Brevet FR2556291A1 — publié le 19850614

La présente invention est relative aux boîtes de vitesses de véhicules automobiles, plus particulièrement de fort tonnage et elle concerne, plus spécialement, les boîtes de vitesses à commande mécanique. Dans le domaine technique ci-dessus, les boîtes de vitesses du type mécanique peuvent etre commandées de façon manuelle, par l'intermédiaire d'une transmission à distance reliant la poignée de commande ou poste de conduite aux organes mobiles de la boîte. On sait que de telles transmissions mécaniques à distance n introduisent pas des conditions optimales de changement des rapports de démultiplication de la bolte. Les inconvénients pouvant être portés au compte de telles transmissions à distance sont, le manque de précision de la grille de passage des vitesses, ainsi que la fermeté de manoeuvre qui exige une dépense physique notable de la part du conducteur. Ces- inconvénients ne sont pas favorables à des évolutions dans de bonnes conditions de conduite et sont, fréquemment, cause de ruptures d'organes constitutifs sollicités dans de mauvaises conditions d'engrènement relatif. Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a proposé de faire intervenir une commande manuelle assistée, de façon à relayer l'action du conducteur une fois que ce dernier a initié ou amorcé son intention de changer un rapport de démultiplication. Une telle assistance est, généralement, du type pneumatique et comprend des vérins adaptés sur le poste de changement des vitesses. Ces vérins sont alimentés sélectivement par l'intermédiaire d'une centrale de décision prenant en compte les informations correspondant aux initiatives du conducteur et des paramètres de sécurité et de fonctionnement, à la fois du moteur d'entraînement et du véhicule. Si une telle assistance peut supprimer la dépense physique imposée au conducteur, en revanche, elle laisse subsister la transmission mécanique à distance, qui est toujours responsable de l'accumulation de jeux de construction ou d'usure, responsables d'un manque de précision dans l'exécution des ordres de commande entre le poste de conduite et la boîte. En outre, de tels moyens sont particulièrement onéreux et délicats de montage et de réglage, étant donne qu'ils doivent etre adaptés en surplus des moyens techniques inclus dans les transmissions à distance de type mécanique, depuis le poste de conduite jusqu'à une boîte de vitesse. L'objet de l'invention est de remédier aux inconvénients des techniques actuellement connues, en proposant une nouvelle installation de commande à distance et d'assistance d'une boite de vitesses du type mécanique, nouvelle installation permettant de supprimer totalement les transmissions mécaniques à distance des solutions traditionnelles et d'apporter, simultanément, une assistance à la conduite pour supprimer la dépense physique normalement imposée au conducteur. Un autre objet de l'invention est de proposer une installation de commande et d'assistance à distance pouvant être aisément adaptée sur tous les types de boîtes de vitesses, de type mé cantique. : Un objet encore de l'invention est de rendre possible la suppression totale dans les habitacles ou postes de conduite de véhicules automobiles du poste de changement de rapport de vitesses pour le remplacer par un boîtier de faibles dimensions, à partir duquel les différents ordres de commandes peuvent être initiés. Un objet supplémentaire de l'invention est de proposer une installation de commandes à distance, offrant une grande possi bilité de choix de programmes d'assistance, en fonction des séquences de passage ou de changement devant être imposées ou respectées, selon l'application particulière ou l'utilisation du véhicule équipe d'une telle installation. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - un vérin à double effet monté sur la boîte de vitesses pour attaquer directement la fourchette de passage du point mort au premier rapport de vitesse et inversement, - un vérin à double effet et à point mort inter médiaire monté sur la boîte de vitesses pour attaquer directement la fourchette de passage de l'un à l'autre et inversement des rapports de vitesses de chaque paire de rapports supplémen taires possédée par la boîte, - un vérin à double effet d'actionnement de la commande de vitesse de rotation de l'organe mo teur, - un générateur de fluide sous pression, - un boîtier d'électrovannes contrôlant l'alimen tation des différents vérins à partir du géné rateur, - un calculateur programmé contrôlant l'alimenta tion électrique sélective des différentes élec trovannes et commandant un embrayage électro mécanique automatique, - et un manipulateur à commande manuelle trans mettant au calculateur, sous forme d'impulsions électriques, les ordres de passage décidés par un opérateur. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description ci-dessous faite en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. I est une représentation schématique de l'installation de commande à distance et d'assistance conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue schématique de l'un des éléments constitutifs de l'installation. Les fig. 3 et 4 sont des vues schématiques illustrant deux autres positions caractéristiques de fonctionnement de l'élément constitutif illustré par la fig. 2. Les fig. 5 et 6 sont des diagrammes montrant, à titre d'exemples, le déroulement de différentes phases de fonctionnement de l'insrallation dans un cas de montée d'une vitesse et dans un cas de descente d'une vitesse. Selon la fig. 1, l'installation de commande à distance et d'assistance est illustrée en relation avec une boîte à vitesses 1 associée à un organe moteur, non représenté, par un embrayage 2 du type électromécanique, par exemple à position de repos embrayée. La boite I est du type comportant une fourchette 3 commandant un inverseur de marche, une fourchette 4 de passage d'un état point-mort à un premier rapport de démultiplication dénommé première vitesse, une fourchette 5 de passage entre les deux rapports d'un étage de démultiplication supplémentaire et dénommés deuxième et troisième vitesses et d'une fourchette 6 de commande des passages entre les rapports de démultiplication d'un deuxième étage comprenant les vitesses dénommées quatrième et cinquième. I1 va de soi que l'objet de l'invention peut s'appliquer à des boîtes de vitesses mécaniques de types différents, incluant n étages de deux rapports de démultiplication. Selon l'installation de commande conforme à l'invention, la fourchette 3 est attelée à la tige de piston d'un vérin à double effet 7, de préférence de type pneumatique. Le vérin 7 est monté sur le carter de boîte I pour attaquer directement la fourchette 3 et placer ainsi cette dernière dans l'une ou l'autre des positions de fonctionnement. de l'inverseur, c'est-à-dire dans l'état pouvant être qualifié de marche avant, figuré par le symbole "AV" ou dans l'état de marche arrière, tel que cela est figuré par le symbole "AR". La fourchette 4 est attelée à la tige de pistpn d'un vérin 8 à double effet qui est, également, monté- sur le carter de la boîte 1 pour attaquer directement la fourchette 4, Le vérin 8 est aussi du type pneumatique et peut commander le déplacement de la fourchette de la position point mort, symbolisée "PM", à la position première vitesse symbolisée "1ère", ou inversement. La fourchette 5 est attelée à la tige de piston d'un verin 9, à double effet, mais du type à position point mort intermédiaire. Le verin 9 est monté sur le carter de boîte 1 pour attaquer directement la fourchette 5 qui peut, ainsi, être immobilisee dans une position point mort, symbolisée "PM" ou être déplacée dans l'une ou l'autre des positions extrêmes correspondant aux rapports deuxième et troisième symbolisés "2ème" et "3eme".La fourchette 5 peut ainsi occuper trois états stables correspondant à un enclenchement du rapport de seconde vitesse, à un enclenchement du rapport de troisième vitesse ou, encore, à un état intermédiaire dans lequel l'étage correspondant est placé dans un état stable neutre, qualifié de point mort. La fourchette 6 est attaquée directement par un vérin 10 qui est du même type que le vérin 9 et se trouve monté, comme ce dernier, sur le carter de boîte à vitesses 1. Le vérin 10 est conçu et disposé pour commander un déplacement de la fourchette 6 homclogue à celui de la fourchette 5. Selon l'invention, chaque vérin 9 ou 10 est, de préférence, constitué, comme illustré par la fig. 2. Chaque vérin comprend un corps 11 constitué par deux cylindres 12 et 13 