Brevet FR2794208A1 — publié le 20001201

L'invention concerne un dispositif d'actionnement automatisé pour le passage ou la sélection de rapport d'une boîte de vitesses, notamment pour véhicules automobiles. D'une manière générale, un tel dispositif d'actionn'ement automatisé comprend notamment un élément élastique déformable axialement qui est monté dans la chaîne cinématique entre un élément moteur et le moyen de commande de la boîte de vitesses. Cet élément élastique déformable axialement tel un ressort présente plusieurs avantages parmi lesquels on peut notamment citer : la possibilité de maîtriser l'effort appliqué lors de la phase de synchronisation du rapport par suite d'un effort de compression du ressort (on emmagasine de l'énergie), et la possibilité d'améliorer les performances dynamiques de 11actionnement pendant la phase de crabotage du rapport par suite d'une détente du ressort (restitution de l'énergie préalablement emmagasinée par le ressort). Un tel dispositif d'actionnement de ce type est notamment décrit dans les documents FR-2 660 392 et EP-0 490 730 de la demanderesse, et dans le document DE-19 713 423, par exemple. Le but de l'invention est de perfectionner un tel dispositif d'actionnement pour en augmenter les performances. A cet effet, l'invention propose un dispositif d'actionnement automatisé pour le passage ou la sélection de rapport d'une boîte de vitesses, notamment pour véhicules automobiles, ce dispositif comprenant un organe moteur à arbre de sortie rotatif qui est accouplé en rotation à un arbre de sortie du dispositif par une liaison élastique rotative incluant un élément élastique à déformation axiale, caractérisé en ce que la liaison élastique rotative comprend des moyens pour convertir une déformation angulaire de ladite liaison en une déformation axiale dudit élément. Avantageusement, les moyens pour convertir la déformation angulaire de la liaison élastique rotative en une déformation axiale de l'élément élastique, sont des moyens de conversion non linéaires. D'une manière générale, la liaison élastique rotative comprend une première pièce entraînée en rotation par l'organe moteur et mobile en translation, et une seconde pièce solidaire en rotation de l'arbre de sortie du dispositif, lesdites première et seconde pièces étant en contact l'une avec l'autre sous la précontrainte de l'élément élastique à déformation axiale qui exerce une force de pression suffisante pour que lesdites pièces soient entraînées à la même vitesse de rotation en l'absence de couple résistant sur l'arbre de sortie du dispositif. Les moyens pour convertir la déformation angulaire de la liaison élastique rotative en une déformation axiale de l'élément élastique, sont situés à l'interface de contact entre les première et seconde pièces de la liaison élastique rotative. A titre d'exemple, lesdits moyens de conversion sont constitués par un chemin de came à profil variable pour provoquer une mise en compression de l'élément à déformation linéaire par suite de la présence d'un couple résistant sur l'arbre de sortie de l'actionneur, et une détente dudit élément lorsque le couple résistant disparaît. Selon un mode de réalisation de l'invention, le chemin de came peut être formé au niveau des faces mutuellement en regard des deux pièces de la liaison rotative élastique et qui sont au contact l'une de l'autre sous l'action de l'élément élastique, le chemin de came étant constitué par des encoches prévues dans l'une des pièces et par des dents en saillie prévues dans l'autre desdites pièces, ces encoches et ces dents s'emboîtant les unes dans les autres et ayant des profils complémentaires globalement triangulaires. Les surfaces de contact entre les deux pièces de la liaison rotative élastique étant annulaires, les dents et les encoches sont en nombre égal et régulièrement réparties autour dêsdites surfaces de contact. Selon un autre mode de réalisation qui peut être envisagé, le chemin de came est constitué par des encoches de type hélicoïdal usinées dans l'une des pièces de la liaison rotative et par des dents ou pions portés par l'autre pièce et qui s'engagent respectivement dans lesdites encoches. D'une