Brevet FR2564165A1 — publié le 19851115

La présente invention est relative à un dispo- sitif pour actionner une boite à vitesses mécanique, et no- tamment pour synchroniser les couples de pignons des diffé- rents rapports,avant d'enclencher les crabots des baladeurs. Traditionnellement, la synchronisation de la vitesse de rotation de deux pignons avant de les enclencher, est assurée par des organes mécaniques utilisant les phénomé- nes de friction, et connus sous le nom de synchroniseurs.On lO sait que les synchroniseurs mécaniques, comportant générale- ment des bagues de friction, présentent divers inconvénients notamment en ce qui concerne leur efficacité, et surtout leur encombrement. De plus, ils introduisent une compli- cation mécanique importante dans la structure de la boite à vitesses. La présente invention a pour but de suppri- mer ces inconvénients, en réalisant un dispositif susceptible d'assurer la synchronisation des couples de pignons, au mo- ment de leur commutation, grâce à des moyens entièrement électroniques. On connait par exemple par le brevet français 2 417 689, et par sa première addition 2 431 642, un procé- dé qui consiste à débrayer rapidement, pour dégager la vites- se engagée, pour embrayer à nouveau aussitôt, juste après l'obtention du point mort. A partir de là,on fait varier la vitesse du moteur, et, par conséquent, celle du pignon qui reste embrayé, pour amener ce pignon à la vitesse de synchronisme désiré. Aussitôt ce résultat obtenu, on effectue le crabotage entre les deux arbres de la boite à vitesses. En fait, on constate que la précision de la manoeuvre de changement de vitesse, aussi bien en ce qui concerne le choix du moment, que la rapidité du déroulement de l'opération, dépend de trois paramètres principaux, à savoir: C- oC = rapport entre la vitesse angulaire d'entrée oe la boite à vitesses, et la vitesse angulaire de sortie de la boite à vitesses; -J = vitesse de variation deQ pendant 'a phase de synchronisation, 4C c'est-à-dire vitesse de convergence vers le synchronisme pendant la phase de synchronisation. - T = temps nécessaire à l'actionneur pour exécuter le cra- botage après en avoir reçu l'ordre. Ceci étant, si l'on appelle o(c, la valeur du ratioon à laquelle aoit être donné l'ordre de craboter, pour que l'opération se réalise, alors que le ratio hn est le rapport de boite à craboter, on constate, en pratique, que: - C est connu avec une certaine imprécision; lO - U ne peut pas tre calculé exactement, et varie pendant toute la phase de synchronisation; T n'est pas constant d'une opération à l'autre En définitive, l'erreur que l'on peut commet- tre est fonction des trois grandeurs SCa, U, T. On consta- te qu'on améliorerait la précision du crabotage au synchonis- me, en réduisant T. En particulier, si la durée T devenait plus courte que les intervalles de calcul de o et U, c'est-à- dire 4 T, la procédure se simplifierait, parce que l'or- dre de craboter doit être émis à un instant permettant de craboter juste un peu avant l'obtention du synchronisme. La présente invention a pour but de réaliser ces améliorations,et de permettre notamment de toujours obte- nir le contact des crabots avant le synchronisme, mais avec une vitesse différentielle suffisamment faible et que la force assurant ce contact soit limitée et ne risque d'engen- drer aucune détérioration des crabots. On comprend l'avantage d'une telle solution qui permet de passer les vitesses " au vol ", c'est-à-dire en un temps très court, et pratiquemrnt sans faire patiner l'em- brayage dont la tenue en endurance se trouve d'autant amélio- rée. Un dispositif selon l'invention vise à réali- ser les opérations qui viennent d'être décrites, grâce à une structure simple, et sans présenter les inconvénients auxuquels conduisent les éléménts constitutifs connus. En effet, diverses tentatives avaient été faites, en utilisant notamment des vérins pnuematiques à double effet pour depla- cer les réglettes et fourchettes de commutation commandant 4U les baladeurs de la boite à vitesses. L'expérience a montré que, quel que soit le mouvement effectué, le volume mort d'un vérin à double effet est égal au volume utile de la cour- se de travail. De