Brevet FR2684733A1 — publié le 19930611

La présente invention concerne un dispositif pour actionner par moteur électrique une liaison par friction embrayable et débrayable (embrayage ou frein) entre un organe de transmission monté à rotation sur un arbre central et un autre organe de transmission d'une transmission à engrenages d'un véhicule automobi- le, o une pièce annulaire d'actionnement assurant l'embrayage et le débrayage de la liaison est centrée et mobile axialement par rapport à l'arbre central et est également reliée à un moteur électrique d'action- nement par un mécanisme de transmission formant conver- tisseur de couple, qui convertit des mouvements de rotation engendrés par le moteur d'actionnement en mouvements axiaux de la pièce annulaire d'actionnement et qui est centré par rapport à l'arbre central, et o le moteur d'actionnement a son axe de rotation orienté parallèlement à l'axe central et est relié au mécanisme de transmission formant convertisseur par l'intermédiaire d'une transmission à engrenages droits. Dans un dispositif connu de ce genre (demande de brevet allemand DE-OS 35 18 868), le moteur d'en- traînement du véhicule est relié à une boîte de vitesses à engrenages commandée manuellement par un embrayage de démarrage se présentant sous la forme d'un embrayage à friction à un disque, qui est actionné constamment dans le sens d'embrayage par un ressort à membrane et qui est débrayé par la partie annulaire d'actionne- ment agissant sur le ressort à membrane Le mécanisme de transmission formant convertisseur se compose dans l'essentiel d'un levier pivotant à deux bras dont un bras agit directement sur la partie annulaire d'action- nement tandis que l'autre bras porte un segment denté qui est en prise avec un pignon entraîné par un moteur électrique d'actionnement par l'intermédiaire d'une vis sans fin Dans cet agencement connu, le disque de friction, le ressort à membrane, la pièce annulaire d'actionnement et le bras de levier correspondant du mécanisme de transmission formant convertisseur sont disposés l'un après l'autre sur l'arbre d'entrée de la transmission tandis que le moteur électrique d'ac- tionnement a son axe de rotation orienté perpendiculaire- ment à l'arbre d'entrée de la transmission. Le problème qui est à la base de l'invention consiste dans l'essentiel à créer un dispositif pour actionner par moteur électrique une liaison par friction embrayable et débrayable en charge, ce dispositif pouvant être utilisé, notamment à la place des dispositifs actionnés par fluide sous pression et comportant des organes hydrauliques d'actionnement du type à pistons axiaux, pour l'actionnement des embrayages et des freins de commande de boites de vitesses automatiques, notam- ment du type à trains planétaires, et son utilisation dans des véhicules automobiles devant également permettre par exemple un blocage d'une transmission compensatrice à trains planétaires ou bien sous la forme d'un système d'actionnement ou de prise de force enclenchable ou bien sous la forme d'un embrayage de démarrage d'une boite de vitesses à engrenages à commande manuelle. Le problème défini ci-dessus est résolu d'une manière avantageuse, conformément à l'invention, en ce qu'il est prévu dans la ligne d'entraînement entre la transmission à engrenages droits et le moteur d'ac- tionnement un mécanisme de transmission formant conver- tisseur de couple et dont le rapport de transmission est modifiable. Avec l'agencement conforme à l'invention, la puissance est transmise de l'entrée à la sortie par exemple par l'intermédiaire d'un groupe de disques. Sur le groupe de disques agit une force axiale qui est produite à l'aide d'une transmission à partir du couple engendré par un moteur électrique d'actionnement. La fonction de transmission consiste soit dans une amplification constante de couple au moyen d'une conversion couple-force axiale, soit dans une combinaison d'une amplification variable de couple avec une conversion couple-force axiale. Le rapport de transmission variable permet d'utiliser le moteur électrique d'actionnement de façon optimale pendant le processus de fermeture de l'embrayage. Au moyen d'une réduction intentionnelle du rapport total de transmission, la masse