manière générale, l'élément élastique à déformation axiale peut être constitué par un ressort, une rondelle élastique de forme conique ou ondulée, ou une bague en un matériau élastomère, monté autour de l'arbre de sortie du dispositif d'actionnement. Avantageusement, le dispositif d'actionnement comprend un ensemble réducteur de vitesse intercalé entre l'organe moteur et la liaison élastique rotative. Ainsi, selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble réducteur de vitesse est un train d'engrenage planétaire dont la couronne est accouplée en rotation à la première pièce de la liaison élastique rotative au moyen de nervures s'engageant dans des rainures complémentaires, ladite première pièce étant mobile en translation par glissement des nervures dans les rainures. Selon ce mode de réalisation, les première et seconde pièces de liaison élastique rotative sont respectivement constituées par un manchon et une bague axialement alignés avec la couronne du train d'engrenage planétaire et l'arbre de sortie du dispositif, et l'élément élastique à déformation axiale est monté autour de l'arbre de sortie du dispositif, et prend respectivement appui sur la couronne et sur le manchon. Selon un avantage du dispositif d'actionnement, la raideur de la liaison élastique rotative ou de l'élément élastique à déformation axiale peut être non-linéaire, à savoir progressive ou étagée en donnant au chemin de came de la liaison élastique rotative une forme appropriée. Un autre avantage du dispositif d'actionnement selon l'invention réside dans sa simplicité et un encombrement réduit, en particulier quand l'élément élastiques à déformation axiale est constituée par une rondelle conique ou ondulée par exemple. D'une manière générale, l'invention s'applique à la commande d'une boîte de vitesses à rapports synchronisés ou'non. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront de la description explicative qui va suivre en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale ou selon la ligne I-I de la figure 2 d'un mode de réalisation d'un dispositif d'actionnement selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, et - la figure 3 est une vue en perspective d'une partie du dispositif d'actionnement illustré sur la figure 1. Selon le mode de réalisation de l'invention illustré sur les différentes figures, le dispositif d'actionnement ou actionneur 1 comprend notamment : - un organe moteur M à arbre de sortie rotatif, qui peut être constitué par un moteur rotatif de type quelconque, _ un ensemble réducteur de vitesse T accouplé à l'arbre de sortie de l'organe moteur M, et - une liaison élastique rotative E intercalée entre l'ensemble réducteur R et l'arbre de sortie S de l'actionneur 1. L'ensemble réducteur T (figure 1) est constitué par un train d'engrenage planétaire classique comprenant un pignon solaire 3 accouplé à l'arbre de sortie de l'organe moteur M, des pignons satellites 5 qui engrènent le pignon solaire 3 d'une part et une couronne 7 d'autre part, et un porte-satellites 9. La couronne 7, coaxiale à l'arbre de sortie S de l'actionneur 1, forme l'élément de sortie rotatif de l'ensemble réducteur T. La liaison élastique rotative E est montée autour de l'arbre de sortie S, coaxialement à celui-ci et comprend une première pièce sous la forme d'un manchon 10 qui est solidaire en rotation de la couronne 7 mais susceptible de se déplacer en translation suivant l'axe de l'arbre de sortie S. A cet effet, la cour onne 7 se prolonge axialement par une partie cylindrique 7a de plus petit diamètre et dont la surface périphérique présente des nervures axiales 7b régulièrement espacées, et le manchon 10 présente des rainures axiales 10b à sa surface périphérique interne et dans lesquelles s'engagent lesdites nervures 7b. Ainsi, le manchon 10 est à la fois solidaire en rotation de la couronne 7 et mobile en translation. La liaison élastique rotative E comprend une seconde pièce sous la forme d'une bague 12 qui est solidaire en rotation de l'arbre de sortie S de l'actionneur 1, et un élément élastique R à déformation axiale monté coaxialement autour de l'arbre de sortie S. A titre d'exemple, cet élément