Brevet FR2818348A1 — publié le 20020621

Dispositif de changement de vitesses à passage de vitesse sous couple. La présente invention se rapporte à un dispositif de changement de vitesses à passage de vitesse sous couple. En dehors des transmissions manuelles sur lesquelles les changements de vitesses impliquent une interruption du couple pendant le débrayage et les transmissions automatiques sur lesquelles les changements de vitesses s'effectuent sous couple, il existe des transmissions dites"robotisées"comportant une boîte de vitesses mécanique équipée d'actionneurs, et un embrayage, actionnés de façon coordonnée par un"robot". Le document FR-A-2 786 842 révèle un procédé et un dispositif permettant, sur une transmission à boîte de vitesses robotisée, d'effectuer les changements de vitesses montants sans interruption de couple, par utilisation d'un embrayage de répartition de couple à l'aide duquel le couple est dérivé sur un rapport plus élevé avant décrabotage, le changement de rapport s'effectuant sans débrayage au niveau de l'embrayage d'entrée de la boîte, qui n'intervent que pour les démarrages en marche avant et en marche arrière. Le document précité ne donne pas de précisions quant à la nature, l'implantation et le mode d'actionnement de cet embrayage de répartition de couple. Dans un but de standardisation, il est désirable de pouvoir utiliser le plus possible d'éléments communs sur différentes versions d'un même modèle et même sur différents modèles de véhicules automobiles. Au niveau des transmissions, cela concerne par exemple l'implantation des différents éléments et notamment des carters, qui doivent de préférence être les mêmes pour différentes versions des boîtes de vitesses. La présente invention vise un dispositif de changement de vitesses à passage de vitesse sous couple avec un embrayage de répartition de couple s'intégrant sous un encombrement réduit à une boîte de vitesses. L'invention vise par ailleurs un dispositif de changement de vitesses à passage de vitesse sous couple qui puisse être adapté à une architecture de boîte de vitesses existante moyennant un coût réduit. Le dispositif de changement de vitesses à passage de vitesse sous couple, objet de l'invention, comprend une boîte de vitesses équipée au moins d'un arbre primaire et de pignons primaires solidaires de cet arbre, et d'un arbre secondaire et de pignons secondaires montés fous sur cet arbre, un embrayage d'entrée associé à l'arbre primaire à une première extrémité de la boîte de vitesses, et un embrayage de répartition de couple. L'embrayage de répartition de couple est un embrayage à actionnement hydraulique direct associé, à la seconde extrémité opposée de la boîte de vitesses, à l'arbre secondaire réalisé sous la forme d'un arbre creux. La distribution de fluide hydraulique en vue de l'actionnement de l'embrayage de répartition de couple, s'effectue à travers l'arbre secondaire creux depuis ladite première extrémité de la boîte. On pourrait certes envisager, par exemple, de disposer l'embrayage de répartition de couple à l'extrémité de la boîte de vitesses opposée à l'embrayage d'entrée disposé entre le moteur et la boîte, et de le commander directement par un vérin hydraulique intégré à un carter rapporté sur le carter de la boîte, en passant par un roulement de poussée et un plateau d'appui. Une telle solution entraînerait cependant un surcoût considérable, notamment en raison du carter supplémentaire qui devrait être réalisé par exemple par moulage en aluminium, et une augmentation sensible de la longueur de la transmission. Une autre solution envisageable serait d'actionner l'embrayage de répartition de couple toujours disposé à l'extrémité de la boîte opposée à l'embrayage d'entrée à l'aide d'une fourchette pilotée par un vérin hydraulique. Cette solution présenterait les mêmes inconvénients que la solution précédente, à savoir un surcoût important du fait de la présence d'un vérin, d'une fourchette, d'un roulement de poussée, et une augmentation sensible de la longueur de la transmission. La solution suivant l'invention combine les deux avantages d'un encombrement minimum (la longueur de la boîte de vitesses avec embrayage de répartition de couple n'est pas augmentée par les moyens d'actionnement de l'embrayage) et de coût (absence de roulement de poussée entre l'embrayage et ses éléments d'actionnement, carter d'embrayage qui n'intervient pas dans le fonctionnement et qui peut donc être un simple carter de protection en tôle rapporté sur le carter de boîte). De préférence, l'embrayage de répartition de couple comprend un moyeu cannelé extérieurement, solidaire de l'arbre secondaire de la boîte et portant un plateau de pression