tournante réduite agis- sant sur l'arbre du moteur est augmentée de telle sorte que le moteur d'actionnement soit obligé de fonctionner au point correspondant à la fourniture maximale de puissance Ainsi le système peut recevoir l'énergie maximale pour compenser la course à vide. Un système d'arrêt permet, après régulation de la montée du couple, de maintenir fermée la liaison par friction Le moteur d'actionnement peut être arrêté et ainsi le réseau de bord n'est pas soumis à l'énergie d'immobilisation relativement forte pour produire la force de retenue. Le moteur électrique d'actionnement sera installé soit de l'extérieur sous la forme d'une unité complète, soit en étant intégré dans la structure d'em- brayage ou de frein. L'utilisation comme moteur électrique d'action- nement d'un moteur à courant continu à commutation électronique peut se présenter, dans la solution intégrée, comme un moteur à rotor à disques ou bien comme un moteur à rotor à double cylindre; dans la solution avec montage extérieur, le rotor à double cylindre peut constituer la solution la plus favorable en consi- dération de l'espace disponible pour le montage. Le moteur d'actionnement doit remplir trois fonctions principales, notamment une fonction de ferme- ture avec compensation de la course à vide, une fonction de commutation avec génération de couple dans la liaison par friction et une fonction d'arrêt. La fonction de commutation ou la fonction d'arrêt peuvent être produites au moyen d'un moteur d'actionnement relativement petit, en relation avec un très grand rapport de transmission (grand moment d'inertie de masse). La fonction de fermeture nécessite une quantité d'énergie minimale, qui dépend du moment d'inertie de masse, de la caractéristique du moteur et de la relation entre un rapport de transmission constant et un rapport de transmission variable, et qui doit être appliquée au système Cette quantité d'énergie augmente en fonction de la croissance du rapport total de transmission par suite de l'augmentation des masses tournantes et du nombre de composants Il en résulte également une augmentation de la consommation nécessaire d'énergie du moteur d'actionnement. La fonction d'arrêt peut à elle seule être remplie par un moteur d'actionnement à commande électro- nique ou bien par un système d'arrêt Cependant, en considération de la puissance perdue d'un moteur d'ac- tionnement qui est immobilisé en charge, il est évident qu'il faut bloquer mécaniquement la liaison fermée opérant par friction et qu'il faut séparer le moteur d'actionnement du réseau de bord. La tendance contraire se manifestant pour la fonction de fermeture et la fonction d'arrêt en ce qui concerne le dimensionnement et la consommation d'énergie du moteur d'actionnement montre que c'est seulement en fonction des caractéristiques imposées à l'embrayage (force axiale, entrefer, temps de ferme- ture), du rapport total de transmission du mécanisme de transmission et de la courbe caractéristique du moteur électrique d'actionnement, qu'il est possible d'obtenir un moteur optimal ayant une consommation minimale d'énergie. Le processus d'actionnement est contrôlé par un système de régulation adaptive, auquel est asso- cié un champ caractéristique de courant d'induit Pour l'agencement conforme à l'invention, des systèmes de liaison à friction connus comme des embrayages à disques, des freins à disques ou des freins à bandes sont appro- priés. D'après le document "Taschenbuch fur den Maschinenbau", Dubbel, 14 ème Edition de 1981, Springer- Verlag Berlin, Heidelberg, New York, page 448, Figure 4 b et page 449, Tableau 2, il est connu un système de transmission à organe roulant réglable graduellement et réalisé sous forme d'une transmission à bille roulante et cônes creux, tandis que la Figure 3 de la page 1062 et la page 1063 de ce document représentent des types de construction de moteurs d'actionnement à courant continu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 représente schématiquement un dispositif conforme à l'invention pour l'actionnement d'un embraya- ge à disques, et la Figure 2 représente un schéma synoptique à blocs du dispositif de la Figure 1. En référence à la Figure 1, il est prévu dans un carter de transmission