Brevet FR2765838A1 — publié le 19990115

Un tracteur forestier et plus généralement un engin routier motorisé mobile est amené à rouler sur les routes et chemins mais aussi et surtout à effectuer divers travaux spécialisés. A cet effet, il possède différents outils actionnés par plusieurs vérins correspondant chacun à un mouvement de base. Certains mouvements composés comme ceux d'une pelle d'un bulldozer, la racle ou la lame d'une niveleuse nécessitent plusieurs vérins qui sont actionnés chacun par un levier. Il existe ainsi dans chaque engin de chantier une pluralité de leviers de commande qui viennent s'ajouter aux commandes habituelles de direction, de boîte de vitesse, d'allure... En ce qui concerne les tracteurs forestiers, la majorité d'entre eux sont équipés d'une boîte de vitesse dite "powershift", c'est-à-dire d'une boîte de vitesse à tiroirs hydrauliques et à commande mécanique. Cette boîte comporte de nombreuses vitesses. Pour les tracteurs forestiers, en raison du travail de débardage qui nécessite des manoeuvres de roulage, en avant et en arrière, le conducteur doit constamment actionner de nombreux leviers et s'assurer qu'il utilise la bonne démultiplication Par ailleurs, les positions des diverses vitesses sont souvent proches les unes des autres, obligeant le conducteur à de petits déplacements de commande alors que les autres leviers sont à grand débattement. La commande mécanique d'origine de la boite de vitesse sur un tracteur forestier présente quelques inconvénients on constate une difficulté d'engager le bon rapport lorsque le véhicule est dans une position inconfortable ou lorsqu'il évolue sur un terrain bosselé. il y a lieu de tenir en permanence le levier de vitesse lors de changements de sens dans les déplacements. Ainsi, la main de l'opérateur n'est plus disponible pour manipuler d'autres commandes situées à proximité comme la commande de la lame avant, du bouclier, du ou des treuils ou de la pince hydraulique. L'invention a pour but général de décharger le conducteur de ces manoeuvres fastidieuses et délicates de la boîte de vitesse en procurant un ensemble de commande à distance à travers un dispositif d'actionnement et d'assistance à partir d'un manipulateur. A cet effet, l'invention se rapporte à un ensemble de commande à distance d'une boîte de vitesse d'un engin motorisé routier à partir d'une commande manuelle caractérisé en ce qu'un moyen mécanique de déplacement pas-à-pas actionne la commande de boîte de vitesse, ledit moyen étant asservi en position, et ceci à partir d'une commande extérieure par manipulateur proche ou éloignée à travers un organe électronique de pilotage du moyen mécanique de déplacement pas à pas, l'inversion marche avant-marche arrière étant réalisée par un vérin auxiliaire. L'invention permet de piloter à distance la boîte de vitesse par liaison filaire ou de la télécommander par une liaison immatérielle. Elle permet aussi de transformer la commande d'une quelconque boîte de vitesse en commande séquentielle déportée. Elle permet dans son application particulière d'actionner à distance une boîte dite "powershift" à commande mécanique par un ou plusieurs vérins pneumatiques ou hydrauliques ou à l'aide d'un actionneur électromécanique à déplacement linéaire contrôlé en position par une commande électronique. Ce dispositif peut être à vérin hydraulique ou pneumatique ou un dispositif électromécanique. Il s'agit d'un moyen d'actionnement de la boîte de vitesse à partir d'une commande manuelle traitée électroniquement du type par exemple manipulateur. Elle a également pour but d'éliminer tout risque d'erreur d'engagement de rapport de vitesse. Elle a finalement pour but de libérer la main de l'opérateur lors de séquences avec de multiples changements de sens. Cette main peut se consacrer avec précision à d'autres manoeuvres. On peut envisager l'utilisation d'un vérin pneumatique à butées multiples, dit vérin multipositions, qui constitue un des moyens adaptés de l'application à un tracteur forestier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple et accompagnée des dessins qui représentent la figure 1 : le schéma de la grille de commande d'une boîte de vitesse sur un tracteur forestier avec représentation du vérin de sens et du vérin multipositions calibré la figure 2 : un schéma de principe du boîtier de commande dans le cas d'une réalisation avec vérin pneumatique ; la figure 3 : le schéma d'implantation du dispositif d'actionnement par rapport à la boîte de vitesse dans l'exemple de la figure 2 la figure 4 : un schéma représentant une variante à vérin hydraulique commandé en position la figure 5 : un schéma de principe de l'ensemble de commande dans le cas d'une réalisation avec un actionneur électromécanique du type moto-réducteur la figure 6 : un schéma de principe de l'ensemble de commande dans le cas d'une réalisation avec un actionneur électromécanique du type vérin électromécanique. L'invention a pour but d'actionner le levier de commande ou directement la commande d'une bofte de vitesse à partir d'une commande ou d'une télécommande manuelle proche ou éloignée se traduisant par un actionneur : manipulateur, boîte à boutons ou autre. Une bote de vitesse BV, par exemple à huit rapports avant et quatre rapports arrière d'un tracteur forestier du type connu sous