axe de révolution de la machine électrique réversible est distant d’un axe de révolution de l’arbre secondaire.

[0029] Suivant un mode de réalisation, le sous-ensemble hybride comporte un carter de transmission délimitant une cavité de logement des roues dentées primaires, des roues dentées secondaires et des roues dentées intermédiaires, la machine électrique réversible étant disposée à l’extérieur de la cavité de logement. De préférence, le mécanisme d’accouplement est situé à l’extérieur de la cavité de logement. Dans cette hypothèse, le module motorisé comporte de préférence un carter comme décrit plus haut, qui est de préférence fixe au carter de transmission.

[0030] Suivant un mode de réalisation, le sous-ensemble hybride comporte un ensemble d’un ou plusieurs arbres primaires aptes à être entraînés par le moteur principal du véhicule, chacune des roues dentées primaires étant solidaire d’un arbre primaire associé de l’ensemble d’un ou plusieurs arbres primaires ou apte à être accouplé à un arbre primaire associé de l’ensemble d’un ou plusieurs arbres primaires. De préférence, une ou plusieurs des caractéristiques suivantes sont réalisées : les roues dentées primaires et les roues dentées secondaires sont coaxiales ; un ou plusieurs crabots assurent un accouplement entre les roues dentées secondaires à l’arbre secondaire ; un ou plusieurs synchroniseurs assurent un accouplement entre chacune des roues dentées primaires et un arbre primaire associé apte à être entraîné par le moteur principal du véhicule.

[0031] De préférence, le sous-ensemble hybride peut comporter un embrayage commandé par un actionneur d’embrayage et apte à désaccoupler les roues dentées primaires par rapport au moteur principal du véhicule, ledit actionneur d’embrayage étant piloté par une unité de commande.

[0032] Avantageusement, au moins un crabot peut être positionné cinématiquement entre une des roues dentées secondaires et l’arbre secondaire et apte à accoupler l’arbre secondaire à la roue dentée secondaire associée, ledit crabot étant engagé lorsque les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire et de l’arbre secondaire sont synchronisées par entrainement ou ralentissement de l’arbre intermédiaire grâce à l’activation de la machine électrique réversible. De cette manière, il est possible raccourcir les phases transitoires de changement de rapport de vitesse au sein du sous-ensemble hybride. Cette adaptation de la vitesse de l’arbre intermédiaire permet de réduire les temps de crabotage, sans avoir recours à un frein de boîte ou au double débrayage.

[0033] Suivant un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à une méthode d’engagement d’un crabot apte à accoupler un arbre secondaire à une roue dentée secondaire associée au sein d’un sous-ensemble hybride reprenant tout ou partie des caractéristiques mentionnées précédemment, comprenant les étapes suivantes :

- désaccouplement des roues dentées primaires par rapport au moteur principal du véhicule ; - mise en position neutre du sous-ensemble hybride par désengagement du rapport de vitesse ;

- mesure de la vitesse de rotation relative entre l’arbre secondaire et la roue dentée secondaire associée ;

- entrainement ou ralentissement de l’arbre intermédiaire par activation de la machine électrique réversible pour synchroniser les vitesses de rotation de l’arbre secondaire avec la roue dentée secondaire associée ;

- engagement du crabot pour accoupler l’arbre secondaire à la roue dentée secondaire associée lorsque les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire et de l’arbre secondaire sont synchronisées.

[0034] Selon cette méthode d’engagement de crabot, il est possible de raccourcir les phases transitoires de changement de rapport de vitesse au sein du sous-ensemble hybride. Cette adaptation de la vitesse de l’arbre intermédiaire permet de réduire les temps de crabotage, sans avoir recours à un frein de boîte ou au double débrayage. Ainsi lors d’un changement à un rapport de vitesse supérieur, il est possible de ralentir l’arbre intermédiaire du sous-ensemble hybride par activation de la machine électrique réversible. Egalement lors d’un changement à un rapport de vitesse inférieur, il est possible d’entrainer et accélérer l’arbre intermédiaire du sous- ensemble hybride par activation de la machine électrique réversible.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0035] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées.

