Brevet FR2463334A1 — publié le 19810220

La présente invention se rapporte à des disposi- tifs hydrauliques de commande de changement de rapport pour boîte de vitesses à rapports multiples. Certains dispositifs de commande de bottes de vitesses de la technique antérieure, utilisent des électrovan- nes pour commander la manoeuvre de distributeurs de changement en montée et en descente des rapports et exigent l'utilisation d'un organe de commande électromagnétique séparé sur chacun des distributeurs de changement inclus dans l'installation, de sorte que, si, par exemple, l'installation de commande hy- draulique comporte trois distributeurs de changement, elle doit comporter trois électrovannes. La présente invention a pour objet un disposi- tif de commande de changement de rapport pour boite de vites- ses à rapports multiples qui comporte des dispositifs à fric- tion manoeuvrés par une pression de fluide et dans laquelle les passages des rapports en montée et en descente, sont com- mandés par un appareil de commande de la pression hydraulique qui distribue une pression de fluide aux dispositifs à fric- tion, cet appareil de commande comprenant plusieurs distribu- teurs de changement qui sélectivement appliquent ou non la pression aux différents dispositifs à friction, et comportent chacun une chambre de commande reliée à une source de pression de référence et une chambre de commande de changement ayant une des sections de surface prédéterminée différente de celle de la chambre de commande, et dans chacun desquels le rapport entre les surfaces de la chambre de commande et de la chambre de commande de changement est différent de ceux des autres distributeurs de changement; une éléctrovanne possédant une sortie reliée à chacune des chambres de commande de change- ment; et des éléments de commande électriques qui ont pour fonction d'exciter l'électrovanne par des impulsions ayant des cycles de charge différents, pour produire à la sortie de l'électrovanne plusieurs niveaux de pression distincts qui cor- respondent respectivement aux différents rapports de la boite de vitesses, et provoquer sélectivement la manoeuvre des dis- tributeurs de changement dans le sens de la montée ou de la descente des rapports. Ainsi, avec un tel dispositif de commande de changement de rapports, on utilise une électrovanne unique pour commander plusieurs distributeurs de changement. Pour une forme préférée de réalisation d'un dis- positif de changement de rapport suivant l'invention, la com- mande par électrovanne utilise quatre cycles de charge dis- tincts et fournit en conséquence quatre niveaux de pression différents d'obtention d'un changement de rapport commandé, dans une boite de vitesses à quatre rapports. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux au cours de la description qui va suivre. Sur les dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple - la Fig. 1 est une vue schématique d'une partie d'un dispositif de commande hydraulique pour véhicules qui il- lustre une forme de réalisation d'un dispositif de commande de changement de rapport conforme à la présente invention; et - la Fig. 2 est un graphique montrant la rela- tion entre le cycle de charge de l'électrovanne et la pression commandée. Sur la Fig. 1, est représentée une source hydrau- lique 10 qui est composée d'une pompe hydraulique classique et de soupapes de régulation et qui produit une pression de conduite principale classique dans un passage 12 et une pres- sion d'alimentation pratiquement constante dans un passage 14. La pression de conduite principale qui règne dans le passage 12 est transmise à un distributeur 16 de changement 3-4, à un distributeur 18 de changement 2-3 et à un distributeur 20 de changement 2-1. La pression d'alimentation régnant dans le passage 14 est-transmise aux trois mêmes distributeurs et elle est en outre transmise à un distributeur 22 de changement 1-2 et à une électrovanne désignée dans son ensemble par la réfé- rence 24. L'électrovanne 24 transmet une pression de sortie variable à un passage de commande 26 qui est