Brevet FR2567606A1 — publié le 19860117

La présente invention se rapporte à une boîte de vitesses mécanique- hydrostatique synchronisée à rapport de transmission variable en continu, qui comprend un train de transmission hydrostatique et un train de transmission méca- nique couplé au train hydrostatique et qui fait suite à celui-ci. Le besoin d'une grande puissance de propulsion, c'est-à-dire d'un grand couple à transmettre, pour un véhi- cule circulant à basse vitesse, et d'une grande vitesse de rotation aux grandes vitesses de déplacement sur route ne peut pas être satisfait avec les transmissions hydrostatiques connues jusqu'à présent, qui comprennent des pompes hydrau- liques et moteurs hydrauliques à cylindrée variable. Les compo- sants dont on dispose actuellement pour de telles transmissions hydrostatiques limitent à la fois le couple transmis et la vitesse de rotation permise et il nuest pas possible de couvrir une gamme de vitesses suffisamment grande en utilisant unique- ment des unités pompe et moteur à cylindrée variable. Jusqu'à présent, on utilisait donc une boite de vitesses mécanique qui, en raison des prix et de la technique connue, était d'un type plus simple et comportait plusieurs rapports d'engrenages fixes différents. Il était donc nécessaire d'arrêter le véhi- cule pour passer du rapport de travail tous-terrains au rapport de vitesse sur route (du petit rapport au grand rapport). Par exemple, il est possible d'avoir un rapport de boite de vitesses pour la gamme de vitesses allant de 0 à 15 km/h et un rapport de boîte de vitesses pour la gamme de vitesses allant de 0 à km/h0 Ces boîtes de vitesses connues antérieurement sont donc équipées de deux ou plus de deux gammes de vitesses, mais qui débutent toutes à la vitesse nulle. Il est évident que la nécessité d'arrêter le véhi- cule pour changer le rapport de transmission représente un grave inconvénient et que ceci constituait un obstacle à son utilisation. Dans les transmissions du type hydrodynamique ou à convertisseur de couple, il se produit un glissement continu entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie. Le glissement croît avec l'accroissement de la charge et la vitesse de rota- tion décroît donc sur l'arbre de sortie. Pour donner une gamme de vitesses suffisamment large à une transmission hydro- dynamique, le convertisseur était équipé d'une boite de vitesses mécanique placée à la suite, et construite de telle manière que le passage des rapports puisse se produire pen- dant que le véhicule était en marche. Dans un tel cas, la boîte de vitesses mécanique est du type dit assisté, ce qui o10 signifie qu'à l'instant du changement de rapport, deux rap- ports d'engrenages sont simultanément en prise pendant le transfert progressif de l'engrènement qui s'effectue par l'intermédiaire d'embrayages à glissement. La variation ins- tantanée de vitesse de rotation qui en résulte pendant le temps du changement de rapport est absorbée par le glissement qui se produit dans le convertisseur et le véhicule continue à rouler sans saut de vitesse notable. Le changement de rap- port est exécuté manuellement par le conducteur et, dans tous les cas, il agit uniquement sur la boite de vitesses mécanique, la partie hydrodynamique de la transmission s'ajustant elle- même automatiquement sur la nouvelle vitesse de rotation. La conséquence sera donc un abaissement de la vitesse de rotation d'entrée du convertisseur et, par conséquent, également de la vitesse de rotation du groupe moteur, si l'on effectue un changement en montée des vitesses. Pour le rétrogradage, les vitesses de rotation sont au contraire augmentées. On a également tenté avec une transmission hydro- statique de changer de rapport avec une boite de vitesses assistée de manière à pouvoir obtenir une gamme de vitesses suffisamment large mais le train hydrostatique, dépourvu d'é- lasticité, ne se comporte pas comme un amortisseur dans le changement des rapports et on observe une forte secousse, qui est inconfortable et inflige des contraintes importantes aussi bien au conducteur qu'au véhicule. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients de la technique antérieure qui ont été exposés plus haut. Ce but est atteint avec une boîte de vitesses syn- chronisée, mécanique-hydrostatique, à rapport de transmission variable en continu; boîte caractérisée en ce qu'un sélecteur de rapport actionné par la pression de commande est conçu pour modifier le rapport d'engrenages du train de transmission mécanique d'un échelon prédéterminé, dans le sens décroissant (pour l'amener à un rapport de plus grande vitesse) lorsque la cylindrée du moteur hydraulique atteint sa valeur minimale, et dans le sens ascendant (pour l'amener à un rapport de plus petite vitesse) lorsque la cylindrée dudit moteur atteint sa valeur maximale, et en ce qu'un deuxième moyen de réglage-est agencé pour exer- cer, au moment de la modification du rapport du train de transmission mécanique, un effet inverse de celui de la modi- ficaiton de la cylindrée dudit moteur effectuée par un premier moyen de réglage, et pour modifier cette cylindrée de telle manière que la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du train de transmission hydrostatique soit modifiée d'une façon qui correspond à la modification du rapport de transmission du train de transmission mécanique. La condition à remplir pour obtenir un changement de rapport sans secousse entre deux boîtes de vitesses à vi- tesse variable, une boîte de vitesses hydrostatique et une boite de vitesses mécanique dans le cas en question, consiste en ce que l'arbre de sortie de l'une des boites de vitesses doit toujours posséder la même vitesse de rotation que celle qui doit être obtenue sur l'arbre dDentrée de l'autre boîte de vitesses, les deux arbres étant accouplés. En d'autres termes, le changement de rapport doit être synchronisé. Une forme de réalisation choisie comme exemple d'une zo boîte de vitesses combinée selon l'invention sera décrite en détail dans la suite en regard -du dessin annexé sur lequel la figure 1 représente une transmission pour véhi- cule comportant une boîte de vitesses combinée selon l'inven- tion, et la figure 2 représente une variante de réalisation de la commande d'un régulateur de vitesse inclus dans la trans- mission selon la figure 1. Une transmission ou chaîne cinématique de véhicule est représentée dans son ensemble sur le figure 1 et elle comprend un moteur Diesel 1 qui entraîne par l'intermédiaire d'un arbre 6 une pompe hydraulique 2 débitant une pression de servo-commande et, par l'intermédiaire d'un prolongement 6' de l'arbre, une pompe de transmission hydraulique 3, cette pompe ayant une cylindrée réglable et un débit qui peut être dirigé aussi bien sur le côté de pression que sur le côté de retour vers un moteur de transmission hydraulique 4, qui est également à cylindrée réglable. Ce moteur de transmission hydraulique est relié rigidement, par un arbre 7, à l'arbre d'entrée 7' d'une boîte de vitesses mécanique 5, cette botte de vitesses étant du type dit assisté et, dans cette forme de réalisation, elle comprend deux rapports d'engrenages. La boite de vitesses mécanique 5 est reliée par un arbre 8 à un appareil consommateur de puissance, qui est dans ce cas cons- titué par les roues motrices d'un véhicule agricole. Il peut se produire un changement de rapport syn- chronisé à condition que l'arbre 7, 7' représenté sur la fi- gure 1, qui est commun au train hydrostatique 3, 4 et au train mécanique 5, soit équipé de moyens qui lui impriment la même modification de vitesse de rotation. Ceci est possible si la modification du rapport d'engrenage est exactement la même dans les deux boîtes de vitesses et si le changement de rapport se produit simultanément dans ces deux boites. Etant donné qu'aussi bien la boite de vitesses hydrostatique 3, 4 que la boite de vitesses mécanique 5 peuvent subir un changement de rapport pendant que le couple est transmis à sa pleine valeur, la transmission dans son ensemble peut changer de rapport, avec variation continue pendant que la pleine puissance est transmise dans le véhicule. Pour simplifier la description de manière qu'elle ne se rapporte qu'à la fonction de changement de rapport, on suppose que le moteur Diesel 1 du véhicule travaille à une vitesse de rotation constante dans une forme de réalisation de transmission de puissance complète de véhicule. Un dispo- sitif régulateur de vitesse, de type connu, a pour effet que 2-567606 l'alimentation en combustible soit ajustée à la puissance que le moteur Diesel 1 doit fournir. Il n'est décrit qu'une seule forme de réalisation de la commande des composants inclus dans la transmission, qui est dans ce cas, un dispositif de com- mande sensiblement hydraulique. Pour rendre la suite de la description aussi simple que possible, on considerera maintenant la situation initiale d'un véhicule arrêté, qui possède la transmission représentée sur la figure 1, le moteur Diesel 1 étant supposé, ainsi qu'on l'a mentionné, travailler à une vitesse de rotation constante et à un niveau tel qu'un accroissement de l'alimentation en carburant permette de démarrer à plein couple. Dans la situation initiale, la cylindrée de la pompe