[Fig. 1] La figure 1 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un premier mode de réalisation.

[Fig. 2] La figure 2 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un deuxième mode de réalisation.

[Fig. 3] La figure 3 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un troisième mode de réalisation. [Fig. 4] La figure 4 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un quatrième mode de réalisation.

[Fig. 5] La figure 5 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un cinquième mode de réalisation.

[Fig. 6] La figure 6 illustre un sous-ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant un sixième mode de réalisation.

[Fig. 7] La figure 7 illustre un module motorisé apte à être intégré dans le sous- ensemble hybride d’entraînement d’un véhicule suivant le premier mode de réalisation.

[Fig. 8] La figure 8 illustre le comportement des différents organes du sous-ensemble hybride et du véhicule lors d’une phase transitoire de changement à un rapport de vitesse supérieur.

[Fig. 9] La figure 9 illustre le comportement des différents organes du sous-ensemble hybride et du véhicule lors d’une phase transitoire de changement à un rapport de vitesse inférieur.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE REALISATION

[0036] Sur la figure 1 est illustré un sous-ensemble hybride 10 d’entraînement d’un véhicule, comportant un arbre primaire 12 destiné à être entraîné par un moteur principal 14 du véhicule, par exemple un moteur thermique, un arbre secondaire 16 destiné à entraîner un ensemble d’une ou plusieurs roues motrices du véhicule (non illustré), et une boîte de transmission 18.

[0037] La liaison du moteur principal 14 à l’arbre primaire 12 peut inclure un embrayage 20 de tout type approprié, par exemple un embrayage à glissement. La liaison de l’arbre secondaire 16 aux roues du véhicule peut inclure un ou plusieurs ponts moteurs.

[0038] L’embrayage 20 est commandé par un actionneur d’embrayage (non représenté sur les figures 1 à 6) intégré à la boite de transmission 18. [0039] La boîte de transmission 18, logée à l’intérieur d’une cavité 22 d’un carter de transmission 24, comporte un arbre intermédiaire 26 auquel sont solidarisées en rotation des roues dentées intermédiaires 28, 30, 32, 34, 36. Deux roues dentées primaires 38, 40 coaxiales avec l’arbre primaire 12, forment chacune un train d’engrenage avec une roue dentée correspondante 28, respectivement 30, parmi les roues dentées intermédiaires. Les engrènements des trains d’engrenages 38, 28 et 40, 30 entre roues dentées primaires 38, 40 et les roues dentées intermédiaires correspondantes 28, 30 sont permanents. Un double synchroniseur 41 à trois positions permet d’accoupler l’une ou l’autre des roues dentées primaires 38, 40 à l’arbre primaire 12, et offre une position neutre dans laquelle aucune des roues dentées primaires 38, 40 n’est accouplée à l’arbre primaire 12.

[0040] Des roues dentées secondaires 42, 44, 46, coaxiales avec l’arbre secondaire 16, forment également chacune un train d’engrenage avec une roue dentée correspondante 32, 34, 36, respectivement, parmi les roues dentées intermédiaires, l’un des trains d’engrenage étant inverseur et comportant une roue intermédiaire 48 pour réaliser un rapport de marche arrière. Les engrènements des trains d’engrenages formés par les roues dentées secondaires 42, 44, 46 et les roues dentées intermédiaires correspondantes 32, 34, 36 sont permanents. Un accouplement à crabot à trois positions sans synchroniseurs 50, positionné entre deux des roues secondaires 44, 46, permet soit d’accoupler à l’arbre secondaire 16 l’une ou l’autre des deux roues secondaires associées 44, 46, soit, dans une position neutre intermédiaire, de maintenir les roues dentées secondaires associées 44, 46 découplé de l’arbre secondaire 16.