relié à chacun des distributeurs 16 à 22. L'électrovanne 24 est un appareil qui fournit une pression de sortie variable selon le signal qui est appli- qué à l'enroulement de son électro-aimant; par exemple, elle peut être construite conformément à l'appareil de commande re- présenté dans le brevet des E.U.A. no 3 225 619. L'électrovanne 24 est incorporée dans un circuit électrique qui comprend un modulateur de largeur d'impulsion (Ptm,) 28 un multiplexeur 30 et un module électronique 32 de commande de changement. Ce module 32 peut être par exemple construit comme décrit dans le brevet des E.U.A. no 3 448 640. Ce type de commande électronique des changements de rapport émet des signaux de sortie discrets et, pour la forme préfé- rée de réalisation qui est représentée, il doit fournir trois signaux discrets qui sont transmis au multiplexeur 30 par des connexions électriques 34, 36 et 38 respectivement. Le multi- plexeur 30 est un dispositif électronique classique qui est capable de prendre quatre niveaux d'entrée discrets représen- tés respectivement par des lignes 40, 42, 44 et 46 et qui émet un signal de sortie unique sur une ligne 48, en fonction des signaux de commande reçus par les connexions électriques 34, 36 et 38. La ligne 48 est connectée au modulateur de lar- geur d'impulsions 28 qui est un dispositif électronique clas- sique, par exemple un oscillateur de commande de la tension, du type possédant un cycle de charge de sortie réglé en fonc- tion de l'entrée constituée par une tension continue. Le cy- cle de charge de sortie du modulateur de largeur d'impulsions 28 est transmis par une connexion 50 à l'électrovanne 24. Dans ce mode de réalisation, le multiplexeur 30 possède quatre entrées, présentant des niveaux de tension dif- férents, sur les lignes 40, 42, 44 et 46 qui, en fonction des signaux de commande reçus de la commande électronique de chan- gement 32, sont envoyés au modulateur 28 de largeur d'impul- sions, lequel produit à son tour une sortie. Plus précisément, si l'appareil électronique 32 de commande de changement n'émet pas de signaux, la sortie du modulateur de largeur d'impul- sions 28 est un cycle de charge de 25 %. Si la ligne 34 est excitée, le multiplexeur 30 transmet un signal de tension con- tinue plus élevée au modulateur de largeur d'impulsions 28 de sorte que l'on obtient un cycle de charge de 50 5% à la sortie du modulateur de largeur d'impulsion 28. Si les lignes 34 et 36 sont toutes deux excitées, le modulateur de largeur d'im- pulsions 28 émet comme sortie un cycle de charge de 75 X% et, si les trois lignes 34, 36 et 38 sont excitées, le modulateur de largeur d'impulsions 28 fournit à sa sortie un cycle de charge de 100 %. Pour chaque cycle de charge, l'électrovanne 24 fournit une sortie de pression de commande correspondante, comme représenté sur la Fig.2. Par exemple, avec un cycle de charge de 25 %, la pression de commande sera de 25 % de la pression d'alimentation. Le distributeur 22 de changement 1-2 comprend un tiroir 52 qui coulisse dans un alésage échelonné 54. Le ti- roir 52 comporte deux portées 56 et 58 de même diamètre et une portée 60 de plus petit diamètre. La surface différentielle entre les portées 58 et 60 coopère avec l'alésage 54 pour for- mer une chambre de commande 61. Le côté gauche de la portée 56 coopère avec une plaque d'extrémité 62 et avec l'alésage 54 du distributeur pour délimiter une chambre 63 de commande du changement de rapport, qui est en communication de circula- tion de fluide avec le passage de commande 26. Dans-la position représentée sur le dessin, l'espace compris entre les portées 56 et 58 est en communica-- tion de circulation de fluide avec un orifice de mise à la bâche et avec un orifice de commande 66. L'alésage 54 du dis- tributeur est relié par deux orifices 68 et 70 au passage d'a- limentation 14 et le c8té droit de l'alésage 54 est relié à un orifice de mise à la bâche. Comme on peut le voir, la cham- bre de commande 61 est reliée au passage d'alimentation 14 dans lequel, ainsi qu'on l'a décrit plus haut, règne une pres- sion à