plus, lorsqu'on remplit l'une des deux chambres d'un vérin à double effet, on vide l'autre, ce qui introduit une résistance dynamique auxdéplacemens du piston. Pour ces différentes raisons, il s'est avéré que le vérin à double effet est une solution incompatible avec une action rapide. La présente invention vi.se à éviter ces incon- vénients. Un dispositif selon l'invention, destiné à ac- tionner les crabots des baladeurs d'une boite à vitesses après avoir synchronisé les couples de pignons correspondants, comprend au moins un système à vérin sur chaque réglette cou- lissante de la boite, ainsi que des électro-vannes comman- dées à partir d'un calculateur électronique, pour sélection- ner et actionner les vérins, dans un sens ou dans l'autre et il est caractérisé en ce que chaque système à vérin com- prend deux pistons opposés, reliés tous deux à la réglette chaque piston coulissant dans son propre cylindre o sont pré- vus par ailleurs des moyens antagonistes de rappel permet- tant de réduire pratiquement à néant,l'espa ce mort au-dessus du piston, lorsque celui-ci est sur le point d'être action- né. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, chaque piston est repoussé contre le fond fixe de son cylindre, par un ressort de rappel, tandis que les ti- ges des deux pistons sont orientées parallèlement l'une à 1' autre, reliées entre elles par articulation des extrémités d'un levier dont la partie centrale est directement raccordée à la fourchette de commande de boîte. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, les deux pistons antagonistes sont directement so- lidaires des extrémités de la même réglette, chacun d'eux coulissant de façon étanche dans le meme cylindre qu'un con- tre-piston passif qu'une contre-pression amène et maintient eh butée avant que ne soit déclenché le mouvement du piston correspondant, réduisant ainsi l'espace mort à néant o Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéris- tiques de l'invention. Figure 1 est une vue schématique illustrant le principe d'une première réalisation possible de l'inven- tion. Figure 2 correspond à une autre variante de réalisation. Dans la variante illustrée sur la figure 1, on a représenté, vue de dessus, une fourchette 1, comman- dant, à la manière connue, le crabot d'une boite à vites- ses.La.manoeuvre de changement de vitesse consiste à faire passer la fourchette 1, -illustrée à sa position de point mort: - soit à la position 2, pour laquelle elle crabote un pignon; - soit à la position 3, pour laquelle elle crabote le pi- gnon d'un autre rapport de vitesses. La fourchette 1 est solidaire de la partie centrale d'un levier 4, dont les extrémités comportent cha- cune une ouverture allongée 5, 6, orientée longitudinale- ment L'ouverture 5 est traversée par un axe 66, engagé par ailleurs en travers d'une autre ouverture allon- gée 7, laquelle est disposée longitudinalement dans la tige 8 d'un piston coulissant 9. Les deux ouvertures allongées et 6, sont orthogonales l'une à l'autre, lorsque l'ensem- ble est en position de repos. Sur l'autre extrémité, le levier 4 est relié par un axe 10, traversant son ouverture allongée 6, à la tige ll d'un deuxième piston 12, opposé au premier piston 9. Le premier piston 9 et sa tige 8 sont mon- tés en opposition par rapport au second piston 12 et à sa ti- ge ll; autrement dit, les éléments 8 et 9 sont symétriques des éléments 1l et 12 par rapport au point central matêriali- sé par la fourchette 1, lorsque l'ensemble est au repcs. A l'opposé du piston 9, la tige ô est solidaire d'un poussoir 13, qui prend appui sur un ressort de compression 14, portant contre une paroi transversale fixe 15 Lensenible du piston 9 et du poussoir 13 coulisse à l'intérieur d'un cylindre fixe 16, fermé,der- riere le ressort 14, par la plaque 15, et, devant le pis- ton 9,par une plaque analogue 17. Le piston 9 coulisse de façon étanche dans le cylindre 16. Au contraire, des évents 18 sont prévus à travers le poussoir 13, pour évi- ter toute compression de l'air au niveau du ressort 14. Face au piston 9, la plaque 17 est per- cée d'un orifice d'alimentation 19, qu'une électro-vanne permet de relier, à volonté, à une canalisation 21 ali- mentée en air