désigné par 16 deux arbres de transmission 3 et 4, disposés en alignement ou coaxialement par rapport à un axe central 1-1 ou bien montés de façon tournante par rapport à celui-ci, et reliés entre eux par un embrayage à disques 2 L'arbre de transmission est relié sans possibilité de mouvement relatif avec un support 17 de disques intérieurs, sur lequel sont montés des disques intérieurs 8 de l'embraya- ge 2 avec possibilité de translation axiale mais sans possibilité de rotation relative Les disques intérieurs 8 sont disposés en imbriquement successif avec des disques extérieurs 9 de l'embrayage 2, qui sont montés, sans possibilité de rotation relative mais avec possibi- lité de translation axiale, sur un support 18 relié de façon fixe à l'arbre de transmission 4 Le groupe de disques 8, 9 de l'embrayage 2 s'appuie, dans un sens de l'axe central 1-1, sur un contre-appui 19 soli- daire du support 17 de disques intérieurs et il s'appuie dans le sens opposé, par l'intermédiaire d'un ressort annulaire 20, contre un plateau de pression 21 de forme annulaire d'une pièce annulaire d'actionnement 5, centrée et mobile axialement par rapport à l'axe central 1-1. Pour obtenir une amplification de force, le ressort annulaire 20 agit, par sa zone radialement centrale, sur une saillie 22, présentant un petit espacement par rapport à l'axe central 1-1, du disque intérieur 8 adjacent et il agit, par sa zone radialement extérieu- re, sur une saillie 23, présentant un grand espacement par rapport à l'axe central 1-1, du plateau de pression 21 Les forces de réaction se produisant lors de l'ampli- fication de forces sont absorbées, par le bord radiale- ment intérieur du ressort annulaire 20, par l'intermé- diaire d'une bague d'arrêt 24 engagée dans une rainure circonférentielle du support 17 de disques intérieurs. Pour éviter des rotations relatives entre le plateau de pression 21 et le ressort annulaire 20 ou bien le disque intérieur adjacent 8, il est prévu entre la pièce annulaire d'actionnement 5 et le support 17 de disques intérieurs une pièce de sécurité antirotation , qui autorise cependant des mouvements axiaux des deux parties l'une par rapport à l'autre. La pièce annulaire d'actionnement 5 est solli- citée par un écrou de transmission 27 d'un ensemble de transmission à filetage 7, disposé de façon centrée par rapport à l'axe central 1-1 et dont la broche file- tée 28 est agencée en forme de manchon et est reliée de façon fixe par une extrémité frontale avec un pignon 29 d'une transmission à engrenages droits 12 A l'extré- mité de la broche filetée 28 qui est opposée au pignon 29, il est prévu une plaque radiale de liaison 33 du support 17 de disques intérieurs qui est soudée sur un collet de l'arbre de transmission 3 traversé par la broche filetée 28. L'action de vissage entre l'écrou de transmis- sion 27 et la broche filetée 28 est produite par l'inter- médiaire d'une rangée circonférentielle de billes 35 opérant avec peu de frottement La pièce annulaire d'actionnement 5 est montée de façon tournante, par l'intermédiaire d'un roulement 31 à rouleaux coniques sur l'écrou de transmission 27 et la bague intérieure du roulement est disposée de telle sorte que des forces d'actionnement (forces axiales) agissant dans un sens d'embrayage de l'embrayage à disques 2 soient transmises par l'écrou de transmission 27 à la pièce annulaire d'actionnement 5 ou bien au plateau de pression 21. Pour garantir également le degré de liberté de jeu du roulement 31 à rouleaux coniques lorsque l'embrayage à disques 2 est débrayé, un ressort de rappel 36 est disposé entre la pièce annulaire d'actionnement 5 et le support 17 de disques intérieurs de telle sorte que la bague extérieure du roulement 31 à rouleaux coniques soit maintenue appliquée contre les rouleaux coniques. A son extrémité frontale opposée à la plaque de liaison 33 du support 17 de disques intérieurs, l'écrou de transmission 27 est relié sans possibilité de mouvement relatif avec une plaque de retenue 26, centrée par rapport à l'axe central 1-1 et orientée radialement, cette plaque étant pourvue sur son pourtour extérieur d'une denture axiale correspondante 37 qui l'empêche de tourner par rapport au carter de transmis- sion 16 mais