Brevet FR2651292A1 — publié le 19910301

L'invention concerne une transmission mixte pour véhicule tel qu'un tracteur du type agricole, forestier ou de travaux publics qui combine de manière avantageuse une transmission à boite de vitesses mécanique et une transmission de type hydrostatique. La transmission classique d'un tracteur est généralement constituée d'un embrayage à disque sec et d'une boîte de vitesses comportant un inverseur de sens de marche, un sélecteur de rapports et un sélecteur de gammes. Cette transmission entièrement mécanique présente un très bon rendement énergétique. Sur les rapports de la boîte de vitesses pour lesquels la démultiplication est la plus grande, le couple en sortie de la boîte de vitesses est élevé. L'effort de traction qui en résulte est aussi important, ce qui est nécessaire pour certains travaux lourds comme les labours, les décompactages, etc. L'inconvénient majeur de cette transmission entièrement mécanique est son manque de maniabilité lors de manoeuvres où les sélections de vitesses sont fréquentes. L'embrayage est, à ces moments là, fortement sollicité, ce qui entraîne une usure prématurée de son disque due à son échauffement. De plus, lorsque la démultiplication est choisie importante, le couple sur les engrenages de la boîte de vitesses et sur les réductions finales est élevé, et les risques de rupture sont non négligeables. Pour remédier à ces inconvénients on a proposé d'utiliser une transmission hydrostatique permettant de faire varier de manière continue la vitesse d'avancement du véhicule sur une gamme étendue allant des faibles vitesses aux vitesses élevées selon le type de travail à effectuer. Ainsi le document FR-A-2 619 183 décrit une transmission hydraulique qui comprend, entre le moteur thermique et chacun des arbres de sortie, une pompe hydraulique entraînée par le moteur thermique, un moteur hydraulique relié à la pompe par l'intermédiaire d'un circuit hydraulique, et un réducteur planétaire entraîné par le moteur hydraulique. Par variation de la pression dans le circuit hydraulique, on peut faire varier de manière continue la vitesse de déplacement du véhicule d'une valeur nulle à une valeur maximale prédéterminée. Les manoeuvres à faibles vitesses sont grandement facilitées. Néanmoins, le rendement énergétique des transmissions de ce type est plus faible que celui des transmissions entièrement mécaniques, et l'effort de traction est limité à la pression maximale d'utilisation du groupe hydraulique. On connaît aussi par le document FR-A-2 584 158 une transmission de puissance pour tracteur qui associe une transmission mécanique constituée d'engrenages planétaires et une transmission hydrostatique composée d'une pompe hydraulique et d'un moteur hydraulique reliés entre eux de manière hydraulique. La transmission hydrostatique permet le changement de vitesse progressif tandis que les engrenages planétaires assurent la transmission de puissance. Cette transmission présente un bon rendement énergétique mais ne dispose pas d'un évantail de rapports de vitesses suffisamment étendu. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients qui viennent d'être cités et, donc, de proposer une transmission mixte pour un véhicule tel qu'un tracteur qui allie les avantages d'une transmission entièrement mécanique et ceux d'une transmission hydraulique sans en présenter les inconvénients, tout en offrant une gamme de rapports de vitesses étendue. Suivant l'invention, il est prévu une transmission pour véhicule tel qu'un tracteur comportant un embrayage du type à disque sec dont le plateau avant est entraîné par le moteur thermique du véhicule et dont le plateau arrière entraîne une boîte de vitesses comportant un inverseur de sens de marche dont les pignons coopèrent directement avec l'arbre primaire de la boîte de vitesses, un sélecteur de rapports permettant de sélectionner un rapport de démultiplication entre l'arbre