fixe et un plateau de pression mobile en translation dans les cannelures du moyeu, et une cloche extérieure cannelée intérieurement, solidaire du pignon secondaire du rapport le plus élevé de la boîte et portant des disques de friction mobiles en translation dans les cannelures de la cloche. Les moyens d'actionnement hydraulique de l'embrayage de répartition de couple peuvent alors comprendre un piston de guidage solidaire de l'arbre secondaire à la seconde extrémité de ce dernier, et un piston de commande d'embrayage monté mobile en translation sur l'arbre secondaire, entre ledit moyeu d'embrayage et ledit piston de guidage, de manière à définir avec ce dernier une chambre de pression communiquant avec l'espace intérieur de l'arbre creux, le piston de commande agissant sur le plateau de pression mobile de l'embrayage, dans le sens d'embrayage de ce dernier, lorsque ladite chambre est alimentée en fluide sous pression. Au moins un ressort de rappel peut être disposé entre le moyeu cannelé de l'embrayage et le piston de commande. De préférence, une chambre de contre-pression est disposée entre le moyeu de l'embrayage et le piston mobile de commande d'embrayage, cette chambre communiquant par un orifice avec l'intérieur de l'arbre creux. Par ailleurs, des orifices de passage de fluide peuvent être prévus dans la paroi de l'arbre creux, entre le moyeu d'embrayage et le pignon secondaire du rapport le plus élevé, ainsi qu'au niveau des autres pignons secondaires. Suivant un mode de réalisation préféré, l'arbre secondaire creux renferme un tube qui s'étend depuis un boîtier de distribution de fluide hydraulique, côté embrayage d'entrée de la boîte, jusqu'au-delà de l'orifice par lequel la chambre de contre-pression communique avec l'intérieur de l'arbre secondaire creux, ledit tuyau comportant extérieurement à son extrémité libre ouverte des moyens assurant son centrage dans l'arbre secondaire creux tout en autorisant une fuite contrôlée de fluide hydraulique dans l'espace entre la paroi intérieure de l'arbre secondaire creux et la paroi extérieure du tuyau. En se référant aux dessins schématiques annexés, on va décrire ci-après plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif du dispositif conforme à l'invention ; sur les dessins : - la figure 1 représente schématiquement l'architecture d'une transmission à boîte cinq vitesses classique ; - la figure 2 représente schématiquement l'architecture générale d'une transmission à boîte cinq vitesses avec embrayage de répartition de couple ; et - la figure 3 représente, à plus grande échelle, l'arbre secondaire de la boîte de la transmission suivant la figure 2 avec l'embrayage de répartition de couple et les moyens d'actionnement de cet embrayage. Selon la figure 1, une transmission avec boîte cinq vitesses robotisée classique comprend un arbre primaire 1 et un arbre secondaire 2. L'arbre primaire 1 porte cinq pignons primaires de marche avant 1.1, 2.1, 3.1, 4.1 et 5.1 et un pignon primaire de marche arrière 6.1, les pignons 1.1, 2.1, 3.1, 4.1 et 6.1 étant solidaires de l'arbre 1, alors que le pignon 5.1 de cinquième vitesse avant est monté fou sur l'arbre 1. A ce pignon fou 5.1 est associé un synchroniseur 7 solidaire de l'arbre primaire 1. L'arbre primaire 1 est relié par un embrayage d'entrée 8 à l'arbre de sortie d'un moteur thermique non représenté. Des pignons secondaires de marche avant 1.2, 2.2, 3.2, 4.2 sont montés fous sur l'arbre secondaire 2, tandis qu'un pignon secondaire 5.2 et un pignon d'attaque ou de sortie 9 sont solidaires de l'arbre secondaire 2, aux deux extrémités opposées de ce dernier. On reconnaît par ailleurs deux synchroniseurs 10 et 11, solidaires de l'arbre secondaire 2, pour les pignons secondaires 1.2, 2.2 et 3.2, 4.2, respectivement, et un pignon secondaire de marche arrière 6.2 solidaire du synchroniseur 11. On n'a pas représenté sur cette figure l'arbre intermédiaire de marche arrière, les moyens d'actionnement de l'embrayage 8 et de la boîte, les roulements, les carters de fermeture, le système central de pilotage et le calculateur. La figure 2 illustre l'architecture générale de la transmission suivant l'invention. La transmission suivant la figure 2 diffère de la transmission suivant la figure 1, du point de vue architecture générale, par 1 le fait que le pignon primaire 5.1 est solidaire de l'arbre primaire au lieu d'être un pignon fou avec synchroniseur, tandis que le pignon secondaire 5.2, au lieu d'être solidaire de l'arbre secondaire 2, est monté fou sur ce dernier et peut être couplé avec ce dernier par l'intermédiaire d'un embrayage de répartition de couple 12. Comme illustré sur la figure 3, l'embrayage de répartition 12 situé à