la dénomination "powershift" présente une grille 1 en "U" à deux branches asymétriques par exemple une petite branche 2 à droite pour les rapports de marche arrière AR et une grande branche 3 à gauche pour les rapports de marche avant AV et une position de point mort PM au centre. Un levier de vitesse 4 et d'inversion de sens 5 est actionné manuellement depuis sa position de point mort PM jusqu'à ses positions de marche avant ou arrière le long de l'une ou l'autre des branches 2 ou 3 de cette grille 1. Les leviers 4 et 5 sont les parties haute et basse d'un même levier 6. Selon l'invention, on agit directement sur la commande de la boite de vitesse "powershift" BV qui est rappelée par câbles rigides 7 et 8 au levier de vitesse 4 et au levier d'inversion 5 de sens. La commande avant/arrière AV/AR de la boîte de vitesse est reliée à l'extrémité d'une tige d'un vérin auxiliaire de sens VDS du type à double effet réalisant le mouvement du levier 6 à droite ou à gauche de part et d'autre du point mort PM pour l'inversion de sens à partir d'une commande appropriée de fluide moteur dans l'une ou l'autre de ses chambres. Le passage des vitesses est réalisé par un moyen de déplacement linéaire pas-à-pas agissant sur la partie 4 du levier de vitesse 6 ou sur un organe mécanique intermédiaire agissant sur la commande de la boîte de vitesse qui selon le cas peut être un organe mécanique ou hydraulique. Conformément à la réalisation de la figure 2, un vérin pneumatique linéaire calibré multipositions VPLM correspondant chacune à une position du levier de vitesse correspondant à un rapport de boîte de vitesse, soit de marche avant, soit de marche arrière est relié à la partie 4 du levier de vitesse 6 de la boîte de vitesse BV ou dans le cas présent à l'extrémité d'un des câbles rigides 7 ou 8 prolongeant mécaniquement le levier. On remarque sur la figure 2 que le vérin pneumatique multipositions, VPLM est constitué d'une pluralité de chambres indépendantes telles que 9 montées en série et alimentées chacune de façon indépendante par des liaisons individuelles à un boîtier de commande pneumatique BCP relié à un générateur d'air comprimé GAC engendrant une pression P motrice. La constitution du vérin multipositions correspond à une pluralité de vérins juxtaposés disposés en cascade c'est-à-dire à butées multiples dont chaque chambre comporte un piston et une tige. Les tiges sont montées en série de sorte que le piston de la tige de la chambre précédente pousse d'autant la tige de la chambre suivante et ainsi de suite sur toute la longueur du vérin. Le vérin VPLM comporte en extrémité une chambre de rappel pneumatique CHR ou un ressort de rappel permettant la descente des vitesses et le retour rapide au point mort PM. Le boîtier BCP a pour but d'alimenter la ou les chambre(s) du vérin de manière à passer du point mort à un rapport donné ou d'un rapport dans un autre ou d'un rapport directement au point mort de la boîte de vitesse BV conformément aux caractéristiques de cette boîte de vitesse et aux instructions données par l'opérateur sur un actionneur ACT du type manipulateur, manette ou autre permettant de commander le changement de vitesse par une opération manuelle simple, par exemple une impulsion pour passer d'une vitesse à la suivante. Il comportera un sélecteur à deux positions l'une correspondant à la montée des vitesses MV et l'autre correspondant à la descente des vitesses DV indifféremment pour le sens de marche avant ou le sens de marche arrière. La commande manuelle proche par manipulateur ou autre, peut être remplacée par une télécommande éloignée transmettant les ordres par une liaison immatérielle par exemple par liaison radio à partir d'un manipulateur MANIP à travers un émetteur EMET vers un récepteur RECEP. On décrira maintenant le boîtier de commande BCP. Il comporte une interface de commande des vérins INCOMVE constituée par exemple d'une multitude d'électrovannes pneumatiques dont une pour chaque chambre 9 du vérin multipositions VPLM ou du vérin auxiliaire de sens VDS. Le boîtier de commande BCP comprend également un module compteur-décompteur CD relié par deux voies à l'actionneur ACT dont une voie de comptage correspondant à la montée des vitesses MV et une voie de décomptage pour la descente des vitesses DV. Une commande de retour rapide au point mort provient d'une remise à zéro RAZ du module CD. L'ensemble est géré par une unité centrale mP du type microprocesseur ou microcalculateur. Le moyen de déplacement linéaire pas-à-pas peut être remplacé par un vérin hydraulique multipositions qui présente le même fonctionnement. A titre d'équivalent, on décrira ci-après un vérin hydraulique commandé en position et un ensemble électromécanique à moteur électrique M et à réducteur R (figures 4 et 5). Le montage à vérin hydraulique asservi en position représentée schématiquement sur la figure 4 se compose d'un vérin hydraulique à double effet VHDE dont chaque chambre est alimentée à partir d'un générateur de pression P commun pour les deux chambres A et B à travers une électrovanne ou une servovanne normalement fermée 10 et 11. Les électrovannes ou servovannes sont pilotées par un circuit électronique de gestion à partir d'un programme initial de succession de positions détectées par l'intermédiaire d'un capteur de position