intermédiaire et l'arbre secondaire de la boîte de vitesses, et un sélecteur de gammes dont les pignons coopèrent directement avec l'arbre secondaire de la boîte de vitesses. Elle comporte, en outre, un groupe hydrostatique composé d'une pompe hydraulique à débit variable entraînée par le moteur thermique du véhicule et d'un moteur hydraulique relié à la pompe hydraulique par un circuit hydraulique fermé, le moteur hydraulique entraînant l'arbre intermédiaire de la bote de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage et d'un ensemble de transmission reliant cet embrayage à l'arbre intermédiaire, le réglage de la pression de fluide dans le circuit hydraulique étant effectué par variation de la cylindrée de la pompe par un organe de commande, la variation de pression de fluide dans le circuit hydraulique entraînant la variation de la vitesse de rotation du moteur hydraulique, et un dispositif de synchronisation permettant de réaliser la synchronisation des pignons de l'inverseur. Suivant une autre caractéristique, l'embrayage entraîné par le moteur hydraulique est du type multidisque à pression d'huile et est commandé par un électrodistributeur. Suivant une autre caractéristique, l'inverseur est commandé par un électrodistributeur. Suivant une autre caractéristique, le dispositif de synchronisation comprend un comparateur recevant un premier signal d'un premier tachymètre monté sur l'arbre primaire et un second signal d'un second tachymètre, ce comparateur donnant un signal de sortie d'un premier niveau lorsque les vitesses de rotation des arbres primaire et intermédiaire mesurées sont telles que les pignons de l'inverseur de sens de marche soient synchronisés, et un signal d'un second niveau lorsque les pignons de l'inverseur ne sont pas synchronisés. Suivant une autre caractéristique, les tachymètres respectivement montés sur l'arbre primaire et sur l'arbre intermédiaire de la boîte de vitesses sont reliés à un circuit électronique agissant sur la pompe hydraulique afin d'ajuster la vitesse du moteur hydraulique, sur l'électrodistributeur de commande de l'embrayage multidisque et sur l'électrodistributeur de commande de l'inverseur de sens de marche, pour débrayer l'embrayage multidisque et enclencher l'inverseur lorsque les pignons de l'inverseur sont synchronisés. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 représente schématiquement une transmission classique pour un véhicule tel qu'un tracteur, et la Fig. 2 représente la transmission mixte objet de la présente invention. Une transmission de type classique telle que celle représentée à la Fig. 1 comprend un embrayage 1 du type à disque sec dont le plateau avant 2 est entraîné par le vilebrequin du moteur thermique 3 du véhicule. Le plateau arrière 4 de l'embrayage 1 est solidaire de l'arbre primaire 5 de la boîte de vitesses 6 en sortie de laquelle se trouve l'arbre secondaire 7 qui transmet son mouvement de rotation aux roues du véhicule via un ou deux ponts (non représentés). La boîte de vitesses comprend, en général, trois sous-ensembles: un inverseur de sens de marche 8 dont les pignons (non représentés) coopèrent directement avec l'arbre primaire de la boîte de la vitesses, un sélecteur de rapports 9, et un sélecteur de gammes 10 dont les pignons (non représentés) coopèrent directement avec l'arbre secondaire de la boîte de vitesses. L'inverseur de sens de marche 8, le sélecteur de rapports 9 ainsi que le sélecteur de gammes 10 ne constituant pas en eux-même l'objet de l'invention ne seront décrits que succinctement afin de faciliter la compréhension de l'invention. L'inverseur de sens de marche 8 entraîne un pignon 11 dont le sens de rotation est déterminé par un levier 12 qui peut prendre trois positions. Dans une première position, le sens de rotation du pignon Il est, par exemple, le même que le sens de rotation de l'arbre primaire 5 de la bote de vitesses et, dans une seconde position, la