l'extrémité de l'arbre secondaire 2 opposée à l'embrayage d'entrée 8, donc à l'opposé du pignon d'attaque 9, est actionné depuis le côté de l'embrayage d'entrée 8, au travers de l'arbre secondaire 2. L'arbre secondaire 2 est un arbre creux monté en rotation par deux roulements 13 et 14, d'une part dans une paroi de carter 15, côté embrayage d'entrée 8, et d'autre part dans une paroi de carter 16, du côté opposé de la boîte, le train de pignons 5.1, 5.2 du rapport le plus élevé (cinquième) et l'embrayage de répartition de couple 12 se trouvant à l'extérieur de la paroi 16. L'arbre 2 creux sur toute sa longueur est obturé à l'extrémité côté embrayage de répartition de couple 12. Son extrémité opposée aboutit à un boîtier de distribution 17 comportant une arrivée de fluide hydraulique 18. Un tuyau 19 s'étend, depuis l'arrivée 18 du boîtier 17, dans l'espace intérieur 20 de l'arbre 2, jusqu'à proximité de l'extrémité obturée de ce dernier. A son extrémité obturée, l'arbre creux 2 comporte un rebord extérieur 21 pour constituer un piston de guidage solidaire de l'arbre 2, sur lequel est monté mobile en translation un piston de commande d'embrayage 22 conformé de manière à définir, avec le piston de guidage, une chambre de pression 23 qui communique avec l'espace intérieur 20 de l'arbre 2, en avant de l'extrémité libre du tuyau 19, par un orifice radial 24 ménagé dans l'arbre 2. Un manchon d'embrayage 25 à cannelures extérieures 26 est solidaire de l'arbre 2, le piston de commande 22 étant disposé mobile en translation entre le rebord 21 du piston de guidage et le manchon 25. Le manchon 25 porte, du côté éloigné du piston 22, un plateau de pression 27 qui est solidaire du manchon 25 et, du côté opposé, un plateau de pression 28 guidé mobile en translation axiale dans les cannelures 26. Des joints d'étanchéité 29,30 et 31 assurent l'étanchéité entre le rebord 21 et le piston 22, entre le piston 22 et l'arbre 2, ainsi qu'entre le piston 22 et le manchon 25, le joint d'étanchéité 31 délimitant, entre le piston 22 et le moyeu d'embrayage 25, une chambre de contre-pression 32 qui communique par un orifice radial 33 de l'arbre 2 avec l'espace intérieur 20 de ce dernier. Un ressort de rappel 34 est disposé dans la chambre de contrepression 32, de manière à écarter le piston 22 du moyeu 25, donc à pousser le piston 22 vers le rebord 21 de l'arbre 2. L'embrayage 12 est complété par une cloche extérieure 35 qui est solidaire du pignon secondaire 5.2 monté fou sur l'arbre 2 et qui comporte des cannelures intérieures 36 dans lesquelles des disques de friction 37 sont guidés mobiles en translation, entre les plateaux de pression 27,28 du moyeu 25. Par ailleurs, l'arbre creux 2 comporte des orifices radiaux 38,39, 40,41, 42, respectivement entre le manchon 25 et le pignon 5.2 et dans la zone des pignons 4.2, 3.2, 2.2 et 1.2. Pour limiter l'échappement du fluide hydraulique par les orifices 33,38, 39,40, 41 et 42, le tuyau 19 s'étendant à l'intérieur de l'arbre 2 presque sur toute la longueur de ce dernier comporte à son extrémité libre, entre les orifices 24 et 33, un élément extérieur 43 assurant, d'une part, le centrage de l'extrémité libre du tuyau 19 dans l'arbre creux 2 et, d'autre part, une étanchéité imparfaite autorisant une fuite contrôlée du liquide hydraulique dans l'espace annulaire entre la face intérieure de l'arbre creux 2 et le tuyau 19, donc vers les orifices 33,38, 39,40, 41 et 42. On va décrire ci-après le fonctionnement du dispositif de changement de vitesses conforme à l'invention piloté par calculateur, en supposant que le calculateur donne l'ordre d'un changement de rapport 1/2,2/3, 3/4 ou demande le rapport 5 en permanence (le fonctionnement de l'embrayage de répartition de couple 12 est le même pour les deux cas, sauf que pour le rapport 5 en permanence, l'embrayage est serré à fond, l'ensemble du couple moteur passant par l'embrayage). L'huile arrive par l'entrée 18 au boîtier de distribution 17 et de là par le tuyau 19 jusqu'à l'extrémité de l'arbre secondaire 2. L'huile s'échappant à l'extrémité libre ouverte du tuyau 19 passe ici à travers l'orifice 24 dans la chambre 23 et déplace le piston 22 (vers la droite sur la figure 3) lorsque la pression est suffisante pour vaincre les ressorts de rappel 34. Les disques 37 sont donc serrés et commencent à transmettre le couple du pignon 5.2 à l'arbre 2. Pour les passages des vitesses 1/2,2/3, 3/4, on maîtrise le serrage des disques 37 pendant le temps nécessaire pour changer de vitesse. Pour les passages de vitesse 4/5 (ou 3/5), on serre les disques 37 à fond jusqu'à supprimer tout glissement. Lorsque le changement de vitesse est terminé (ou que l'on veut quitter la vitesse 