comprimé, soit à une canalisation 22, qui s'ouvre directement sur l'atmosphère extérieure. Au centre du resort hélicoîdal 14, la plaque 15 comporte une vis de butée, pourvue d'un contre écrou de blocage 24. Cette disposition permet de régler la longueur 25 dont la vis 23 dépasse, à l'intérieur du dispo- sisitif, o elle peut servir de butée au poussoir 13,lors- que celui-ci a complètement comprime le ressort 14. Le piston 12 et sa tige Il sont équi- pés de façon tout a fait symétrique, c'est-à-dire que 1' extrémité opposée de la tige 1l se termine par un poussoir 26 comprimant un ressort 27, face à une vis de butée ré- glable 28. Des évents 29 traversent le poussoir 26 pour éviter toute compression de l'air autour du ressort 27.Par contre, le piston 12 coulisse de façon étanche dans l'alé- sage 30 qu'une canalisation 31 relie à une électro-vanne 32. Celle-ci peut être mise en communication à volnté, soit avec une canalisation d'arrivée de pression 33, soit avec une canalisation 34 débouchant sur l'atmosphère extérieure Le fonctionnement est le suivant: La position illustrée sur la figure 1 est la position neutre au repos, définie par les pistons 9 et 12, maintenus en butée à fond de cylindre, par les ressorts 14 et 27. Pour cette position de la fourchette 1, la boite à vitesses se trouve au point mort. Le réglage de cette position s'ef- fectue en déplaçant le pivot 6. La fourchette 1 est amenée à la position 2, lorsque l'électro-vanne 20 envoie la pression sur le piston 9, qui comprime le ressort 14 jusqu'à venir en butée sur la vis 23 qui limite sa course. La position 3 de la fourchette 1 est obtenue lorsque la pression est envoyée à l'électro-vanne 32 sur le piston 12, dont la course est limitée par la vis de butée 28. Grâce à la présence des ouvertures allon- gées 5 et 6, recevant les axes des pivots 6 et 10, on peut faire en sorte que les trois positions 1, 2, 3 de la four- chette soeitn réparties sur une ligne droite, sur un arc de cercle, ou sur toute autre trajectoire. Lorsque l'une ou l'autre des électro-van- nes 20, 32, est reliée à l'échappement 22, 34, les res- sorts 14 et 27 tendent à ramener le mécanisme en position neutre. Si, à partir de la position de point mort illustrée sur la figure 1, l'électrovange 20 envoie la pression sur le piston 9, celui-ci réagit immédiatement, puisque l'espace mort qui le surmonte a un volume pratiquement nul. Il comprime aussitôt le ressort 14 qui vient s'arrêter en butée sur la vis 23. Le pivot 6 déplace alors l'extrémi- té correspondante du levier 4, ce qui déplace la fourchette 1 en direction de la position 2. Deux cas sont alors possi- bles: - ou bien, il n'y a pas de résistace au niveau de la four- chette 1, et le levier 4 pivote autour du pivot 10 qui res- te alors immobile; cela a pour effet d'amener la fourchet- te 1 à la position 2; - ou bien, la fourchette 1 rencontre une forte résistance, auquel cas le pivot 10 repousse l'attelage 12, Il, 26, à l'encontre du ressort 27, qui se comprime. La réaction correspondante du ressort 27 tend à envoyer la fourchette 1 vers la position 2. C'est cette force, indépendante de la pression d'alimentation en 21, mais définie par le res- sort 27, qui assure le contact entre les dents des crabots dans la courte période de présynchronisme. On remarque alors que: 1 ) pour comprimer le ressort 27, il faut faire reculer le piston 12, qui va aspirer du fluide à travers l'élec- tro-vanne 32, alors en position d'échappement. En dy- namique, l'effort sur la fourchette 1 sera celui qui résulte de la poussée du ressort 27, augmenté de l'ef- fet dynamique du piston 12. 