peu près constante. La chambre de commande 61 a une sec- tion dont l'aire est égale à 37 % de la surface de la section de la chambre 64 de commande du changement. De ce fait, si la pression dans le passage 26 est égale ou inférieure à 37 I, de la pression dans le passage 14, le tiroir 52 se trouve dans la position représentée. Au contraire, si la pression dans le passage 26 est supérieure à 37 % de la pression dans le passage 14, le tiroir 52 prend la position de montée des rapports, dans laquelle la portée 56 ferme l'orifice de mise à la bâche et établit la communication entre les orifices 68 et 66, de sorte que la pression d'alimentation est présente à l'orifice 66. Le distributeur 20 de changement 2-1 comprend un tiroir 72 qui coulisse dans un alésage de distributeur 74 à diamètre échelonné et une navette 76 qui coulisse dans un alésage 78 du distributeur. La navette 76 coopère avec ltalé- sage 78 et avec le chapeau d'extrémité 62 pour délimiter une chambre 80 de commande de changement qui est en communication de circulation de fluide avec le passage 26. Le tiroir 72 possède une portée 82 de grand diamètre et deux portées espa- cées 84 et 86 qui ont le même diamètre. L'extrémité de gauche du tiroir 72 est en butée contre la navette 76 et la portée 86 coopère avec l'alèsage 74 pour délimiter une chambre 88 qui est en communication de circulation de fluide au moyen d'un conduit 90, avec l'orifice 66 du distributeur 22 de changement 1-2. Dans la position représentée, l'espace compris entre les portées 84 et 86 est relié au passage 12 et également à un orifice 92 qui est lui-même relié à un conduit 94, lequel est à son tour en communication de fluide avec un dispositif d'é- tablissement de rapport 96, d'un type classique, à friction et à commande par fluide, qui peut entrer en action pour éta- blir le deuxième rapport dans une boîte de vitesses classique à quatre rapports, non représentée. La surface différentielle entre des sections des portées 82 et 84 reçoit la pression ve- nant du passage d'alimentation 14, ce qui crée dans le distri- buteur une force capable de repousser le tiroir 72 vers la gauche, contre la force créée par la pression de commande rè- gnant dans la chambre 80 et agissant sur la navette 76. La surface différentielle entre les sections des portées 82 et 84 délimite avec l'alésage 74 du distribu- teur, une chambre de commande 98 dont la section a une aire représentant environ 12 % de celle de la chambre de commande de changement 80. Lorsque la pression de commande dans le pas- sage 26 est égale ou inférieure à 12 % de la pression d'ali- mentation dans le passage 14, le distributeur 20 occupe la po- sition représentée. Au contraire, lorsque la pression de com- mande dans le passage 26 est supérieure à 12 % de la pression d'alimentation, le tiroir 72 se déplace vers la droite, en supprimant la liaison entre l'orifice 92 et le passage 12 et en reliant l'orifice 92 à la bâche pour mettre hors d'action le dispositif 96 d'établissement de rapport. Toutefois, si le distributeur 22 de changement 1-2 a été amené à la position de montée des rapports par la pression du fluide dans la cham- bre 64 de commande du changement, le conduit 90 est relié à la chambre 88 de sorte que la force qui résulte de la pression de fluide agissant dans les chambres 88 et 98 est plus gran- de que la force résultant de la pression de commande dans la chambre 80, le tiroir 72 se trouvera donc dans la position représentée et la pression de fluide sera dirigée vers le con- duit 94. Le distributeur 18 de changement 2-3 comprend un tiroir 99 qui coulisse dans un alésage de distributeur 100, à diamètre échelonné, et comporte une portée 102 de grand dia- mètre et deux portées plus petites 104 et 106 de même diamètre. La portée 102 coopère avec l'alésage 100 du distributeur pour délimiter une chambre 108 de commande de changement et la por- tée 106 coopère avec l'alésage 100 pour délimiter une chambre de commande 110. La chambre de commande de changement 108 est en communication de circulation du fluide avec le passage 26 et la