hydraulique 3 est nulle, ce qui a pour effet que le moteur hydraulique 4, dont la cylindrée est initialement à son maxi- mum, ne tourne pas, ce qui signifie naturellement à son tour que le véhicule est arrêté. Pour mettre le véhicule en marche, on actionne un régulateur de vitesse 16, par exemple, au moyen d'une pédale mécanique 24 et, proportionnellement à la posi- tion de la pédale, le régulateur est amené à transmettre une pression de commande fournie par la servo-pompe 2 aux moyens de réglage 19 de la pompe hydraulique 3 et aux moyens de ré- glage 20 du moteur hydraulique 4 ainsi qu'aux moyens de ré- glage 26 du sélecteur de rapport 17 de la boite de vitesses mécanique 5. Dans la situation initiale, le sélecteur de rap- port 17 dirige la pression de servo-commande vers un moyen de serrage 12' de l'embrayage hydraulique 11' de la boite de vitesses mécanique 5, l'embrayage 11' rendant ainsi un pignon 9' solidaire de l'arbre de sortie 8 et, en raison de l'engrè- nement de ce pignon 9' avec un pignon 10 monté sur l'arbre d'entrée 7', la boite de vitesses 5 travaille avec son plus grand rapport d'engrenages (rapport de petite vitesse). La pression de servo-commande est maintenue cons- tante à l'aide d'un régulateur de pression 15 et l'huile de servocommande arrivant du réservoir est épurée dans un filtre 14. Lorsqu'on accroit la pression sur le régulateur 16, le niveau de la pression de commande envoyée aux moyens de réglage 19 et 20 s'élève. Le moyen de réglage 19 est agencé de manière à réagir en premier lieu et il accroît donc pro- gressivement la cylindrée de la pcmpe hydraulique 3, l'accroissement résultant du débit de la pagpe faisant tourner le moteur hydraulique 4 et obligeant de cette façon le véhicule à se déplacer avec une vitesse croissante. Lorsque la pression de canTande a atteint le niveau o la cylindrée de là pagpe hydraulique a atteint son maximum, le moyen de réglage 20 commence à réduire la cylindrée du moteur hydraulique 4 et l'arbre 7, 7', ainsi que l'arbre 8, subissent un nouvel accroissement de leur vitesse de rotation. Lorsque le moteur hydraulique 4 a été amené à sa cylindrée minimale, la vitesse de l'arbre 7, 7' ne peut plus être augmentée. En prévision du cas o cette gamme de vitesses est insuffisante, comme expliqué plus haut, le moyen de réglage 26 du sélecteur de rapport 17 a été construit de manière à changer la position d'enclenchement à ce point du travail de la pression de com- mande, de sorte que la pression de servo-commande est déviée du moyen de réglage 12' et de l'embrayage 11' vers le réser- voir 13. La prise entre le pignon 9' et l'arbre 8 est donc supprimée, en même temps que la pression de servo-commande actionne un autre moyen de réglage 12 et un autre embrayage 11il associé à la boîte de vitesses 5, de sorte qu'un pignon 9 est rendu solidaire de l'arbre 7, 7', le résultat étant que l'arbre de sortie 8 peut être entraîné par l'intermédiaire d'un pignon 10' avec un plus petit rapport d'engrenage de la boîte de vitesses 5 (rapport de grande vitesse). Ce procédé donnerait à l'arbre 8 un accroissement instantané de vitesse de rotation. Toutefois, pendant le temps du changement de rapport, la pression de servo-commande ac- tionne également le moyen de réglage 21 prévu sur le moteur hydraulique 4, par l'intermédiaire d'un régulateur de pression 18, avec exactement le niveau de pression nécessaire pour compenser la réduction de la cylindrée du moteur hydraulique effectuée par le moyen de réglage 20, de sorte que la cylindrée croît dans une mesure telle que la vitesse de rotation de l'arbre 7, 7' soit au contraire réduite dans une mesure qui correspond à la différence de rapport d'engrenages existant entre la gamme de grandes vitesses et la gamme de petites vitesses dans la boîte de vitesses mécanique 5. Dans la forme de réalisation décrite, les cylindrées maximale et minimale du moteur hydraulique 4 ont été choisies dans une proportion telle que la cylindrée minimale corresponde exactement au changement de rapport d'engrenages effectué dans la boite de vitesses mécanique 5. Sous l'effet d'un nouvel accroissement de la pression de commande envoyée au moyen de réglage 20, la vitesse de rota- tion du moteur hydraulique 4 peut à nouveau être augmentée et, de cette façon, faire à nouveau croître la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 8. Lorsque le moteur hydraulique a atteint sa cylindrée minimale, on peut continuer à faire croître la vitesse en accroissant la vitesse de rotation du moteur Diesel 1. Lorsqu'on décide ensuite de réduire la vitesse, ceci s'effectue en ramenant tout d'abord la vitesse