rotation du pignon 11 est de sens opposé au sens de rotation de l'arbre primaire 5. Dans la troisième position, le pignon 11 n'est plus entraîné et, dans ce cas, l'inverseur est dit au point mort. Le pignon 11 entraîne un pignon 16 solidaire de l'arbre intermédiaire 13 de la boîte de vitesses 6. Le sélecteur de rapports 9 est commandé par un levier de changement de vitesses 14 permettant la sélection de rapports de démultiplication prédéterminés entre l'arbre intermédiaire 13 et l'arbre secondaire 7. Cette démultiplication est réalisée par un couple de pignons s'engrenant entre eux et assurant la transmission de puissance de l'arbre intermédiaire 13 à l'arbre secondaire 7. La sélection d'un rapport consiste à choisir un couple parmi plusieurs couples de pignons montés dans le sélecteur de rapports. Le sélecteur de rapports entraîne le sélecteur de gamme dont le fonctionnement est similaire à celui du sélecteur de rapports. Le sélecteur de gammes est commandé par un levier 15 pouvant prendre un nombre de positions correspondant au nombre de gammes à sélectionner. La Fig. 2 représente la transmission mixte objet de la présente invention. Les éléments déjà représentés à la Fig. 1 portent les mêmes références. La boîte de vitesse 6 est maintenant représentée avec ses trois arbres: l'arbre primaire 5, l'arbre intermédiaire 13 et l'arbre secondaire 7. La sélection des rapports de démultiplication entre l'arbre intermédiaire 13 et l'arbre secondaire 7 est assurée par le levier 14 et la sélection de gammes par le levier 15. L'inverseur de sens de marche est piloté de manière hydraulique par un électrodistributeur 16. La transmission, objet de la présente invention, comprend, en outre, un groupe hydrostatique composé d'une pompe hydraulique à débit variable 17 et d'un moteur hydraulique 18 qui peut être du type à cylindrée variable ou à cylindrée fixe. La pompe hydraulique 17 est entraînée par le moteur thermique 3 du véhicule grâce, par exemple, à une prise de mouvement située à l'avant du vilebrequin. Un circuit hydraulique fermé constitué de deux conduits 19, 20 relie la pompe hydraulique au moteur hydraulique. Le réglage de la pression de fluide dans le circuit hydraulique est effectué par variation de la cylindrée de la pompe et/ou du moteur hydraulique 18 au moyen d'un organe de commande 21 qui est par exemple hydraulique. Le moteur hydraulique 18 entraîne l'arbre intermédiaire 13 de la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage 22, qui peut être du type multidisque à pression d'huile, et d'un ensemble de transmission 23 reliant l'embrayage 22 à l'arbre intermédiaire 13 et représenté ici par deux pignons 24 et 25 s'engrenant et solidaires respectivement de l'arbre de sortie de l'embrayage 22 et de l'arbre intermédiaire 13 de la boite de vitesses. L'embrayage 22 est commandé par un électro-distributeur 26 pour être commuté entre un état où la transmission est assurée entre le moteur hydraulique 18 et le pignon 24 et un second état où cette transmission n'est pas assurée. Le fonctionnement de la transmission de la présente invention est maintenant décrit dans ses trois modes: un mode dit mécanique, un mode hydraulique et un mode mixte. Dans le premier mode, l'embrayage 22 est dans l'état débrayé et le pignon 24 n'est donc pas entraîné par le moteur hydraulique 18. La puissance du moteur thermique 3 est transmise à l'arbre primaire de la boite de vitesses 6 par l'intermédiaire de l'embrayage 1 et est disponible en sortie de boîte sur l'arbre secondaire 7. L'embrayage 1 est utilisé pour le passage entre deux rapports du sélecteur de rapports, ou entre deux gammes du sélecteur de gammes, ou entre deux positions de l'inverseur de sens de marche. Dans ce mode, seule la transmision mécanique est utilisée, comme à la Fig. 1. I1 faut noter, ici, que la pompe hydraulique est toujours entraînée par le moteur thermique 3 et qu'elle transmet ainsi toujours la pression