2 ) l'indexage de la position de point mort de la fourchette 1 sur la réglette de la boite à vitesses sera conservé à cause des imprécisions dues au jeu des pivots 6 et 10, ainsi que des autres liaisons. Cependant, l'effort nécessaire à 1'lleffacement de cet indexage sera plus faible que le pré-tarage des ressorts 14 et 27, qui sont eux-mêmes établis en fonction de l'effort de con- tact désiré au niveau des dents des crabots. La variante illustrée sur la figure 2 cons- titue une solution de compromis dont la structure est encore plus simple que celle de la figure 1. En effet, la réglet- te 35 de la fourchette 1 est directement solidaire, à cha- cune de ses deux extrémités, d'un piston, respectivement 36 et 37. Ces derniers correspondent respectivement aux pis- tons 9 et 12 de la figure 1. Le piston 36 coulisse, de façon êtan- che, dans un alésage 38, face à un contre-piston coulis- sant également étanche 39, pourvu d'une tête élargie 40. Cette tête 40 est mobile dans un alésage 41 relié par une ca- nalisation 42 à une ligne d'alimentation en pression 43. A l'opposé, le piston 37 coulisse de façon étanche dans un alésage 44, face à un contre-piston coulissant étanche 45, dont la tête élargie 46 se déplace dans un alésage 47. Ce dernier est relié par une canalisa- tion 48, à une ligne d'alimentation sous pression 49 o Une électro-vanne de point mort 50 à gros débit, pilotée par une électro-vanne 51, permet de relier la ligne d'alimentation 43 à une source d'air compri- mé 52. De même, une electro-vanne à gros débit 53 pilotée par une électrovanne 54, permet de relier la ligne de point mort 49 à la source d'air comprim' 52. En parallèle sur la source d'air comprimé 52,sont montées ceux électrovannes d'engagement et 56. Dans l'exemple illustré, l'électro-vanne 55 (com- mandant, par exemple, lamarche arrière), permet d'envoyer la pression dans une canalisation 56, débouchant dans l'alé- sage 38, entre les pistons 36 et 39, ou bien au contraire, de relier la canalisation 56 à une canalisation d'échappement 57, communiquant avec l'atmosphère extérieure. De même, l'électro-vanne 56 permet de re- lier la canalisation 58 de l'espace mort pratiquement sans vo- lume entre les pistons 37 et 45, soit à la source d'air com- primé, soit à une canalisation 59 de mise à l'atmosphère. Le fonctionnement est le suivant: Toute opération de changement de rapport début par la miqe au point mort de la boite à vitesses. Le délai nécessaire à cette action n'est pas critique, puisque les opérations ne débutent que lorsque la position est attein- te. Lorsqu'on excite l'électro-vanne 51 et 54 qui pilote les vannes à gros debit 50, 53, on assure le remplissage des chambres de neutre qui repoussent les contre- pistons 30, 45, jusqu'à ce que leurs têtes élargies 40, 46 viennent en butée comme illustré sur la figure 2. Ceci assu- re un remplissage rapide et un maintien en appui sous la pres- sion maxima du réseau, de celui des deux contre-pistons 39 ou 45, qui sera opposé au déplacement choisi dans-les phases suivantes. Une fois atteinte la position de point mort, un contact de détection, non représenté, se ferme,et le calculateur électronique ainsi informé peut mettre en vi- dange les chambres situées d'un même côté 43 ou 49. Par exem- ple, seront ainsi mises en vidange, toutes les chambres tel- les que celles de la tête 46, qui correspondent à la canali- sation 49 gouvernée par l'électro-vanne 54. La vidange de ces chambres sera terminée lorsque la synchronisation sera obtenue, parce que l'ouverture de la vanne opposée, par exem- ple 55, commence avec le début de la synchronisation. Un peu avant que l'on arrive au synchro- nisme, l'électro-vanne 5 choisie pour engager le rapport sélectionné, est ouverte pour alimenter avec une pression d'engagement régulée par un régulateur 60, la chambre a espa- ce pratiquement nul située entre le piston 36 et son contre- piston 39. La pression d'engagement définie par le régula- teur 60 à une valeur inférieure à la pression de neutre qui règne dans les canalisations 43 et 49. Cette pression pré- pondérante maintient la tête 40 du contre-piston 39 en bu- tée à la position illustrée sur la figure 2, si bien que 1' alimentation de la canalisation 56 à la pression d'engage- ment définie par le régulateur 60, a pour effet de chasser vers la droite ( flèche 61) l'ensemble de la réglette 35 et de la fourchette 1. La montée en pression dans la chambre définie entre le piston 36 et son contre-piston 39 est très rapide, étant donné que l'espace mort a un volume pratique- ment nul. Il en résulte que la force permettantde vaincre l'indexage de la bille dce position neutre de la boite à vi- tesses est très vite atteinte Cela permet un démarrage très bref du mouvement d'engagement, et une prise de contact des dents des crabots avec une force