chambre de commande 110 est en communication de circula- tion du fluide avec le passage d'alimentation 14. La relation entre les diamètres des portées 102 et 106 est telle que l'ai- re de la section de la chambre de commande 110 est égale à 62 eà de l'aire de la section de la chambre 108 de commande de changement et, de ce fait, la pression de commande dans le passage 26 doit être supérieure à 62 % de la pression d'ali- mentation pour qu'il se produise un changement de rapport en montée dans le distributeur 2-3. Dans la position de descente des rapports représentés, un orifice 112 du distributeur 18 de changement 2-3 met un orifice d'évacuation en communica- tion avec un passage 114 qui est à son tour relié à un dispo- sitif d'établissement de rapport du type classique, à friction et à commande par fluide, qui entre en jeu pour établir un troisième rapport dans la boîte de vitesses. Lorsque la pres- sion dans le passage 26 excède 62 % de la pression dans le passage 15, le distributeur 18 de changement 2-3 prend sa position de montée des rapports, en établissant une communica- tion entre les passages 12 et 114 par l'espace compris entre les portées lo4 et 106, de sorte que le dispositif d'établis- sement du troisième rapport est en action. Le distributeur 16 de changement 3-4 comprend un tiroir 116 qui coulisse dans un alésage de distributeur 118 à diamètres échelonnés. Le tiroir 116 comprend une portée de grand diamètre 120 et deux portées 122 et 124 plus petites mais de même diamètre. La portée 120 coopère avec l'alésage 118 pour délimiter une chambre 126 de commande de changement qui est reliée au passage 26 et la portée 124 coopère avec l'alésage 118 pour délimiter une chambre de commande 128 qui est en communication de fluide avec le passage d'alimentation 14 et a une section dont l'aire représente 87 % de celle de la section de la chambre 126. L'alésage 118 du distributeur est en communication pour la circulation du fluide, par un orifice 130 et un conduit 132, avec un dispositif d'établis- sement du rapport du type à friction qui établit le quatrième rapport de la boite de vitesses. Dans la position de descente des rapports représentée, le passage 132 est relié à la bâche 2 46333 4 par l'espace compris entre les portées. 122 et 124. Lorsque la pression de commande dans le passage 26 dépasse 87 % de la pression dans le passage d'alimentation 14, le tiroir 116 est placé dans sa position de montée des rapports, et établit ainsi une communication entre les passages 12 et 132 de sorte que le dispositif d'établissement du quatrième rapport est excité (enclenché) pour établir le quatrième rapport dans la botte de vitesses. La botte de vitesses utilisée en combinaison avec la forme préférée de ce dispositif de commande des chan- gements de rapports, représentée sur la Fig. 1, utilise des dispositifs unidirectionnels en série avec les dispositifs à friction dans les organes de réaction des trains planétaires. Ces bottes de vitesses sont bien connues dans la technique. Pour le premier rapport ou rapport inférieur, le dispositif unidirectionnel constitue le seul mécanisme de réaction et le dispositif à friction n'est pas,utilisé. Pour le fonctionne- ment en deuxième rapport, l'organe de réaction unidirectionnel est en série avec le dispositif à friction et il en est de mg- me pour le fonctionnement en troisième rapport. Le quatrième rapport est généralement une prise directe utilisant deux em- brayages à friction d'une façon bien connue. Ceci simplifie la séquence de coordination nécessaire lors de la montée et de la descente des rapports puisque tous les changements de rapports impliquent l'utilisation d'un dispositif unidirec- tionnel d'établissement du rapport. La construction, la simpli- cité et l'efficacité de ces dispositifs sont bien connues. Le dispositif de commande représenté sur la Fig. 1 est conçu de manière telle que, lorsque pour une raison quel- conque, l'électrovanne 24 ne reçoit pas de signal électrique, la pression dans le passage 26 est à peu près nulle et, en tous cas, très inférieure à 12 5' de la