élastique R est constitué par un ressort hélicoïdal qui vient se loger à l'intérieur du manchon 10 en prenant respectivement appui sur un épaulement annulaire radialement interne 15 de la couronne 7 et un épaulement annulaire 17 radialement interne du manchon 10. Sous la précontrainte du ressort R, les faces d'extrémité mutuellement en regard du manchon 10 et de la bague 12 sont maintenues au contact l'une de l'autre. Cette surface de contact (figure 3) comprend des encoches 20a à profil globalement triangulaire, prévues à la surface d'extrémité annulaire du manchon 10 et qui sont régulièrement espacées autour de celui-ci d'une part, et des dents 20b à profil globalement triangulaire, en saillie à la surface d'extrémité annulaire de la bague 12 et qui sont régulièrement espacées autour de celle-ci d'autre part. Les encoches 20a et les dents 20b sont en nombre égal et ont des profils complémentaires pour pouvoir sIengagei#'les unes dans les autres. Ces encoches 20a et ces dents 20b définissent ainsi un chemin de came 22 tel que la rotation de l'arbre de sortie S de 11actionneur peut repousser axialement le manchon 10 en entraînant une mise en compression du ressort R. L'ensemble réducteur de vitesse T et la liaison élastique rotative E sont logés dans un carter 25 qui présente deux ouvertures diamétralement opposées 27 et 29 pour le passage de l'arbre de sortie de l'organe moteur M d'une part, et de l'arbre de sortie S de l'actionneur 1 qui est accouplé au moyen de commande de la boîte de vitesses (non représentée). L'arbre de sortie S de l'actionneur 1 axialement aligné avec celui de l'organe moteur M, pénètre à l'intérieur du carter 25 et traverse librement l'ouverture délimitée par l'épaulement annulaire radialement interne 15 de la couronne 7 de l'ensemble réducteur T. L'arbre de sortie S supporte ainsi en rotation la couronne 7 mais la bloque en translation au moyen d'un segment d'arrêt 27, solidaire de l'arbre de sortie S et qui prend appui sur l'épaulement 15. D'une manière générale, si on commande l'organe moteur M, la couronne 7 et le manchon 10 sont entraînés en rotation et, par suite de la précontrainte exercée par le ressort R sur le manchon 2, la bague 12 est également entraînée en rotation, c'est-à-dire que la couronne 7 et l'arbre de sortie S de l'actionneur 1 tournent à la même vitesse. Dans ces conditions, les dents 20b de la bague 12 sont positionnées à l'intérieur des encoches 20a du manchon 10, comme cela est illustré sur la figure 3. Si par contre, il existe un couple résistant au niveau de l'arbre de sortie S de l'actionneur 1 qui est suffisant pour décaler angulairement les dents 20b de la bague 12 par rapport aux encoches 20a du manchon 10, cela va provoquer un déplacement axial du manchon 10 avec mise en compression du ressort R qui se retrouve chargé. Inversement, si la valeur du couple résistant diminue sur l'arbre de sortie S de l'actionneur 1, le ressort R va se détendre et restituer ainsi l'énergie qu'il avait précédemment accumulée. On peut donner au chemin de came 22 entre le manchon 10 et la bague 12 une forme qui permet de faire varier la raideur de la liaison élastique d'une manière non linéaire. Un tel dispositif d'actionnement peut être aussi bien utilisé comme actionneur de passage et/ou de sélection lors d'un changement de rapport de vitesses. Ainsi, pour effectuer un passage ou une sélection de vitesses à partir d'ordres provenant d'une électronique de commande et de puissance (non représentée sur les dessins), l'organe moteur M est entraîné en rotation et un couple résistant va être appliqué sur l'arbre de sortie S du dispositif d'actionnement lors de la phase de synchronisation du rapport, ce qui va se traduire par un décalage angulaire entre les deux pièces 10 et 12 de la liaison élastique E et une mise en compression axiale de l'élément élastique R. L'énergie ainsi emmagasinée par l'élément R sera restituée ensuite lors de la phase de crabotage du rapport. En variante du mode de réalisation illustré sur les figures, l'élément élastique peut être constitué par une rondelle élastique de forme conique ou ondulée ou par une bague en un matériau élastomère, par exemple. En