placés, sensiblement, dans le prolongement l'un de l'autre, et séparés par une cloison transversale 14. Les cylindres 12 et 13 sont fermés à leurs extrémités opposées, d'une part, par un chapeau 15 et, d'autre part, par un fond 16. Le corps 11 est associé à une tige 17 coulissant avec étanchéité dans la cloison 14 et le chapeau 15 pour s'étendre en permanence à travers le cylindre 12 et, au moins en partie, à l'in térieur du cylindre 13. La partie 17b de la tige 17 faisant saillie hors du chapeau 15 est attelée par des moyens connus à la fourchette 5 ou 6 non représentée à la fig. 2. Le cylindre 12, dénommé cylindre moteur, contient un piston 18 qui est solidaire de la tige 17. Le piston 18 délimite dans le cylindre moteur 12 deux chambres à volume variable 19 et 20 pouvant être mises en relation avec un circuit d'admission ou de refoulement de fluide sous pression par deux raccords indépendants 21 et 22. Le cylindre 13, dénommé dans ce qui suit cylindre de rappel, contient deux pistons libres 23 et 24 susceptibles de coulisser respectivement librement sur la partie 17a de la tige 17 occupant le cylindre 13 et à l'intérieur de ce dernier. Les deux pistons 23 et 24 délimitent, ainsi, a l'intérieur du cylindre 13, deux chambres extrêmes 25 et 26 à volume variable et une chambre intermédiaire 27, également a volume variable. Les pistons libres -23 et 24 peuvent coulisser librement, de part et d'autre d'une butée axiale 28 présentée par le cylindre 13 dans sa partiemédiane transversale. Les pistons 23 et 24 peuvent coulisser librement par rapport à la partie 17a qui comporte une butée extrême 29 et une butée 30, par exemple constituées par des joncs élastiques. La butée 30 occupe la position médiane transversale de la partie 17a dont la longueur est choisie égale à celle du cylindre 13 lorsque le piston 18 est situé dans une position intermédiaire médiane divisant le cylindre moteur 12 en deux champ bres 19 et 20 de même volume. Dans cet état, la butée 30 se trouve située dans le plan transversal passant par la butée 28.La longueur totale de la tige 17 est, également, déterminée pour que, dans cet état, la partie 17b soit sensiblement égale la course utile du piston 18 dans un sens ou dans l'autre de la flèche f1, à l'inté- rieur du cylindre moteur 12. Le cylindre de rappel 13 est prolongé par un embout 31, dont la longueur est sensiblement égale à la moitié de la longueur du cylindre 12 ou du cylindre 13. Les chambres extrêmes 25 et 26 sont raccordées entre elles par une canalisation d'intercommunication 32 en relation avec un raccord 33 de branchement a un circuit d'amenée et de refoulement d'un fluide sous pression. La chambre intermédiaire 27 est en relation avec le milieu ambiant par un orifice 34 de mise l'air libre. Le vérin décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. La fig. 2 montre le vérin dans une position point mort intermédiaire, dans laquelle le piston moteur 18 occupe une position stable à égale distance des deux positions extrêmes de butée à l'intérieur-du cylindre 12. Cette position stable est obtenue en alimentant, simultanément en fluide sous pression, les chambres extrêmes 25 et 26, de manière à pousser les pistons 23 et 24 contre la butée 28. Dans cet état, les pistons 23 et 24 immobilisent la tige 17 en emprisonnant entre eux la butée 30 de la partie 17a. La position point mort correspond, ainsi, à une butée mecanique stable du vérin 11, position qui peut être réoccupée de façon répétitive, sans aucune modification de la position de réfé- rence. A partir de la position point mort, le vérin peut être alimenté pour atteindre une position extrême correspondantn par exemple, à l'extension de la tige de piston 17, comme cela est illustré par la fig. 3. A cette fin, le fluide sous pression est dirigé par le raccord 22 dans la chambre 20, alors que, simultanément, la chambre 19 est mise en relation avec le circuit de refoulement. Dans le même temps, les chambres 25 et 26 peuvent être mises en relation avec un circuit de retour ou être laissées en relation par linter- communication 32. La position extrême correspond, également, à une butée mécanique qui peut être déterminée par la coopération du piston 18 avec le chapeau 15 ou, encore, par celle du piston 23 entraîné par la butée 30 contre la cloison~14. Par