pression du fluide dans le passage 14. Dans ces conditions, les distributeurs 16, 18, et 22 occupent la position représentée et la boite de vi- tesses est réglée pour le deuxième rapport. Ceci est considéré comme un mode de fonctionnement acceptable en cas de défaut de fonctionnement des dispositifs de commande électriques. La source hydraulique 10 comprend un distributeur classique, ma- noeuvré manuellement, qui permet de passer manuellement la mar- che arrière, le point mort et la marche avant, ainsi qu'on en trouve couramment dans les transmissions automatiques pour vé- hicules automobiles de tourisme. Lorsque les signaux de commande électriques sont engendrés et que la position de marche avant a été sélection- née, tant que le dispositif électronique 32 de commande du changement n'a pas signalé que l'on préfère un changement 1-2, la sortie de l'électrovanne 24 représente 25 % de la pression d'alimentation dans le passage 14, le tiroir 72 du distribu- teur 20 de changement 2-1 se trouve dans sa position de droite et la boîte de vitesses est placée pour le fonctionnement en premier rapport. Lorsque le dispositif de commande électroni- que 32 indique la nécessité d'une montée de rapport, le multi- plexeur 30 et le modulateur de largeur d'impulsions 28 entrent en action de sorte que la pression dans le passage de comman- de 26 devient égale à 50 % de la pression d'alimentation et, est par conséquent, considérablement supérieure aux 37 % né- cessaires pour faire manoeuvrer le distributeur 22 de change- ment 1-2 dans le sens de la montée des rapports. Lorsque ce distributeur 22 a manoeuvré de cette façon, la botte de vites- ses est en position pour le fonctionnement en deuxième rapport. Le dispositif électronique 32 indiquera ensuite la nécessité d'un changement en montée 2-3, qui établira un cycle de charge de 75 % au niveau de l'électrovanne 34 et, par conséquent, une pression de commande égale à 75 % de la pres- sion d'alimentation, ce qui déclenche une manoeuvre de montée de rapports dans le distributeur 18 de changement 2-3, ayant pour effet que la boite de vitesses est réglée pour le fonc- tionnement en troisième rapport. Le dispositif électronique signalera ensuite une demande de changement de rapport 3-4, ce qui se traduit par l'établissement d'un cycle de charge de 100 % dans lté- lectrovanne 24, laquelle accro t alors la pression de commande dans le passage 26 de manière que cette pression soit égale à la pression d'alimentation, et le distributeur 16 de chan- gement 3-4 passe en position de montée des rapports, ce qui se traduit par l'établissement du quatrième rapport dans la boiL- te de vitesses. Dans les conditions de marche du véhicule qui demandent une descente des rapports, par exemple une marche en c8te ou une nécessité d'accélérer le véhicule, le disposi- tif électronique 32 fournit des signaux qui ont pour effet de faire varier en conséquence la pression de commande dans le passage 26 et les distributeurs de changement prennent les positions exigées par le rapport des pressions dans les pas- sages 14 et 26 respectivement. Ainsi qu'indiqué plus haut, si lëlectrovanne 24 ne reçoit plus de signaux, la transmission est mise en deuxième rapport, ce qui permet au véhicule de con- tinuer à fonctionner. La description d'une forme préférée de réalisa- tion de l'invention qui a été donnée plus haut, mentionne l'utilisation de dispositifs de réaction unidirectionnels. Toutefois, les distributeurs de changement utilisés dans la boite de vitesses peuvent si nécessaire être modifiée pour assurer la commande de la pression du fluide transmis aux di- vers dispositifs d'établissement de rapports, à friction, pour leur permettre de s'enclencher et de se débrayer en con- séquence, sans altérer le fonctionnement de base des change- ments de rapports. On remarquera qu'il n'est pas nécessaire, pour établir la commande du point de changement de rapport, de prévoir des aires d'hystérésis, des ressorts ou d'autres éléments de rappel mécaniques puisque le rapport entre les chambres de commande et les chambres de changement