[0041] Dans ce mode de réalisation, l’axe de révolution 100 de l’arbre primaire 12 est aligné avec l’axe de révolution 200 avec l’arbre secondaire 16, ce qui permet d’utiliser la roue dentée primaire d’extrémité 40 alternativement comme roue primaire, associée à l’arbre primaire 12 par le synchroniseur 41, ou comme roue secondaire associée à l’arbre secondaire 16. À cet effet, un accouplement à crabot 52 à trois positions sans synchroniseurs, positionné entre la roue primaire d’extrémité 40 et la roue secondaire 42, permet d’accoupler à l’arbre secondaire 16 soit la roue primaire d’extrémité 40 soit la roue secondaire 42, et permet également, dans une position neutre intermédiaire, de maintenir la roue primaire d’extrémité 40 et la roue secondaire 42 découplées de l’arbre secondaire 16.

[0042] On établit ainsi une boîte de transmission 18 à six rapports de marche avant et potentiellement deux rapports de marche arrière, que l’on peut le cas échéant coupler en sortie d’arbre secondaire 16 à un train épicycloïdal (non illustré) afin d’obtenir une boîte de vitesse à douze rapports.

[0043] De façon remarquable, le sous-ensemble hybride d’entraînement 10 est équipé d’un module motorisé 5 comportant une première machine électrique réversible 56 d’entraînement et de ralentissement de l’arbre intermédiaire 26, dont le rotor tourne autour d’un axe de révolution 300, et un mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 de la première machine électrique réversible 56 à l’arbre intermédiaire 26, comportant un organe d’accouplement 60 lié cinématiquement à la première machine électrique réversible 56 par un train d’engrenages réducteur 62, et un organe d’accouplement 64 lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire 26, en l’occurrence solidaire en rotation de l’arbre intermédiaire, par l’intermédiaire d’une interface de liaison 164, qui peut par exemple être constituée par un tronçon d’arbre cannelé ou un manchon cannelé. Le train d’engrenages réducteur 62 permet également de lier cinématiquement la première machine électrique réversible à une prise de force 65, destinée à permettre un accouplement d’un ou plusieurs accessoires du véhicule, par exemple un treuil, une pompe ou un outil. La prise de force 65 peut être par exemple un arbre de transmission comprenant une interface externe de raccordement, par exemple une cannelure. L’axe de révolution de la prise de force 65 et celui de l’interface de liaison 164 sont de préférence alignés. Certains au moins des éléments du module motorisé 5 peuvent être logés dans un carter de module 155, notamment le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58, le train d’engrenages réducteur 62, le cas échéant l’interface de liaison, la prise de force65 et la première machine électrique réversible 56. Cette dernière peut être alternativement, comme illustré sur la figure 1, disposée à l’extérieur du carter de module 155, le cas échéant fixée au carter de module 155.

[0044] À titre d’illustration, on peut prévoir une machine électrique réversible 56 alimentée en 48 volts, avec un rapport de réduction entre la sortie du rotor de la machine électrique et le mécanisme d’accouplement compris entre 4 et 6, suivant que l’on souhaite privilégier un couple élevé ou une vitesse de rotation élevée.

[0045] La figure 7 illustre un exemple de réalisation du module motorisé 5 réalisé sous une forme de module unitaire apte à être intégré au sein du sous-ensemble hybride d’entraînement 10. Le module motorisé 5 comporte en outre un carter 155 de logement du réducteur de vitesses 62 et du mécanisme d'accouplement et de désaccouplement 58. Dans cet exemple, la machine électrique réversible 56 est fixée au carter 155. La machine électrique réversible 56 a un axe de révolution parallèle à l’axe de révolution de l'interface de liaison 164 et distant de l'axe de révolution de l'interface de liaison 164. L’interface de liaison 164 est un arbre cylindrique muni d'une clavette.