définie par la pression d' engagement du régulateur 60.Lorsqu'on arrive au synchronis- me, les crabots s'engagent. Le calculateur électronique détecte alors que le rapport des vitesses entre l'entrée et la sor- tie de la boîte correspond au rapport sélectionné Cela si- ginfie que le changement de rapport est terminé. Le calcu- lateur coupe alors l'excitation des électro-vannes 55 et 51 Aucune vanne n'est plus excitée sur la boite à vitesses et le cycle de changement de rapport est terminé. Bien entendu, les canalisations 42 et 48 correspondent à un premier rail de commutation sur la boite à vitesses. Les autres rails peuvent être définis entre les canalisations 43 et 49, par exemple par les canalisa- tions 62 et 63, pour les rapports de première et de seconde, par des canalisations 64 et 65, pour les rapports de troi- sième et de quatrième REVENDICATIONS 1 - Dispositif destiné à actionner les crabots des baladeurs d'une boite à vitesses après avoir synchronisé les couples de pignons correspondants, comprenant au moins un système à vérin sur chaque réglette coulissante de la boite, ainsi que des électro-vannes commandées à partir d'un calcu- lateur électronique, pour sélectionner et actionner les vé- rins, dans un sens ou dans l'autre, caractérisé en ce que chaque système à vérin comprend deux pistons opposés ( 9), (12), ou (36), (37), reliés tous deux à la réglette et âà sa fourchette (1), chaque piston (9), (12) ou (36), (37) coulissant dans son propre cylindre (16), (30), ou (38), (44) o sont prévus, par ailleurs, des moyens antagonistes de rappel permettant de réduire pratiquement à néant l'espa- ce mort au-dessus du piston (9), (12), ou (36),(37), lors- que celui-ci est sur le point d'être actionné par un fluide sous pression. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que chaque piston (9), (12) est repoussé contre le fond fixe (17), (15), de son cylindre (16), (30),par un ressort de rappel (14), (27) , tandis que les tiges (8), (11) des deux pistons (9), (12) sont orientées paral- lèlement l'une à l'autre, reliées entre elles par articula- tion des extrémités d'un levier (4) dont la partie centrale est directement raccordée à la fourchette (1) de commande de boite. 3 - Dispositif suivant la revendication 2, carac- térisé en ce qu'à chaque extrémité, le levier (4) comporte une ouverture allongée (5), (6), orientée perpendiculaire- ment à la tige (8), (11) correspondante à laquelle elle est reliée par un pivot (66), (10) coulissant dans ladite ouver- ture allongée (5), (6). 4 - Dispositif suivant la revendication 1,caracté- risé en ce que le pivot (10) est solidaire de la tige (11), alors que le pivot (66) traverse, dans la tige (8), une ouverture allongée longitudinale (7) dans laquelle il peut coulisser. - Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1, 3 et 4, caractérisé en ce que l'alimentation (19), (31) de chaque piston (9), (12), est commandée par une électro-vanne (20), (32), la reliant à volonté, soit à une source d'air comprimé (21), (33), soit à une canali- sation de mise à l'atmosphère (22), (34). 6 - Dispositif suivant la revendication 1,carac- térisé en ce que les deux pistons antagonistes (36),(37) sont directement solidaires des extrémités de la ëme réglette (35), chacun d'eux coulissant de façon étanche dans le même cylindre (38), (44) qu'un contre- piston passif (39), (45) amené et maintenu en butée par une contre- pression envoyée par (42),(48) avant que ne soit déclenché le mouvement du piston (39) ou (45) correspondant, ce qui réduit ainsi l'es- pace mort à néant au début du mouvement. 7 - Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1, 3, 4 et 5, caractérisé en ce que, à l'opposé de son piston (9), (12), chaque tige (8), (11) comporte un poussoir (13), (26) comprimant le ressort (14), (27) et susceptible de venir en butée en fin de course, contre une vis de butée réglable (23), (28). 8 - Dispositif suivant la revendication 7, carac- térisé en ce que chaque espace mort entre piston (36),(37) et contrepiston (39), (45) est alimenté par une canalisation (56), (58),en une pression d'air d'engagement qu'un régu- lateur (60) fixe à une valeur inférieure à celle de la con- tre-pression en (42),(48).