référence à la fig. 1 et à supposer que le fonctionnement ci-dessus soit appliqué au vérin 9, la course d'extension de la tige 17 permet de commander la fourchette 5 de la position stable point mort jusqu'en enclenchement du rapport de multiplication correspondant à la troisième vitesse. Au cours de cette phase de fonctionnement, la partie 17a de la tige 17 coulisse librement à l'intérieur du piston 24 qui est immobilisé par la butée 28. S'il convient de commander la course de rétraction de la tige 17, pour atteindre la position stable répétitive illustrée par la fig. 4, le fluide sous pression est dirigé vers le raccord 21 pour être délivré à l'intérieur de la chambre 19. Simultanément, la chambre 20 est placée en etat de refoulement. Comme précédemment, les chambres 25 et 26 peuvent être laissées en intercommunication. Le piston 18 est ainsi déplacé en direction de la cloison 14, ce qui a pour effet de faire coulisser la partie 17a à l'intérieur du cylindre 13 et d'amener le piston 23 en appui contre la butée 28. Simultanément, la butée 30 repousse le piston libre 24, ce qui se traduit par une réduction du volume de la chambre 26 et un accroissement du volume de la chambre intermédiaire 27. Dans cet état, la partie 17a pénètre à l'intérieur du prolongement 31. La fig. 4 illustre donc, en prenant comme base les mêmes références que ci-dessus, le déplacement de la fourchette 5 depuis ia position correspondant à l'enclenchement du rapport de troisième vitesse, à l'enclenchement du rapport de deuxième vitesse du mEme étage. Un fonctionnement identique intervient pour le cylindre 10 affecté à ltétage des rapports quatrième et cinquieme vitesse. Ltinstallation de commande à distance comprend, par ailleurs, un bottier ou une batterie 35 de n électrovannes 36 con trôlant l'alimentation en fluide sous pression des différents vérins de commande de la botte 1. Dans le cas présent, la batterie 35 comr porte dix électrovannes qui sont affectées de la façon suivante. Les électrovannes 367 contrôlent l'alimentation des deux chambres du vérin 7. Les électrovannes 378 contrôlent l'alimentation des deux chambres du vérin 8. Les trois électrovannes 369 contrôlent l'alimentation des chambres 19, 20, 25 et 26 du verin 9. Les electrovannes 3610 contrôlent l'alimentation des mêmes chambres du vérin 10. La batterie 35 d'électrovannes est reliée par un circuit 38 , par-exemple, un compresseur 39 qui est entraîné en fonctionne ment -à partir de la boîte 1. La batterie 35 comporte, par ailleurs, deux électrovannes supplémentaires 40 qui sont affectées au contrôle de l'alimen- tation des deux chambres d'un vérin à double effet 41 destiné à agir, directement ou indirectement, sur l'organe 42 de commande de la vitesse de rotation du moteur associé à la boite de vitesses 1. L'installation de commande comprend, par ailleurs, un calculateur programmé 43 recevant des impulsions électriques émises par un manipulateur 44 placé à la disposition de l'utilisateur au poste de conduite du véhicule automobile. Le manipulateur 44 comprend, par exemple, un levier 45 d'indication d'intention de changement de rapports. Un tel levier peut3 par exemple, être commandé vers l'avant pour monter une vitesse et vers l'arrière pour la descendre Le manipulateur 44 peut comprendre, par ailleurs, différents organes de commande, tels qu'un arrêt d'urgence 46, des boutons 47 et 48 d'indications de fonctionnement en marche avant ou en marche arrière et un bouton 49 de commande de retour en position point mort de la boîte de vitesses 1. Le calculateur 43 est programmé pour commander l'alimentation sélective des électrovannes de la batterie 35, ainsi que l'alimentation électrique de l'embrayage 2, selon des phases séquentielles prédéterminées en fonction de paramètres de fonctionnement et d'étapes de validation choisis en relation avec les conditions de fonctionnement et de sécurité qui dépendent des caractéristiques techniques et fonctionnelles du véhicule et du mode d'utilisation retenu. A cet égard, des programmes de fonctionnement, plus ou moins élaborés, peuvent être prévus, sans qu'il apparaisse nécessaire de décrire en détail l'un quelconque de ces programmes. A titre indicatif, le programme du calculateur 43 peut être élaboré pour faire intervenir les phases