[0046] Dans ce mode de réalisation, le sous-ensemble hybride d’entraînement 10 peut en outre être équipé, de façon optionnelle, d’un deuxième module motorisé 6 comportant une deuxième machine électrique réversible 66 d’entraînement et de ralentissement de l’arbre intermédiaire 26, dont le rotor tourne autour d’un axe de révolution 400, et un mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 68 de la deuxième machine électrique réversible 66 à l’arbre intermédiaire 26, comportant un organe d’accouplement 70 lié cinématiquement à la deuxième machine électrique réversible 66 par un train d’engrenage réducteur 72, et un organe d’accouplement 74 lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire 26, en l’occurrence solidaire au moins en rotation de l’arbre intermédiaire 26, par l’intermédiaire d’une deuxième interface de liaison 174. La deuxième machine électrique réversible 66 est utilisée ici pour augmenter la puissance électrique disponible pour l’entraînement ou le ralentissement de l’arbre intermédiaire 26, ce qui permet d’utiliser le cas échéant deux machines électriques 56 66 de petites dimensions ayant un encombrement radial moins important qu’une machine électrique unique de puissance équivalente. Le cas échéant, certains au moins des éléments du module motorisé 5 peuvent être logés dans un carter de module 165, notamment le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 68, le train d’engrenages réducteur 72, le cas échéant l’interface de liaison 174, et la première machine électrique réversible 56, cette dernière pouvant alternativement être positionnée à l’extérieur du carter de module 165, de préférence fixée à ce dernier.

[0047] Les modules motorisés 5, 6 sont disposés de préférence à l’extérieur de la cavité principale 22 du carter de boîte de transmission 24, ce qui permet de proposer ce sous-ensemble comme équipement optionnel sur une boîte de transmission conventionnelle. Les axes de révolution 300, 400 des deux machines électriques 56, 66 peuvent le cas échéant être alignés, et sont de préférence parallèles aux axes de révolution 100,200 de l’arbre primaire 12 et de l’arbre secondaire 16, parallèles. L’axe de révolution 300 de la machine électrique 56 est à distance de l’axe de révolution 500 de l’arbre intermédiaire. Il en va de même de l’axe de révolution 400 de la machine électrique 56 si cette machine est présente.

[0048] Une unité de commande 76 permet de commander la première machine électrique réversible 56 et son mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58, ainsi que, le cas échéant, la deuxième machine électrique réversible 66 et son mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 68. À cette unité de commande sont connectés des capteurs 78,80, 82 pour mesurer la vitesse de révolution de l’arbre intermédiaire 26 et pour mesurer une vitesse de révolution caractéristique de chacune des machines électriques réversibles 56, 66, qui peut être une vitesse de l’arbre de sortie de chaque machine réversible 56, 66 ou une vitesse de révolution d’un élément du train réducteur associé 62, 72. Cette unité de commande 76 peut être intégrée à une commande robotisée de la boîte de transmission 18 qui commande l’ouverture et la fermeture des synchroniseurs 41, des mécanismes à crabot 50, 52, et le cas échéant de l’embrayage principal 20, pour répondre à une consigne de couple ou de vitesse.

[0049] La première machine électrique 56 et la deuxième machine électrique optionnelle 66 permettent d’envisager plusieurs modes de fonctionnement.

[0050] Une première utilisation vise les phases transitoires de changement de rapport de vitesse de la boîte de transmission 18. Durant ces phases transitoires, l’une ou l’autre des deux machines électriques 56, 66, ou les deux, permettent d’adapter la vitesse de révolution de l’arbre intermédiaire aux besoins de synchronisation lors des commutations des mécanismes à crabot 50, 52 ou des synchroniseurs 41, la ou les machines électriques pouvant être utilisées alternativement comme moteur électrique pour augmenter la vitesse de révolution de l’arbre intermédiaire 26 ou comme frein électrodynamique pour diminuer cette vitesse. Cette adaptation de la vitesse de l’arbre intermédiaire 26 permet de réduire les temps de crabotage ou de synchronisation, sans avoir recours à un frein de boîte.

[0051] On va maintenant décrire, dans le cadre d’un sous-ensemble hybride 10 comprenant des mécanismes à crabot 50, 52 la phase transitoire de changement à un rapport de vitesse supérieur. Les mécanismes à crabot ou autrement appelés crabots 50, 52 sont disposés entre les roues dentées secondaires 42, 44 et l’arbre secondaire 16. L’embrayage 20 de la boite de transmission 18 est commandé par un actionneur d’embrayage robotisé afin d’accélérer les changements de rapport de vitesse. L’actionneur d’embrayage est piloté par l’unité de commande 76.