hydraulique au moteur hydraulique 18. Pour certains travaux où les sélections de vitesses et de gammes seraient fréquents dans le mode mécanique, il est préférable de travailler en mode hydraulique. Dans ce mode, l'embrayage 1 est collé, le moteur thermique entraînant l'arbre primaire 5 de la boîte de vitesses, l'inverseur de sens de marche est au point mort et l'arbre intermédiaire 13 n'est donc pas entraîné par la sortie de l'inverseur. Par contre, L'électrodistributeur 26 commande l'embrayage 22 de telle manière que le moteur hydraulique 18 entraîne par l'intermédiaire de l'ensemble de transmission 23, l'arbre intermédiaire 13. La puissance est transmise jusqu'à l'arbre secondaire 7 via le sélecteur de rapports et le sélecteur de gammes. Dans ce mode, on choisit, véhicule arrêté, un rapport avec le levier 14 et une gamme avec le levier 15, puis on agit sur l'organe de commande 19 pour faire varier la vitesse de déplacement du véhicule d'une vitesse nulle à une vitesse maximale dépendant du rapport et de la gamme choisis. Le sélecteur de rapports et le sélecteur de gammes démultiplient la vitesse de rotation du moteur 18 et jouent en quelque sorte le rôle de sélecteur de gammes pour le groupe hydraulique qui, lui, permet le changement progressif de vitesses. Dans le troisième mode de fonctionnement, le véhicule est démarré en mode hydraulique: l'inverseur est au point mort, l'embrayage 22 est collé. La vitesse d'avancement du véhicule est progressivement augmentée grâce à la manipulation de l'organe de commande 19 jusqu'au moment où l'arbre primaire et l'arbre intermédiaire de la boîte de vitesses se trouvent dans une condition de synchronisation. Cette condition est atteinte lorsque la vitesse de rotation du pignon Il (Fig. 1 ) est sensiblement égale à la vitesse de rotation de l'arbre primaire 5. Lorsque cette condition est atteinte, les pignons (non représentés) de l'inverseur sont synchronisés et il est alors possible d'enclencher la marche avant ou arrière (selon le sens de marche du véhicule) de l'inverseur en agissant sur l'électro- distributeur 16.Au moment de la commande de l'inverseur, lrélectro- distributeur 26 commande le débrayage de l'embrayage 22. Le moteur 18 n'entraîne plus le pignon 24 et donc l'arbre intermédiaire 13. La transmission de puissance est maintenant effectuée de manière entièrement mécanique. Il faut remarquer ici que l'on démarre le véhicule sans utiliser l'embrayage 1 qui est toujours collé dans ce mode. La condition de synchronisation est détectée par un comparateur 27 qui reçoit un premier signal d'un premier tachymètre 28 monté sur l'arbre primaire 5, et un second signal d'un second tachymètre 29 monté sur l'arbre intermédiaire 13. Ce comparateur donne un signal de sortie 31 d'un premier niveau lorsque les vitesses de rotation des arbres primaire et intermédiaire mesurées sont telles que la condition de synchronisation est présente, et un signal de sortie d'un second niveau lorque cette condition n'est pas présente. Ce signal de sortie 30 peut commander un avertisseur 31 placé dans la cabine du véhicule pour avertir le conducteur qu'il peut enclencher la marche avant (ou arrière suivant le cas). Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les tachymètres sont reliés à un circuit électronique qui agit sur la pompe hydraulique 17 afin de contrôler la vitesse de -rotation du moteur 18, ainsi que sur les électrodistributeurs 16, 26. Lorsqu'il est rendu actif, ce circuit électronique commande la pompe 17 afin d'ajuster la vitesse de rotation du moteur 18 pour que la condition de synchronisation des arbres primaire et intermédiaire soit atteinte. A ce moment il pilote les deux électrodistributeurs 16, 26 pour d'une part débrayer l'embrayage 22 et d'autre part enclencher l'inverseur. La synchronisation des deux arbres primaire et intermédiaire peut être réalisée par d'autres moyens connus en soi, tel que par exemple, des synchroniseurs