qui permet cependant une translation axiale. Un moteur d'actionnement 6 à commande électro- nique, dont l'axe de rotation 11-11 est maintenu parallè- le à l'axe central 1-1 dans le carter de transmission 16, est relié avec l'autre pignon 30 de la transmission à engrenages 12 au moyen d'un mécanisme de transmission à organe roulant, dont le rapport de transmission est réglable graduellement et qui est agencé sous la forme d'un mécanisme de transmission à bille roulante et à cônes creux La bille roulante 32 de ce mécanisme de transmission 10 peut être déplacée d'une manière connue dans les directions radiales par un organe élec- tromagnétique d'actionnement 15 en vue d'une modifica- tion du rapport de transmission. Pour pouvoir fixer la pièce annulaire d'ac- tionnement 5 dans une position correspondant à l'état embrayé de l'embrayage à disques 2, il est prévu un dispositif élastique d'arrêt 13, qui se compose dans l'essentiel d'un creux d'arrêt 38 prévu sur un côté frontal de l'engrenage droit 29, d'une bille d'arrêt 39 et d'un réceptacle pourvu d'un contre-appui élasti- que 40 pour la bille d'arrêt 39 dans le carter 16. Dans l'agencement représenté, il est ainsi prévu un embrayage à disques 2 de structure mécanique avec moteur électrique, comportant une partie 12 à rapport de transmission constant et une partie 10 à rapport de transmission graduel, actionnée par effet magnétique et dont l'ouverture ou la fermeture sont produites par le moteur d'actionnement 6 installé extérieurement. Le couple de l'arbre de transmission 3 est transmis par le support de disques intérieurs 17, par l'intermédiaire du groupe de disques 8, 9, au support de disques extérieurs 18 et à l'arbre de transmission 4 Le mécanisme d'actionnement de l'embrayage 2 se compose dans l'essentiel du moteur d'actionnement 6, de la transmission à organe roulant 10, réglable gra- duellement au moyen de l'ensemble électromagnétique en vue d'une modification du rapport de transmission, de l'ensemble à noix de transmission et broche filetée 27, 28, du système d'arrêt 13, de la transmission à engrenages droits 12 et du système d'amplification à leviers 20 à 24. Le moteur d'actionnement 6 entraîne, par l'intermédiaire de la transmission à organe roulant et de la transmission à engrenages droits 12, la broche filetée 28 montée sur l'arbre de transmission 3 L'écrou de transmission 27 est disposé avec possibi- lité de mouvement axial dans le carter 16 Pour qu'il ne se produise aucune vitesse relative de rotation entre le plateau de pression 21 et le support de disques intérieurs 17, celui-ci est empêché de tourner dans le support de disques intérieurs 17 Le ressort de rappel 36 empêche une libération du roulement 31 à rouleaux coniques lors d'une ouverture de l'embrayage 2. Un système d'arrêt 13 sollicité par ressort peut être prévu soit entre le carter 16 et l'engrenage droit 29, soit entre le carter 16 et l'écrou de trans- mission 27 ou soit entre la transmission à organe rou- lant 10 et le moteur d'actionnement 6 La force que doit exercer le ressort est d'autant plus petite que le système d'arrêt 13 est plus rapproché du moteur d'actionnement 6 dans la ligne de transmission de forces. Lorsque l'embrayage 2 est ouvert et fermé, le rapport de transmission de la transmission à organe roulant 10 est maximal Ainsi le moment d'inertie de masse, rapporté à l'arbre du moteur, est minimal A la suite de la phase de montée en vitesse du moteur d'actionnement 6, le rapport de transmission est réduit. En conséquence, le moment d'inertie de masse est alors augmenté et le moteur d'actionnement 6 est obligé de fournir la puissance maximale et d'appliquer ainsi au système dans cet intervalle de temps la quantité d'énergie maximale possible Il en résulte que le plateau de pression est également rétracté de la course maximale. Au début de la phase de freinage du moteur d'actionne- ment 6, à la fin de la phase de compensation de la course à vide, le rapport de transmission est à nouveau amené à la valeur maximale et ensuite le moteur d'action- nement 6 est freiné jusqu'à l'immobilisation. A la suite de la génération du couple avec régulation par courant d'induit (fonction de commuta- tion), l'ensemble est bloqué Le couple du moteur