[0052] La figure 8 illustre le comportement des différents organes du sous- ensemble hybride et du véhicule pendant cette phase transitoire de changement à un rapport de vitesse supérieur. Sur cette figure, la courbe 83 illustre la vitesse de rotation du moteur thermique 14, la courbe 84 illustre l’état ouvert ou fermé de l’embrayage 20, la courbe 85 illustre la position neutre ou en prise de la boite de transmission 18, la courbe 86 illustre l’état d’activation de la machine électrique réversible 56.

[0053] Par ailleurs, sur cette figure 8, une première phase 87 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre l’instant tO et tl dans laquelle on amorce l’ouverture de l’embrayage 20, l’ouverture complète étant achevée à l’instant t3. Entre t2 et t3, la boite de transmission 18 passe de la position en prise vers la position neutre en désengageant le crabot 50. Pour préparer l’engagement du crabot 52, on mesure la vitesse de rotation relative entre l’arbre secondaire 16 et la roue dentée secondaire associée 42 par utilisation des différents capteurs de vitesse présents dans la boite de transmission. Une seconde phase 88 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre t3 et t4 dans laquelle la machine électrique réversible 56 est activée pour ralentir l’arbre intermédiaire 26 du sous-ensemble hybride. Dans cette phase 88, la vitesse de rotation de l’arbre intermédiaire 26 est ralentie de manière à synchroniser les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire 42 et de l’arbre secondaire 16. Entre t4 et t5, le crabot 52 est engagé pour accoupler l’arbre secondaire 16 à la roue dentée secondaire associée 42 lorsque leurs vitesses de rotation sont synchronisées. Egalement, entre t4 et t5, on amorce la fermeture de l’embrayage 20. Une troisième phase 89 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre t5 ett6 dans laquelle l’embrayage 20 se ferme jusqu’à l’achèvement du changement à un rapport de vitesse supérieur.

[0054] Grâce à la machine électrique réversible 56, il est possible de réduire les temps de crabotage, sans avoir recours à un frein de boîte. L’arbre intermédiaire 26 est ralenti jusqu’à ce que la vitesse de rotation de la roue dentée secondaire 42 se synchronise avec la vitesse de rotation de l’arbre secondaire 16.

[0055] On va maintenant décrire, dans le cadre d’un sous-ensemble hybride 10 selon l’invention, la phase transitoire de changement à un rapport de vitesse inférieur.

[0056] La figure 9 illustre le comportement des différents organes du sous- ensemble hybride et du véhicule pendant cette phase transitoire. Sur cette figure, la courbe 93 illustre la vitesse de rotation du moteur thermique 14, la courbe94 illustre l’état ouvert ou fermé de l’embrayage 20, la courbe95 illustre la position neutre ou en prise de la boite de transmission 18, la courbe 96 illustre l’état d’activation de la machine électrique réversible 56.

[0057] Par ailleurs, sur cette figure, une première phase 97 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre l’instant tO et tl dans laquelle on amorce l’ouverture de l’embrayage 20, l’ouverture complète étant achevée à l’instant t2. Entre t2 ett3, la boite de transmission 18 passe de la position en prise vers la position neutre en désengageant le crabot 52. Pour préparer l’engagement du crabot 50, on mesure la vitesse de rotation relative entre l’arbre secondaire 16 et la roue dentée secondaire associée 44 par utilisation des différents capteurs de vitesse présents dans la boite de transmission. Une seconde phase 98 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre t3 et t4 dans laquelle la machine électrique réversible 56 est activée pour entraîner et accélérer l’arbre intermédiaire 26 du sous-ensemble hybride de manière à synchroniser les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire 44 et de l’arbre secondaire 16. Entre t4 et t5, le crabot 50 est engagé pour accoupler l’arbre secondaire 16 à la roue dentée secondaire associée 44 lorsque les vitesses de rotation de la roue dentée secondaire et de l’arbre secondaire sont synchronisées. Egalement, entre t4 et t5, on amorce la fermeture de l’embrayage 20. Une troisième phase 99 illustre une phase de roulage du véhicule comprise entre t5 et t6 dans laquelle l’embrayage 20 se ferme jusqu’à l’achèvement du changement à un rapport de vitesse inférieur.