de rapport est tel que le rapport entre la pression de commande émise et la pression d'alimentation élimine tous les problèmes de pompage qui pourraient se poser dans d'autres cas. Par consé- quent, il se produit un changement de rapport 1-2 lorsque la pression de commande est de 37 %o de la pression d'alimentation. Toutefois, la pression de commande est établie à des niveaux discrets de 25 X ou de 50 5 de sorte que le rapport de pres- sion de 37 rô exactement, qui se trouve à peu près à mi-chemin entre les rapports de pression (et également les rapports de sections) de 25 % et 50 9O n'est pas présent pendant une pério- de prolongée. En variante, il serait possible d'utiliser des aires d'hystérésis sur les tiroirs des distributeurs pour ga- rantir positivement les montées et descentes des rapports si le rapport de la chambre de commande de changement de chaque distributeur devait coïncider plus exactement avec les fonc- tions de rapports de pression qui sont établis entre la pres- sion d'alimentation et la pression de commande. Toutefois, dans le cas d'une boîte de vitesses à quatre rapports, il ne semble pas qu'il doive être nécessaire d'utiliser des tolé- rances de commande aussi serrées de sorte qu'on n'estime pas qu'il sera nécessaire de recourir à l'hystérésis. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Dispositif de commande de changements de rapport pour boite de vitesses à rapports multiples, compre- nant des dispositifs à friction commandés par une pression de fluide, dans laquelle les changements de rapports en montée et en descente sont commandés par un appareil de commande de la pression hydraulique qui distribue la pression aux dispo- sitifs à friction en fonction d'un cycle de charge variable, caractérisé en ce qu'il comporte une série de distributeurs de changement de rapport (16 à 22) qui sélectivement trans- mettent ou non, la pression aux différents dispositifs à fric- tion, chaque distributeur comportant une chambre de commande (128, 110, 98 ou 61) reliée à une source de pression de réfé- rence (10) et une chambre de commande de changement (127, 108, 80 ou 64) qui possède une aire prédéterminée différente de celle de la chambre de commande, et ayant un rapport entre les surfaces de la chambre de commande et de la chambre de chan- gement de rapport différent de ceux des autres distributeurs de changement; une électrovanne (24) possédant une sortie re- liée à chacune des chambres de commande de changement; et des moyens de commande électriques (28 à 46) qui excitent l'é- lectrovanne par des impulsions possédant des cycles de charge variables pour produire à la sortie de l'électrovanne plusieurs niveaux de pression distincts qui correspondent respectivement aux différents rapports de la boîte de vitesses, et provoquer sélectivement les manoeuvres des distributeurs de changement dans le sens de la montée ou de la descente des rapports. 2 - Dispositif de commande du changement de rap- port suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pres- sion de référence est une pression constante et en ce que la source de pression de référence (10) est reliée à une entrée de pression de l'électrovanne (24). 3 - Dispositif de commande de changement de rap- port suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, dans une séquence de changements de rapport qui utili- se des niveaux de pression différents et de plus en plus élevés à la sortie de l'électrovanne (24), chaque niveau de pression a une valeur à peu près à mi-chemin entre les rapports d'ai- res des chambres de changement des distributeurs qui se suc- cèdent (16 à 22) dans la séquence de changements. 4 - Dispositif de commande des changements de rapport suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les niveaux de pression différents de la séquence de changements sont respectivement de 25 I%, 50 %, 75 % et 100 % de la valeur de la pression de référence et en ce que dans les distribu- teurs de changements successifs (20, 22, 18 et 16) les rapports des aires des chambres sont respectivement de 12 %, 37 %, 62 % et 87 S.