de rotation du moteur 1 à sa vitesse de travail normale, à la suite de quoi la pression de commande décroit et la transmission passe par les séquences décrites plus haut, dans le sens inverse, pour réduire la vitesse de l'arbre 8, en accroissant tout d'a- bord la cylindrée du moteur hydraulique 4 et en rétrogradant ensuite lorsque la pression de commande tombe au-dessous de celle qui maintient la position de commutation du sélecteur de rapport 17 et, par conséquent, les embrayages 11, 11' de la boite de vitesses mécanique 5 modifient les positions d'en- clenchement et la contre-pression du moyen de réglage 21 est mise à la décharge. La cylindrée du moteur hydraulique 4 est donc réduite, pour répondre à la demande d'accroissement de vitesse de rotation de l'arbre 7, 7T à l'instant du passage du grand rapport au petit rapport. Finalement, la cylindrée du moteur hydraulique 4 est à nouveau portée à sa valeur maxi- male et la cylindrée de la pompe hydraulique 3 est ramenée à zéro, de sorte que le véhicule s'arrête à nouveau. Dans la forme de réalisation décrite, les moyens de réglage sont avantageusement du type des servo-valves. En différents points de la figure 1, on a représenté des bâches ou réservoirs 13 qui sont inclus dans la trans- mission pour pennettre d'envoyer la pression de servo-commande en dérivation ou à la décharge en différents points de la sé- quence de changement de rapport décrite plus haut. Sur la figure 2, on a représenté une variante de réalisation de la commande du régulateur de vitesse 16'. Dans cette forme de réalisation, la commande se produit par voie électrohydraulique, par l'utilisation d'un potentiomètre de réglage 22, qui--est convenablement actionné par une pédale commandant une valve à commande électrique. Pour permettre de faire circuler le véhicule dans les deux sens, on peut obliger le courant allant de la pompe hydraulique au moteur hydraulique à changer de sens par des moyens classiques. Ceci peut être réalisé, par exemple, par le fait que la pompe elle-même est construite de manière à débiter dans un sens ou dans l'autre, ou encore en plaçant un distributeur entre la pompe hydraulique et le moteur hydrau- lique pour inverser le sens du fluide sous pression, de sorte que l'ensemble de la transmission peut être entraîné en marche avant aussi bien qu'en marche arrière. La transmission à changement de rapport synchronisé, commandée en séquence, qui est décrite ci-dessus, travaille donc avec variation entièrement continue sur toute sa gamme de vitesses. Ainsi qu'on l'a décrit plus haut, sa fonction essentielle consiste à ccomander la cylindrée du moteur hydrau- lique 4 au même instant et dans la même proportion qu'on change le train de transmission mécanique 5. Grâce à la fonction de changement assisté connue, et étant donné que la cylindrée du moteur hydraulique 4 peut être modifiée pendant la transmission du plein couple, on obtient la continuité dans l'ensemble de la transmission. On n'a décrit ci-dessus qu'une seule forme de réali- sation. Evidemment, il est possible de donner à la boite de vitesses mécanique un nombre de rapports d'engrenages supérieur à deux et, pour simplifier, on prévoit avantageusement le même échelonnement entre tous les rapports d'engrenages, ce qui permet d'utiliser une simple répétition du réglage du moteur hydraulique à chaque changement de rapport de la boîte de vitesses mécanique. Si l'on donne des réglages fixes à la cylindrée du moteur hydraulique, avec des valeurs maximale et minimale en proportion des échelonnements de rapports de la boîte de vi- tesses mécanique, on peut donner à la pression de commande des valeurs possédant un large recouvrement pour garantir la stabilité des points de changement. Toutefois, il est évident qu'il est théoriquement possible de commander la totalité du train de transmission hydrostatique en équilibre avec les échelonnements de rapport du train de transmission mécanique. Par introduction d'un capteur (non représenté sur le dessin) pour la pression de transmission entre la pompe hydraulique et le moteur, ce capteur étant amené à contreba- lancer l'accroissement de la pression de commande d'une façon classique, il est possible de limiter la puissance de démar- rage, afin d'éviter la surcharge du moteur Diesel. En outre, si, ainsi qu'on l'a mentionné plus haut, la vitesse de rota- tion du moteur Diesel est commandée pour continuer à croître lorsqu'on a atteint le rapport maximal de la transmission, on peut également élargir la gamme de vitesses de circulation du véhicule. La transmission peut également travailler de manière à maintenir le régime