[0058] Grâce à la machine électrique réversible 56, il est possible de réduire les temps de crabotage, sans avoir recours au double débrayage. L’arbre intermédiaire 26 est entraîné et accéléré jusqu’à ce que la vitesse de rotation de la roue dentée secondaire 44 se synchronise avec la vitesse de rotation de l’arbre secondaire 16.

[0059] Or des phases transitoires, lorsqu’un rapport de vitesse est engagé, la ou les machines électriques 56, 66, peuvent être utilisées en générateur de courant, pour recharger une batterie du véhicule, ou pour moduler le ralentissement de la chaîne cinématique de transmission lorsque le moteur thermique principal 14 du véhicule entre dans un régime de frein moteur. Toujours lorsqu’un rapport de vitesse est engagé, la ou les machines électriques 56, 66, alimentées par une batterie du véhicule, peuvent être utilisées en moteur pour un apport de puissance supplémentaire pour la traction du véhicule.

[0060] Une utilisation des machines électriques 56, 66 pour une traction purement électrique du véhicule peut également être envisagée en ouvrant l’embrayage 20 ou les synchroniseurs 41 pour découpler le moteur principal 14 ou l’arbre primaire 12, tout en conservant l’un des mécanismes à crabots 50, 52 engagé.

[0061] Les mécanismes d’accouplement et de désaccouplement 58, 68 sont utilisés pour interrompre la liaison entre l’arbre intermédiaire 26 et les machines électriques 56, 66 lorsque ces dernières ne sont pas utiles, de manière à limiter le couple de traînée des machines électriques 56, 66 et à réduire la consommation de carburant. Us permettent également d’envisager plusieurs modes de fonctionnement de la prise de force 65, notamment à l’arrêt du véhicule.

[0062] En ouvrant le premier mécanisme d’accouplement 58, on isole de l’arbre intermédiaire 26 le sous-ensemble constitué par la première machine électrique réversible 56, son train d’engrenage réducteur 62 et la prise de force 65, ce qui permet d’entraîner la prise de force 65 à l’aide de la machine électrique réversible 56 utilisée en moteur, indépendamment de la boîte de transmission 18 et du moteur principal 14 du véhicule Dans ce mode de fonctionnement, la machine électrique réversible 56 peut être alimentée à partir d’une source d’énergie fournie par des batteries du véhicule ou, dans l’hypothèse où le véhicule est à l’arrêt, d’une source d’énergie électrique externe à laquelle le véhicule est branché. Ce mode de fonctionnement trouvera une application notamment lorsque le moteur principal 14 est à l’arrêt, par exemple parce que l’on souhaite entraîner la prise de force 65 dans un environnement où l’on souhaite éviter les émissions polluantes du moteur principal du véhicule. 11 pourra également trouver application alors que le moteur principal 14 tourne, mais que l’on souhaite entraîner la prise de force à une vitesse indépendante de la vitesse de l’arbre intermédiaire 26, que le véhicule soit à l’arrêt ou en mouvement. On peut d’ailleurs envisager que le capteur 80 permette non seulement une mesure de vitesse, mais également une mesure d’un angle de rotation, relatif ou absolu, de sorte que l’on peut envisager d’entraîner la prise de force 65 suivant une consigne de déplacement angulaire ou de position angulaire.

[0063] En fermant le mécanisme d’accouplement 58 de la première machine électrique, on peut utiliser le moteur principal 14 du véhicule, le cas échéant conjointement avec la première machine électrique 56, pour entraîner la prise de force

65. Le cas échéant la deuxième machine électrique 66 peut également être mise à contribution si un surcroît de puissance s’avère nécessaire.