hydrauliques à deux pompes hydrauliques et à clapets d'équilibrage, ou des synchroniseurs mécaniques. Le moteur 18, l'embrayage 22 et la transmission 23 peuvent être montés dans un même boîtier fixé extérieurement et adapté sur la bote de vitesses mécanique du véhicule. Ils peuvent être aussi montés à l'intérieur de la boîte de vitesses ou être incorporés dans la cloche d'embrayage du véhicule. Revendications 1) Transmission pour véhicule tel qu'un tracteur comportant un embrayage 1 du type à disque sec dont le plateau avant 2 est entraîné par le vilebrequin du moteur thermique 3 du véhicule et dont le plateau arrière 4 entraîne une boîte de vitesses 6 comportant un inverseur de sens de marche 8 dont les pignons coopèrent directement avec l'arbre primaire 5 de la boîte de vitesses, un sélecteur de rapports 9 permettant de sélectionner un rapport de démultiplication entre l'arbre intermédiaire 13 et l'arbre secondaire 7 de la boîte de vitesses et un sélecteur de gammes 10 dont les pignons coopèrent directement avec l'arbre secondaire 7 de la boîte de vitesses, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un groupe hydrostatique composé d' une pompe hydraulique 17 à débit variable entraînée par le moteur thermique 3 du véhicule et d'un moteur hydraulique 18 relié à la pompe hydraulique par un circuit hydraulique fermé 20, 21, le moteur hydraulique entraînant l'arbre intermédiaire 13 de la boîte de vitesses 6 par l'intermédiaire d'un embrayage 22 et d'un ensemble de transmission 23 reliant cet embrayage 22 à l'arbre intermédiaire 13, le réglage de la pression de fluide dans le circuit hydraulique étant effectué par variation de la cylindrée de la pompe 17 au moyen d'un organe de commande 21, la variation de pression de fluide dans le circuit hydraulique entraînant la variation de la vitesse de rotation du moteur hydraulique 18, et un dispositif de synchronisation 27, 28, 29, 30, 31 permettant de réaliser la synchronisation des pignons de l'inverseur de sens de marche 8. 2) Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'embrayage 22 entraîné par le moteur hydraulique 18 est du type multidisque à pression d'huile et est commandé par un électrodistributeur 26. 3) Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'inverseur 8 est commandé par un électrodistributeur 16. 4) Transmission selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif de synchronisation comprend un comparateur 27 recevant un premier signal d'un premier tachymètre 28 monté sur l'arbre primaire 5 et un second signal d'un second tachymètre 29, ce comparateur donnant un signal de sortie 31 d'un premier niveau lorsque les vitesses de rotation des arbres primaire et intermédiaire mesurées sont telles que les pignons de l'inverseur de sens de marche soient synchronisés, et un signal d'un second niveau lorsque les pignons de l'inverseur ne sont pas synchronisés. 5) Transmission selon la revendication 4, caractérisée en ce que le signal de sortie 31 commande un avertisseur 31 placé dans la cabine du véhicule. 6) Transmission selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que des tachymètres respectivement montés sur l'arbre primaire et sur l'arbre intermédiaire de la boîte de vitesses sont reliés à un circuit électronique agissant sur la pompe hydraulique afin d'ajuster la vitesse du moteur hydraulique, sur l'électrodistributeur de commande de l'embrayage multidisque et sur l'électrodistributeur de commande de l'inverseur de sens de marche pour, d'une part, débrayer l'embrayage multidisque et, d'autre part, enclencher l'inverseur lorsque les pignons de l'inverseur sont synchronisés. 7) Transmission selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif de synchronisation est un synchroniseur hydraulique à deux pompes hydrauliques et à clapets d'équilibrage. 8) Transmission selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif de synchronisation est un synchroniseur mécanique.