CP à travers un circuit de commande CIRCO. Il s'agit d'un asservissement en position. Le montage représenté sur la figure 5 met en oeuvre un moyen électromécanique sous la forme d'un ensemble moto-réducteur à moteur électrique M. Le moteur électrique M est à courant continu accouplé à une vis sans fin 12 en prise sur une roue dentée 13 ou toute autre forme de réduction mécanique R. On peut prévoir en substitution un réducteur du type couple conique ou à vis linéaire ou par un vérin électromécanique à déplacement linéaire. Il est nécessaire d'associer un circuit électronique de lecture des positions détectées par un capteur de position CP du type circulaire et un circuit de commande CIRCO. Le capteur circulaire de position CP est jumelé en mouvement avec la roue dentée 13. L'ensemble est du type pas-à-pas. Un dispositif mécanique bielle-manivelle CONV transforme le mouvement rotatif pas-à-pas en mouvement linéaire pas-à-pas correspondant au déplacement nécessaire pour actionner la commande mécanique de la boîte de vitesse qui est une commande séquentielle linéaire obtenue à partir d'un circuit de commande CIRCO. Dans le cas d'une boîte purement mécanique commandée manuellement, on associe la commande d'embrayage à chaque passage de vitesse. Conformément à la figure 6, la fonction générale peut être remplie par un vérin électromécanique VEM dont la tige est asservie en position par un circuit de commande associée à un capteur de position CP du type par exemple à potentiomètre. Le corps du vérin électromécanique est constitué par un moteur électrique M de préférence à courant continu dont l'arbre extérieur 14 est fileté et en prise sur un écrou de translation. Cet écrou de translation est par exemple couplé à une tige 15 de poussée 16, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un écrou bloqué en rotation mais déplaçable en translation longitudinale le long de l'arbre 14 du moteur M. L'asservissement en position est également réalisé à partir d'un capteur de position CP à travers un circuit de commande CIRCO tel qu'il correspond aux positions de la commande de la boîte de vitesse à la place de la commande manuelle. REVENDICATIONS 1. Ensemble de commande à distance d'une boîte de vitesse d'un engin motorisé routier à partir d'une commande manuelle caractérisé en ce qu'un moyen de déplacement linéaire pas-à-pas asservi en position actionne la commande d'une boîte de vitesse BV à partir d'une commande ou d'une télécommande manuelle à travers un organe électronique de pilotage du moyen de déplacement pas-à-pas, l'inversion marche avant AV marche arrière AR étant réalisée par un vérin auxiliaire VDS. 2. Ensemble de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande manuelle est une télécommande par liaison immatérielle. 3. Ensemble de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de déplacement linéaire pas-à-pas est un vérin multipositions pneumatique VPLM commandé en position par l'organe électronique. 4. Ensemble de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le vérin VPLM comporte en extrémité une chambre de rappel pneumatique CHR ou un ressort de rappel permettant la descente des vitesses et le retour rapide au point mort PM. 5. Ensemble de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe électronique de pilotage comporte une interface de commande des vérins INCOMVE constituée d'une multitude d'électrovannes pneumatiques dont une pour chaque chambre (9) du vérin multipositions VPLM ou du vérin auxiliaire de sens VDS, cet organe de commande BCP comprend également un module compteur-décompteur CD relié par deux voies à un actionneur ACT dont une voie de comptage correspondant à la montée des vitesses MV et une voie de décomptage pour la descente des vitesses DV. 6. Ensemble de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une commande de retour rapide au point mort PM provient d'une remise à zéro RAZ du module de comptage décomptage CD. 7. Ensemble de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de déplacement linéaire pas-à-pas est un vérin hydraulique à double effet VHDE associé à un capteur de position CP en vue de l'asservissement en position. 8. Ensemble de commande selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le moyen de déplacement linéaire pas-à-pas est un ensemble motoréducteur à moteur électrique M avec sortie à vis sans fin (12) en prise sur une roue dentée (13), le mouvement linéaire pas-à-pas étant obtenu par un mécanisme convertisseur bielle-manivelle et en ce que l'ensemble est commandé en asservissement de position par un circuit électronique à partir d'un capteur de position CP. 9. Ensemble de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de déplacement linéaire pas-à-pas est un vérin mécanique comprenant un moteur électrique M dont l'arbre de sortie (14) est à vis sans fin en prise sur un écrou de translation (15) couplé à une tige (16), l'ensemble étant asservi en position par pilotage du moteur M à partir d'un capteur de position CP. 10. Ensemble de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il existe une commande de retour rapide au point mort PM. 11. Ensemble de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le cas d'une boîte purement mécanique commandée manuellement, on associe la commande d'embrayage à chaque passage de vitesse.