est augmenté pendant une courte durée et le ressort annulaire 20 est comprimé en correspondance à la branche horizontale de la courbe caractéristique force/course. Ainsi l'engrenage droit 29 peut continuer à se déplacer de quelques degrés angulaires jusqu'à ce que la bille 39 sollicitée par ressort soit amenée dans la position d'arrêt Ensuite le moteur d'actionnement 6 peut être séparé du réseau de bord. L'agencement décrit avec rapport de transmis- sion fixe et variable peut être converti en un agence- ment comportant un rapport total de transmission qui est fixe, en supprimant la transmission à organe roulant et l'ensemble électromagnétique de manoeuvre 15 et en remplaçant le moteur d'actionnement 6 par un moteur à régulation électronique de transmission il ( par exemple avec un train planétaire correspondant à i Max = 4), de façon à maintenir constant le rapport total de transmission. A la place de l'embrayage à disques 2, on peut utiliser un frein, auquel cas l'arbre de transmis- sion 4 est supprimé et le support de disques extérieurs 18 est relié au carter 16. La Figure 2 représente à nouveau l'agencement de la Figure 1 sous la forme d'un schéma à blocs Le moteur d'actionnement 6 et l'organe électromagnétique d'actionnement 15 du mécanisme de transmission graduelle à organe roulant 10 sont commandés par une unité électro- nique de commande 14 Le moteur d'actionnement 6 est relié, pour assurer l'entraînement, par l'intermédiaire de l'ensemble de transmission comprenant le mécanisme de transmission à organe roulant 10, la transmission à engrenages 12 et la transmission filetée 7, avec la pièce annulaire d'actionnement 5 de l'embrayage à friction 2, qui est disposé entre les arbres de trans- mission 3 et 4 dans la ligne de forces. Dans la chaîne cinématique prévue entre le moteur d'actionnement 6 et la pièce annulaire d'action- nement 5, il est prévu un système d'arrêt 13 correspon- dant à l'état de débrayage de l'embrayage à disques 2. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour actionner par moteur électrique une liaison par friction embrayable et débrayable (em- brayage ou frein) entre un organe de transmission monté à rotation sur un arbre central et un autre organe de transmission d'une transmission à engrenages d'un véhicule automobile, o une pièce annulaire d'actionne- ment assurant l'embrayage et le débrayage de la liaison est centrée et mobile axialement par rapport à l'arbre central et est également reliée à un moteur électrique d'actionnement par un mécanisme de transmission formant convertisseur de couple, qui convertit des mouvements de rotation engendrés par le moteur d'actionnement en mouvements axiaux de la pièce annulaire d'actionne- ment et qui est centré par rapport à l'arbre central, et o le moteur d'actionnement a son axe de rotation orienté parallèlement à l'axe central et est relié au mécanisme de transmission formant convertisseur par l'intermédiaire d'une transmission à engrenages droits, caractérisé en ce qu'il est prévu dans la ligne d'entraînement entre la transmission à engrenages droits ( 12) et le moteur d'actionnement ( 6) un mécanisme de transmission ( 10) formant convertisseur de couple et dont le rapport de transmission est modifiable. 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on utilise pour le mécanisme de transmis- sion un mécanisme de transmission ( 10) à bille roulante et à cônes creux réglable graduellement. 3 Dispositif selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce annulaire d'action- nement ( 5) est soutenue, avec possibilité de rotation, par au moins un roulement ( 31) sur l'organe de transmis- sion mobile axialement (écrou de transmission 27) du mécanisme de transmission formant convertisseur ( 7). 4 Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce annulaire d'actionne- ment ( 5) et un support ( 17) de disques intérieurs de la liaison par friction sont disposés sans pouvoir tourner l'un par rapport à l'autre ( fixation antirota- tion 25). Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pièce annulaire d'actionne- ment ( 5) peut être fixée par un dispositif élastique d'arrêt ( 13) dans sa position correspondant à l'état embrayé de la liaison par friction (embrayage à disques 2).