du moteur Diesel à une valeur choisie, ce qui donne la possibilité de régler le moteur séparément de façon à le faire travailler à son régime le plus économique pour chaque étage de la transmission. REVENDICATIONS 1. Boite de vitesses mécanique-hydrostatique synchro- nisée à rapport de transmission variable en continu, qui com- prend un train de transmission hydrostatique comportant un moteur de transmission hydraulique (4) à cylindrée variable, lequel est relié mécaniquement à un train de transmission mécanique (5) qui y fait suite et est équipé d'au moins deux rapports d'engrenages, un premier moyen de réglage (20) étant combiné au moteur de transmission pour faire varier sa cylin- drée en réponse à-une pression de commande, boîte caractérisée en ce qu'un sélecteur de rapport (17) actionné par la pression de commande, est adapté pour modifier le rapport d'engrenages du train de transmission mécanique (5) d'un échelon prédéter- miné, dans le sens décroissant (pour l'amener à un rapport de plus grande vitesse) lorsque la cylindrée du moteur hydraulique (4) atteint sa valeur minimale, et dans le sens croissant (pour l'amener à un rapport de plus petite vitesse) lorsque la cy- lindrée dudit moteur atteint sa valeur maximale, et en ce qu'un deuxième moyen de réglage (21) est agencé pour exercer, au moment de la modification du rapport du train detransmission mécanique, un effet inverse de celui de la modification de la cylindrée dudit moteur effectuée par ledit premier moyen de réglage, et pour modifier cette cylindrée de telle manière que la vitesse de rotation de l'arbre de sortie (1) du train de transmission hydrostatique soit modifiée d'une façon qui correspond à la modification du rapport de transmission du train de transmission mécanique. 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les cylindrées maximale et minimale dudit moteur (4) sont ajustées en proportion de la modification du rapport de transmission entre les rapports du train de trans- mission mécanique (5). 3. Boîte de.vitesses selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le train de transmission hydrostatique comprend une pompe de transmission hydraulique (3) également à cylindrée variable et reliée audit moteur (4) et en ce qu'un régulateur de vitesse (16) est adapté pour régler de façon commandée la transmission de la pression de commande aux moyens de réglage (19, 20, 12, 12') de la pompe de transmis- sion hydraulique (3), dudit moteur (4)-et du train de trans- mission mécanique (5). 4. Boîte de vitesses selon la revendication 3, caractérisée en ce que le régulateur de vitesse (16) peut être commandé par une pédale mécanique ou par voie électro-hydrau- lique, à l'aide d'un potentiomètre de régulation (22). 5.' Boîte de vitesses selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que le moyen de réglage (19) de la pompe de transmission hydraulique (3) est adapté pour réagir tout d'abord à une pression de commande progressivement croissante de manière à accroître la cylindrée de la pompe et en ce que ledit moyen de réglage du moteur. (4) est adapté pour réduire la cylindrée du moteur lorsque la cylindrée de la pompe de transmission hydraulique {3) a atteint une valeur maximale prédéterminée. 6. Botte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le sélecteur de rapport (17) est adapté pour commuter le train de transmission mécanique sur un plus grand rapport d'engrenages (rapport de petite vitesse) pour des pressions de commande inférieures à une valeur de seuil prédéterminée et pour commuter sur un petit rapport de transmission (rapport de grande vitesse) pour des pressions de commande excédant la valeur de seuil. 7. Botte de vitesses selon la revendication 3, carac- - térisée en ce que la pompe de transmission hydraulique est adaptée pour transmettre le débit audit moteur (4), facultati- vement dans les sens des conduites de pression ou de retour pour faire circuler le véhicule en marche avant ou en marche arrière. 8. Boice de vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'une pompe hydrau- lique (2), débitant une pression de servo-commande, est agencée pour fournir ladite pression de commande. 9. Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la botte de vitesses mécanique (5) est agencée pour donner plus de deux rapports d'engrenages, tous les rapports ayant le même éche- lonnement, et en ce que le moteur de transmission hydraulique (4) est agencé de manière à modifier sa cylindrée dans une mesure qui correspond à la modification du rapport d'engre- nages du train de transmission mécanique à chaque changement de rapport d'engrenages.