successives suivantes, à partir du moment où le pilote initie, par le levier 45 du manipulateur 44, son intention de passeur, par exemple, de la première vitesse à la seconde. La fig. 5 montre un tel déroulement séquentiel comprenant les phases suivantes à partir de l'instant Tg d'initiation. Le calculateur 43 commande immédiatement l'embrayage 2 en position débrayée 2a. Au temps T1, le calculateur 43 commande l'ouverture de l'électrovanne 378 commandant l'alimentation du vérin 8, pour amener la fourchette 4, par exemple dans l'état stable illustré par la fig. 1. Au temps T2, le calculateur 43 commande l'ouverture de l'é- lectrovanne 40 chargée d'assurer l'alimentation du vérin 41 pour faire passer l'organe 42 en commande de vitesse de- rotation minimale de l'organe moteur. A l'instant T3, le calculateur 43 coupe l'elec- trovanne 367 responsable de l'alimentation du vérin 8.Au temps T4, le calculateur 43 commande les électrovannes 369 permettant d'assurer l'alimentation du vérin 9 dans le sens pour lequel la fourchette 5 est amenée en enclenchement du rapport de démultiplication correspontant la deuxième vitesse, c'est- -dire en course de rétraction de la tige 17. Au temps T5 > le calculateur 43 coupe l'alimentation de l'électrovanne 40, initialement commandes, de façon à libérer le vérin 41 et rendre possible une commande contrôlée de l'organe 42 par le conducteur.Au temps Ts, le calculateur 43 interrompt l'alimentation des électrovannes 369 charges de commander l'alimentation en course de rétraction du vérin 9 et, simultanément, commande l'arrêt d'alimentation de l'embrayage 2 pour que ce dernier repasse en position embrayée. Le rapport de démultiplication correspondant à la seconde vitesse est ainsi engagé et le conducteur peut commander, à sa volonté, le fonctionnement et l'utilisation du véhicule en con trôlant le régime de rotation du moteur par l1intermédiaire de l'organe 42. Le diagramme selon la fig. 6 illustre un exemple de fonctionnement séquentiel résultant du programme du calculateur 43 et permettant de descendre une vitesse, c'est-à-dire de passer d'un rapport supérieur à un rapport inférieur. A l'instant Tos correspondant à l'initiation transmise par le conducteur sur le levier 45 dans le sens d'un rétrogradage, le calculateur 43 commande l'embrayage 2 en position débrayée. Au temps T1, le calculateur 43 commande l'ouverture des électrovannes 36 commandant l'alimentation du vérin 9 ou 10 correspondant à l'é- tage concerné. En supposant que l'intention du pilote soit de passer de la cinquième vitesse à la quatrième, le vérin 10 est ainsi ramené en position point mort intermédiaire par l'alimentation des électrovannes 3610 pour occuper la position illustrée à la fig. 1.Au temps T2, le calculateur 43 coupe l'alimentation de l'embrayage 2 pour le refaire passer dans la position embrayée et, simultanément, commande itélectrovanne 40 chargée d'assurer l'alimentation du vérin 41 dans le sens pour lequel l'organe 42 sollicite une accélération de la vitesse de rotation du moteur. Cette phase séquentielle s 1as- simile au début d'une procédure de rétrogradage par double débrayage. Au temps T3, le calculateur 43 coupe l'alimentation des électrovannes 3610. Au temps T4, le calculateur 43 coupe l'alimentation de la vanne 40 pour interrompre la phase d'accélération intermédiaire de la vitesse de rotation de l'organe moteur du véhicule. Au temps T5, le calculateur 43 commande de nouveau l'embràyage 2 en position débrayée et au temps T6, le calculateur 43 commande alors l'électrovanne 40 permettant d'assurer l'alimentation du vérin 41 pour ramener, obligatoirement, l'organe 42 dans un état correspondant à une vitesse de rotation minimale de l'organe moteur, tout en assurant le blocage de l'organe 42 dans cet état. Cette phase séquentielle correspond à une mesure de sécurité pour éviter que le pilote n'appuie, de façon intempestive ou incontrôlée, sur ltorgane 42.Au temps T7, le calculateur 43 commande les électrovannes 361o chargées d'assurer l'alimentation du vérin 10 pour faire passer la fourchette 6 dans l'état stable d'enclenchement du rapport de quatrième vitesse. Ceci correspond à la course de rétraction de la tige 17. Au temps T8, le calculateur 43 commande l'électrovanne.40 pour libérer totalement l'organe de contrôle 42. Au temps Tg, le calculateur 43 commande de nouveau l'embrayage 2 pour le faire passer en position embrayée, étant donné que l'engagement du rapport de quatrième vitesse a été effectué. Au temps T10, le calculateur 43 interrompt l'alimentation des électrovannes 361o chargées de commander la course de rétraction de la tige de piston du vérin 10. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'installation de commande à distance et d'assistance permet de rapporter directement sur la boîte de vitesse 1 les différents organes de commande des fourchettes ou dispositifs analogues responsables des changements de rapport de démultiplication. Ceci permet de supprimer toute transmission mécanique à distance, entre cette boîte de vitesses et le poste de conduite. Il en résulte une réduction de poids notable, ainsi qu'une fiabilité de commande accrue. Par ailleurs, le conducteur initie et commande les changements de rapport de démultiplication à partir d'une impulsion délivrée aux organes de commande du manipulateur 44 et possède, ainsi, une grande facilité d'exécution, sans dépense physique. Un vehicule de fort tonnage peut ainsi être conduit dans des conditions particulièrement difficiles et pendant une durée relativement longue. L'invention ntest pas limitée à l'exemple décrit et représenté, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS EVENDICATIONS : 1 - Installation de commande à distance d'une boîte de vitesses du type mécanique associée à un organe moteur d'entralne- ment, caractérisée en ce qu'elle comprend - un vérin (8) à double effet monté sur la boîte de vitesses (1) pour attaquer directement la fourchette (4) de passage du point mort au pre mier rapport de vitesse et inversement, - un vérin (9) à double effet et d point mort in termédiaire monté sur la boîte de vitesses (1) pour attaquer directement la fourchette (5) de passage de l'un à l'autre et inversement des rapports de vitesses de chaque paire de rapports supplémentaires possédée par la boîte, - un vérin (41) à double effet d'actionnement de la commande (42) de vitesse de rotation de l'or gane moteur, - un générateur (39) de fluide sous pression, - un boîtier (35) d'électrovannes contrôlant l'ali mentation des différents vérins à partir du gé nérateur, - un calculateur programmé (43) contrôlant l'ali mentation électrique sélective des différentes électrovannes et commandant un embrayage élec tromécanique (2) automatique, - et un manipulateur (44) à commande manuelle transmettant au calculateur, sous forme d'impul sions électriques, les ordres de passage décidés par un opérateur. 2 - Installation de commande selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en plus un vérin de commande (7) à double effet porté par la boite de vitesses (1) pour actionner directement la fourchette (3) de commande d'un inverseur. 3 - Installation de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque vérin à double effet et à position de point mort intermédiaire comprend : - un corps divisé par une cloison (14) en un cy lindre moteur (12) et un cylindre de rappel (13), - une tige (17) s'étendant en permanence dans le cylindre moteur et en partie au moins dans le cylindre de rappel, - un piston (18) solidaire de la tige et coulissant dans le cylindre moteur où il délimite deux cham bres à volume variable (19-20), - deux pistons (23-24) coulissant dans le cylindre de rappel et sur la tige de part et d'autre d'ûne butée axiale (30) présentée par la tige et d'une butée axiale (28) préseltae dans- le cylindre de rappel et délimitant trois chambres à volume variable (25, 26, 27), - deux raccords indépendants (21-22) d'arrivée refoulement de fluide dans les chambres du cy lindre moteur, - deux raccords interconmunicants (32-33) d'arri vée-refoulement de fluide dans les chambres extrêmes du cylindre de rappel, - une mise à l'air libre (34) de la chambre médiane du cylindre de rappel. 4 - Installation de commande selon la revendication 1 ou 3, caractérisée en ce que chaque vérin à double effet et à point mort intermédiaire est alimenté par trois électrovannes indépendantes (36). 5 - Véhicule automobile muni d'un organe moteur et d'une boîte de vitesses du type mécanique et comportant une installation de commande à distance selon l'une des revendications 1 à 4.