[0064] Sur la figure 2 est illustré un deuxième mode de réalisation de l’invention, qui diffère du précédent par l’emplacement des machines électriques réversibles 56,

66, qui sont disposées en parallèle sur un même mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 à l’arbre intermédiaire 26, et reliées à ce mécanisme d’accouplement et de désaccouplement commun 58 chacune par un train réducteur 62, 72, qui permet également l’entraînement d’une prise de force 65. Les deux machines électriques réversibles 56, 66 peuvent avoir les mêmes caractéristiques et être pilotées en parallèle ou en mode maître-esclave, ou elles peuvent avoir des caractéristiques complémentaires, pour couvrir une plus grande gamme de fonctionnement en vitesse et en couple. Par rapport au mode de réalisation de la figure 1, cette variante offre l’avantage de ne mettre en œuvre qu’un mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58. Elle permet en outre d’envisager un positionnement des machines électriques réversibles à une même extrémité de la boîte de transmission, de manière à ne former qu’un unique module motorisé 5 à deux machines électriques réversibles 56, 66 et un mécanisme d’accouplement et de désaccouplement commun 58. Le cas échéant, certains au moins des éléments du module motorisé 5 peuvent être logés dans un carter de module 165, notamment le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58, les trains d’engrenages réducteurs 62, 72, et le cas échéant l’interface de liaison 164 et la prise de force 65.

[0065] Selon le mode de réalisation de la figure 2, le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 est dans une position telle que l’organe de prise de force 65 est accouplé à la machine électrique réversible 56 lorsque la machine électrique réversible est désaccouplée de l’arbre intermédiaire 26, et telle que l’organe de prise de force 65 est également accouplé à la machine électrique réversible 56 lorsque la machine électrique réversible est accouplée à l’arbre intermédiaire 26.

[0066] Suivant une variante non illustrée du mode de réalisation de la figure 2, on peut envisager de positionner le sous-ensemble constitué par les machines électriques réversibles 56, 66, leurs trains réducteurs éventuels 62, 72, le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 et la prise de force 65 à l’extrémité opposée de l’arbre intermédiaire.

[0067] Suivant un autre mode de réalisation, illustré sur la figure 3, la prise de force 65 est positionnée à une extrémité de l’arbre intermédiaire 26 opposée au sous- ensemble constitué par les machines électriques réversibles 56, 66, leurs trains réducteurs 62, 72 et le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58. Un entraînement purement électrique de la prise de force 65 reste possible, par l’intermédiaire de l’arbre intermédiaire 26 et sans entraîner ni l’arbre primaire 12 ni l’arbre secondaire 16, à condition d’ouvrir les mécanismes à crabot 50, 52 et les synchroniseurs 41. Ce mode de réalisation permet un autre positionnement relatif des composants, et peut faciliter l’accès à la prise de force 65. Dans ce mode de réalisation, on a également illustré le mécanisme d’accouplement 58 et les trains réducteurs 62, 72 à l’intérieur du carter 24 de la boîte de transmission 18, une option envisageable dans tous les modes de réalisation.

[0068] On a illustré sur la figure 4 un mode de réalisation dérivé du mode de réalisation de la figure 2, mais sans prise de force.

[0069] Sur les figures 3 et 4, on a volontairement omis l’unité de commande et les capteurs associés, pour alléger l’illustration.

[0070] Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 4, le ou les mécanismes d’accouplement et de désaccouplement 58, 68 des machines électriques réversibles 56, 66 ont été illustrés par des synchroniseurs. On peut alternativement envisager que ces mécanismes soient sans synchroniseurs, par exemple des mécanismes à crabot. Pour ce faire, on peut avantageusement prévoir que l’unité de commande 76 soit apte, dans un état de désaccouplement du ou des mécanismes d’accouplement et de désaccouplement 58, 68, à commander chaque machine électrique réversible 56, 66 de façon que la vitesse de rotation relative entre l’organe d’accouplement 60, 70 lié cinématiquement la machine électrique réversible 56, 66 et l’organe d’accouplement 64, 74 lié cinématiquement à l’arbre intermédiaire 26 réalise à une condition prédéterminée, et, lorsque la condition prédéterminée est réalisée, à commander un accouplement du mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58, 68. La condition peut être par exemple une condition de passage de la vitesse différentielle sous un seuil donné (qui en pratique sera très faible).