outre, la liaison élastique qui est monté en bout de l'ensemble réducteur peut être montée au moins en partie en périphérie de celui-ci suivant les exigences d'encombrement. Avantageusement, le dispositif d'actionnement est instrumenté avec des contacteurs de type binaire ou des capteurs analogiques pour pouvoir connaître la déformation angulaire de la liaison rotative E et de la déformation axiale résultante de l'élément élastique R, cette instrumentation permettant de connaître l'énergie emmagasiz#ée par l'élément élastique R et de régler ainsi la précontrainte initiale de l'élément R en commandant le moteur M d'un manière appropriée. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'actionnement automatisé pour le passage ou la sélection de rapport d'une boîte de vitesses, notamment pour véhicules automobiles, ce dispositif comprenant un organe moteur (M) à arbre de sortie rotatif qui est accouplé en rotation à un arbre de sortie (S) du dispositif par une liaison élastique rotative (E) incluant un élément élastique (R) à déformation axiale, caractérisé en ce que la liaison élastique rotative (E) comprend des moyens pour convertir une déformation angulaire de ladite liaison (E) en une déformation axiale dudit élément élastique (R). 2. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison élastique rotative (E) comprend une première pièce ( 10) entraînée en rotation par l'organe moteur (M) et mobile en translation, et une seconde pièce (12) solidaire en rotation de l'arbre de sortie (S) du dispositif, lesdites première et seconde pièces (10,12) étant en contact l'une avec l'autre sous la sollicitation de l'élément élastique (R) à déformation axiale qui exerce une précontrainte suffisante pour que lesdites pièces (10,12) soient entraînées à la même vitesse de rotation en l'absence de couple résistant sur l'arbre de sortie (S) du dispositif. 3. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour convertir la déformation angulaire de la liaison élastique rotative (E) en une déformation axiale de l'élément élastique(R), sont des moyens de conversion non linéaires. 4. Dispositif d'actionnement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens pour convertir la déformation angulaire de la liaison élastique rotative (E) en une déformation axiale de l'élément élastique (R), sont situés à l'interface de contact entre les première et seconde pièces (10,12) de la liaison élastique rotative (E). 5. Dispositif d'actionnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par un chemin de came (22) à profil variable pour provoquer une mise en compression de l'élément élastique (R) à déformation axiale par suite de la présence d'un couple résistant sur l'arbre de sortie (S) de l'actionzieur, et une détente dudit élément lorsque le couple résistant disparaît. 6. Dispositif d'actionnement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le chemin de came (22) est formé au niveau des surfaces de contact entre les deux pièces (10,12) de la liaison rotative élastique (E), et constitué par des encoches (20a) prévues dans l'une des pièces et par des dents ou pions en saillie (20b) prévues dans l'autre desdites pièces. 7. Dispositif d'actionnement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les encoches (20a) et les dents ou pions (20b) sont en prise les uns avec les autres, et ont des profils complémentaires de forme globalement triangulaire. 8. Dispositif d'actionnement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les encoches (20a) présentent une forme hélicoïdale, et en ce que les dents ou pions (20b) sont engagés dans lesdites encoches (20b). 9.Dispositif d'actionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément à déformation axiale (R) est constitué par un ressort, une rondelle élastique de forme conique ou ondulée, ou une bague en un matériau élastomère, monté autour de l'arbre de sortie (S) du dispositif. 10. Dispositif d'actionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble réducteur de vitesse (T) intercalé entre l'organe moteur (M) et la liaison élastique rotative (E). il. Dispositif d'actionnement selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'ensemble