5), on coupe la pression d'alimentation en huile, de sorte que le ressort de rappel 34 repousse le piston de commande 22 et que les disques 37 se trouvent desserrés. L'élément de centrage et d'étanchéité 43 situé à l'extrémité libre du tube 19, entre ce dernier et la surface intérieure de l'arbre creux 2, permet une fuite contrôlée de l'huile dans l'espace 20 qui existe entre le tuyau 19 et la surface intérieure de l'arbre secondaire 2. Cette huile sert à alimenter par l'orifice 33 la chambre de contre-pression 32, ce qui permet de supprimer l'effet centrifuge de l'huile en mouvement de rotation. Cette fuite contrôlée d'huile permet également d'amener de l'huile par l'orifice 38 à l'embrayage de répartition de couple 12 au niveau duquel, au moment du glissement, une grande quantité de calories doivent être évacuées, et par les orifices 39,40, 41 et 42, de lubrifier les pignons secondaires fous 4.2, 3.2, 2.2, 1.2, ainsi que les roulements 13,14 de l'arbre secondaire 2. En vitesse stabilisée, le distributeur hydraulique alimentant le boîtier 17 amène un débit d'huile suffisant pour"gaver" (compenser) la fuite d'huile au niveau de l'élément de centrage et d'étanchéité 43, assurant ainsi une lubrification de tous les éléments nécessaires de l'arbre secondaire 2. REVENDICATIONS 1. Dispositif de changement de vitesses à passage de vitesse sous couple, comprenant une boîte de vitesses équipée au moins d'un arbre primaire (1) et de pignons primaires (1.1, 2.1, 3.1, 4.1, 5.1) solidaires dudit arbre, et d'un arbre secondaire (2) et de pignons secondaires (1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 5.2) montés fous sur ledit arbre, un embrayage d'entrée (8) associé à l'arbre primaire à une première extrémité de la boîte, et un embrayage de répartition de couple (12), caractérisé par le fait que l'embrayage de répartition de couple (12) est un embrayage à actionnement hydraulique direct associé, à la seconde extrémité opposée de la boîte, à l'arbre secondaire (2) réalisé sous la forme d'un arbre creux, et que la distribution de fluide hydraulique en vue de l'actionnement de l'embrayage de répartition de couple s'effectue à travers l'arbre secondaire (2) depuis ladite première extrémité de la boîte. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'embrayage de répartition de couple (12) comprend un moyeu (25) à cannelures extérieures (26), solidaire de l'arbre secondaire (2) et portant un plateau de pression fixe (27) et un plateau de pression (28) mobile en translation dans les cannelures (26) du moyeu, et une cloche (35) à cannelures intérieures (36), solidaire du pignon secondaire (5.2) du rapport le plus élevé et portant des disques de friction (37) mobiles en translation dans lesdites cannelures (36), et que les moyen d'actionnement de l'embrayage comprennent un piston de guidage (21) solidaire de l'arbre secondaire (2) à la seconde extrémité de ce dernier, et un piston de commande d'embrayage (22) monté mobile en translation sur l'arbre secondaire (2), entre ledit moyeu d'embrayage (25) et ledit piston de guidage (21), de manière à définir avec ce dernier une chambre de pression (23) communiquant avec l'espace intérieur de l'arbre secondaire creux, le piston de commande (22) agissant sur le plateau de pression mobile (28) de l'embrayage dans le sens d'embrayage de ce dernier, lorsque ladite chambre de pression est alimentée en fluide hydraulique. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'embrayage de répartition de couple (12) comprend au moins un ressort de rappel (34) entre le moyeu d'embrayage (25) et le piston de commande d'embrayage (22). 4. Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'embrayage de répartition de couple (12) comprend, entre le moyeu d'embrayage (25) et le piston de commande d'embrayage (22), une chambre de contre-pression (32) communiquant par un orifice (33) avec l'espace intérieur de l'arbre secondaire (2). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que l'arbre secondaire creux (2) comporte des orifices (38,39, 40,41, 42) au niveau des pignons secondaires (5.2, 4.2, 3.2, 2.2, 1.2). 6. Dispositif suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'il comprend un tuyau (19) s'étendant à l'intérieur de l'arbre secondaire creux (2) depuis un boîtier de distribution de fluide hydraulique (17), côté embrayage d'entrée de la boîte, jusqu'au-delà de l'orifice (33) par lequel la chambre de contre-pression (32) communique avec l'intérieur de l'arbre secondaire creux (2), ledit tuyau comportant, à son extrémité libre, des moyens (43) de centrage et d'étanchéité autorisant une fuite contrôlée de fluide hydraulique vers ledit ou lesdits orifice (s) (33,38, 39,40, 41,42).