[0071] Sur la figure 5, on a ainsi illustré un mode de réalisation à une seule machine électrique réversible 56, dont le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 à l’arbre intermédiaire 26 est réalisé par un accouplement à crabot à trois positions sans synchroniseurs, qui permet d’accoupler la machine électrique réversible 58 soit à l’arbre intermédiaire 26 avec interposition d’un réducteur de vitesse 62, soit à la prise de force 65, le cas échéant avec interposition d’un réducteur de vitesse 162, et qui dispose d’une position intermédiaire neutre dans laquelle aucune liaison n’existe ni entre l’arbre intermédiaire 26 et la machine électrique réversible 56, ni entre la machine électrique réversible 56 et la prise de force 65, ni entre l’arbre intermédiaire 26 et la prise de force 65. Avec cette variante, on s’assure que l’organe de prise de force 65 ne peut être entraîné que par la machine électrique réversible 56, et uniquement lorsque cette dernière n’est pas liée à l’arbre intermédiaire 26. Une telle disposition sera préférée si l’on souhaite empêcher un entraînement de la prise de force 65 par le moteur principal 14 du véhicule. Dans ce cas de figure, la machine électrique réversible 56 est située à l’extérieur de la cavité principale cavité 22 du carter de transmission 24.

[0072] Selon le mode de réalisation de la figure 5, le mécanisme d’accouplement et de désaccouplement 58 est dans une position telle que l’organe de prise de force 65 est accouplé à machine électrique réversible 56 lorsque la machine électrique réversible est désaccouplée de l’arbre intermédiaire 26, et alternativement dans une position telle que l’organe de prise de force 65 n’est pas accouplé à la machine électrique réversible 56 lorsque la machine électrique réversible 56 est accouplée à l’arbre intermédiaire 26.

[0073] Sur la figure 6 est illustré un mode de réalisation dérivé de celui de la figure 1, appliqué à une boîte de transmission à deux arbres primaires 12, 112, qui peuvent être alternativement accouplés au moteur principal 14 du véhicule par un double embrayage 120. Les roues dentées primaires 38, 40 sont accouplées de façon permanente chacune à un des deux arbres primaires 12, 112.

[0074] Naturellement, les exemples représentés sur les figures et discutés ci- dessus ne sont donnés qu'à titre illustratif et non limitatif. Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux les différents modes de réalisation illustrés pour en proposer d'autres.

[0075] Comme indiqué précédemment, la deuxième machine électrique réversible est optionnelle dans tous les modes de réalisation. Le train d’engrenage réducteur peut être remplacé par tout autre mécanisme réducteur, notamment un train épicycloïdal, ou un mécanisme réducteur à courroie ou à chaîne. Les organes d’entrée et de sortie du mécanisme réducteur peuvent être coaxiaux, parallèle ou suivant une autre orientation. L’axe de révolution du rotor de la première machine électrique peut être coaxial avec l’axe de révolution de l’arbre intermédiaire, ou parallèle et à distance de l’axe de révolution de l’arbre intermédiaire ou suivant une autre orientation. Les machines électriques réversibles 56, 66 sont de préférence positionnées en dehors du carter 24 de la boîte de transmission, mais les trains réducteurs 62, 72 peuvent être disposés à l’intérieur ou à l’extérieur de la cavité principale 22 du carter 24.

[0076] La description qui a été ici faite de la boîte de transmission 18 est illustrative et n’a pas vocation à limiter la portée de l’enseignement de la présente demande, qui peut s’appliquer à d’autres configurations, avec un nombre plus ou moins grand de rapport, avec des accouplements à crabot ou à synchroniseurs.