Brevet FR2829549A1 — publié le 20030314

La présente invention concerne, de façon générale, la commande des boîtes de vitesses pour véhicules à moteur thermique, notamment pour véhicules automobiles. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de commande de boîte de vitesses du type de ceux qui comprennent au moins : un boîtier ; une tige de sélection allongée suivant un axe longitudinal ; un organe menant, tel qu'un doigt de passage de vitesses, porté transversalement par la tige de sélection ; une pluralité d'organes menés, tels que des encoches pratiquées dans des barrettes respectives, et dont chacun commande une fourchette de la boîte de vitesses ; et un mécanisme de rappel comprenant au moins une première came portée par la tige de sélection et au moins une première bille liée au boîtier et transmettant à la première came une première force élastique, les organes menés étant alignés, en position de repos, suivant l'axe longitudinal et étant séparément mobiles en translation, parallèlement à un axe transversal à l'axe longitudinal, entre des première et seconde positions actives de translation disposées de part et d'autre de leur position de repos, la tige de sélection étant montée mobile dans le boîtier pour adopter sélectivement une position de translation, qui est sélectionnée parmi une pluralité de positions de translation distribuées le long de l'axe longitudinal et dans laquelle l'organe menant se place en regard d'un organe mené sélectionné parmi la pluralité d'organes menés, et une position de rotation choisie parmi trois positions de rotation différentes autour de l'axe longitudinal et incluant une position neutre et des première et seconde positions actives de rotation disposées de part et d'autre de la position neutre, pour placer corrélativement l'organe mené sélectionné dans sa position de repos, dans sa première position active ou dans sa seconde position active, la première bille coopérant avec la première came pour exercer sur la tige de sélection, en fonction d'un écart angulaire entre la position de rotation qu'adopte cette tige autour de l'axe longitudinal et sa position neutre, un couple élastique de rappel qui sollicite cette tige vers sa position neutre pour tout écart angulaire au plus égal à un premier angle limite déterminé. Les dispositifs répondant à cette définition sont bien connus de l'homme de métier et sont largement exploités dans l'industrie automobile depuis de nombreuses années. Bien que remplissant de façon satisfaisante leur fonction principale, ces dispositifs souffrent de quelques faiblesses qui en compliquent la fabrication ou en limitent les performances. Tout d'abord, la nécessité de prévoir une bille de diamètre suffisant pour assurer un roulement satisfaisant de la bille sur la came oblige à prévoir sur cette dernière une empreinte de rayon correspondant relativement important, de sorte que l'amplitude de la rotation que la tige de sélection doit subir autour de l'axe longitudinal pour sortir totalement la bille de l'empreinte est elle-même relativement élevée. D'autre part, dans la mesure où la force élastique que la bille exerce sur la came doit être relativement importante pour éviter toute rotation intempestive de la tige de sélection autour de l'axe longitudinal, et où cette force s'exerce transversalement à la tige de sélection, cette tige est sollicitée de façon intense contre ses paliers, ce qui conduit à la nécessité de prévoir des paliers à billes et un traitement de surface de la tige, donc à un surcoût de production sensible. Enfin, comme le contact entre la bille et la came met en jeu une force élastique d'intensité élevée, il est également nécessaire de prévoir un traitement de surface de la came pour éviter tout matage et toute usure prématurée de celle-ci. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un dispositif de commande de boîte de vitesses permettant de pallier l'un au moins de ces inconvénients. A cette fin, le dispositif de commande de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le mécanisme de rappel comprend au moins une deuxième came portée par la tige de sélection et au moins une deuxième bille liée au boîtier et transmettant à la deuxième came une deuxième force élastique, la tige de sélection en position neutre recevant des billes, par l'intermédiaire des cames, une force résultante inférieure à chacune des première et deuxième forces. En d'autres termes, la force élastique exercée par la première bille sur la tige est au moins partiellement contrebalancée par la force élastique qu'exerce la deuxième bille, cette caractéristique ayant pour effet à la fois de réduire la sollicitation de la tige de sélection contre ses paliers, et de permettre une réduction de la sollicitation de chaque bille sur la came correspondante, dans la mesure où deux forces élastiques sont utilisées pour définir la position neutre de la tige de sélection, et où chacune d'elles peut donc être plus faible que la force élastique unique utilisée antérieurement. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les première et deuxième billes sont par exemple diamétralement opposées l'une à l'autre par rapport à l'axe longitudinal. Les première et deuxième forces élastiques peuvent alors être antagonistes et dirigées vers l'axe longitudinal pour la position neutre de la tige de sélection, ces forces pouvant se compenser mutuellement de façon totale si elles ont en outre le même module pour la position neutre de la tige de sélection. En pratique, il est utile de prévoir que chacune des première et deuxième cames, ou l'une d'elles au moins, comprenne des rampes symétriques par rapport à un plan médian passant par l'axe longitudinal et parallèle à l'axe transversal. Par ailleurs, la première bille coopère de préférence avec la première came pour exercer sur la tige de sélection, en fonction de l'écart angulaire entre la position de rotation qu'adopte cette tige autour de l'axe longitudinal et sa position neutre, un couple élastique d'engagement qui éloigne cette tige de sa position neutre et la sollicite vers l'une de ses positions actives de rotation pour tout écart angulaire au moins égal, en valeur absolue, au premier angle limite déterminé. Selon un autre aspect important de l'invention, les première et seconde cames peuvent être différentes l'une de l'autre. En particulier, la deuxième bille peut coopérer avec la deuxième came pour exercer sur la tige de sélection, en fonction de l'écart angulaire entre la position de rotation qu'adopte cette tige autour de l'axe longitudinal et sa position neutre, un couple élastique d'engagement qui éloigne cette tige de sa position neutre et la sollicite vers l'une de ses positions actives de rotation pour tout écart angulaire au moins égal, en valeur absolue, à un deuxième angle limite déterminé, inférieur au premier angle limite déterminé. Pour ce faire, il est possible de prévoir que, pour la position neutre de la tige de sélection, la première came offre une cuvette à la première bille et la seconde came une arête à la deuxième bille. Dans la mesure où la seconde bille peut ainsi quitter l'arête de la deuxième came pour une rotation de faible amplitude de la tige de sélection depuis sa position neutre, et où la force alors exercée par la seconde bille sur la seconde came engendre sur la tige un couple d'engagement qui s'oppose au couple de rappel qu'engendre la force de contact exercée par la première bille sur la cuvette de la première came, le couple résultant exercé sur la tige devient un couple d'engagement pour une rotation de la tige d'amplitude beaucoup plus faible que dans les dispositifs connus. De préférence, la cuvette de la première came et l'arête de la deuxième came sont symétriques par rapport au plan médian et allongées suivant l'axe longitudinal. Les première et deuxième billes peuvent être respectivement montées mobiles, parallèlement à l'axe transversal, dans des première et deuxième douilles fixées au boîtier, le dispositif comprenant des premier et second ressorts respectivement disposés dans les première et deuxième douilles et sollicitant les première et deuxième billes vers les première et deuxième cames respectives. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la Figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif conforme à l'invention ; - la Figure 2 est une vue en perspective illustrant le dispositif de la Figure 1, privé de son boîtier ; - la Figure 3 est une vue en bout du dispositif de la Figure 2, observé suivant l'incidence définie par la flèche III de la Figure 2 ; - la Figure 4 est une vue semblable à celle de la Figure 3, épurée de quelques détails ; et - la Figure 5 est une vue en coupe partielle du dispositif illustré à la Figure 1, ce dispositif étant observé suivant l'incidence définie par les flèches V-V de la Figure 3. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un dispositif de commande de boîte de vitesses comprenant essentiellement un boîtier 1, une tige de sélection 2, un organe menant 20, un ensemble d'organes menés 31 à 34, et un mécanisme de rappel 4. La tige de sélection 2 est allongée suivant un axe longitudinal X et montée mobile en rotation autour de l'axe longitudinal X et en translation le long de cet axe X, par exemple au moyen de paliers 21 et 22 solidaires du boîtier 1 (Figure 5). L'organe menant 20 est typiquement constitué par un doigt de passage de vitesses, porté transversalement par la tige de sélection 2. Les organes menés 31 à 34 prennent, dans le mode de réalisation illustré, la forme d'encoches ou de crosses, pratiquées dans des barrettes respectives 310,320, 330, et 340. Ces organes menés ou encoches 31 à 34 sont séparément mobiles en translation parallèlement à un axe transversal Y lui-même perpendiculaire à l'axe longitudinal X. Chacun de ces organes 31 à 34 peut ainsi être commandé par le doigt de passage 20 de la tige 2, et commander à son tour, par l'intermédiaire de la barrette qui le porte, une fourchette correspondante (non représentée) de la boîte de vitesses. Comme l'illustre la Figure 2, les organes menés 31 à 34 peuvent adopter une position de repos, dans laquelle ils sont alignés suivant l'axe longitudinal X. Néanmoins, chacun de ces organes peut aussi, par translation suivant l'axe transversal Y, adopter deux positions actives de translation disposées symétriquement de part et d'autre de sa position de repos. Pour permettre au doigt de passage 20 de déplacer l'une de ces encoches 31 à 34, dont chacune est initialement en position de repos, la tige de sélection 2 doit d'abord être translatée le long de l'axe longitudinal X pour adopter, parmi un ensemble de positions de translation possibles correspondant au nombre d'encoches 31 à 34, c'est-à-dire quatre en l'occurrence, la position de translation pour laquelle le doigt de passage 20 se place exactement dans celle des encoches 31 à 34 qui doit être déplacée. Puis la tige de sélection 2, jusque là placée dans sa position angulairement neutre PO, est entraînée en rotation par le conducteur du véhicule, dans un sens ou dans un autre, pour adopter l'une ou l'autre de ses deux positions actives de rotation PI et P2 disposées symétriquement de part et d'autre de la position neutre PO, et pour permettre corrélativement à l'encoche choisie d'être entraînée par le doigt de passage 20 et de passer de sa position de repos à sa première position active ou à sa deuxième position active. Le mécanisme de rappel 4 comprend, de façon connue en soi, une première came 51 qui est portée par la tige de sélection 2, et une première bille 61 liée au boîtier 1. Par exemple, la bille 61 est montée mobile, parallèlement à l'axe transversal Y, dans une douille 71 elle-même fixée au boîtier 1 et dans laquelle est logé un ressort 81 précontraint en compression. Le ressort 81 sollicite élastiquement la bille 61 hors de la douille 71, de sorte que cette bille 61 s'appuie sur la came 51 et lui transmet une force élastique F1 (Figure 5). La came 51 comprend deux rampes 501, allongées dans la direction de l'axe longitudinal X, et symétriques l'une de l'autre par rapport au plan médian M qui passe par l'axe longitudinal X et qui est parallèle à l'axe transversal Y. Les rampes 501 encadrent une cuvette 510, qui appartient également à la came 51, qui est symétrique par rapport au plan médian M, et qui est elle aussi allongée dans la direction de l'axe longitudinal X. La bille 61 s'appuie donc sur le fond de la cuvette 510 dans la position neutre de la tige de sélection 2, alors qu'elle s'appuie sur l'une ou l'autre des rampes 501 lorsque la tige de sélection se déplace vers l'une ou l'autre de ses positions actives PI et P2. La bille 61 exerce ainsi sur la tige 2, par l'intermédiaire de la came 51, un couple élastique de rotation autour de l'axe longitudinal X dont le module et le sens dépendent de la précontrainte du ressort 81 et de l'angle que forme, au point de tangence de la bille 61 et de la came 51, la normale à la surface de la came 51 par rapport au plan médian M. Lorsque la tige 2 subit une rotation de faible amplitude dAl autour de l'axe longitudinal X par rapport à sa position neutre PO, et plus précisément une rotation d'amplitude inférieure à celle d'un angle limite déterminé Ao, la bille 61 coopère avec la cuvette 510 de la came 51 pour exercer sur la tige de sélection 2 un couple élastique de rappel qui sollicite cette tige 2 vers sa position neutre PO. Lorsqu'en revanche la tige 2 a subi, par rapport à sa position neutre PO, une rotation d'amplitude significative dA2 autour de l'axe longitudinal X, et plus précisément une rotation d'amplitude supérieure à celle de l'angle limite Ao, la bille 61 coopère avec l'une ou l'autre des rampes 501 de la came 51 pour exercer sur la tige de sélection 2 un couple élastique d'engagement qui éloigne cette tige 2 de sa position neutre PO et la sollicite vers l'une ou l'autre de ses positions actives PI et P2. Selon l'invention, le mécanisme de rappel 4 comprend une autre came 52 portée par la tige de sélection 2 et une autre bille 62 liée au boîtier 1. Par exemple, la bille 62 est montée mobile, parallèlement à l'axe transversal Y, dans une douille 72 elle-même fixée au boîtier 1 et dans laquelle est logé un ressort 82 précontraint en compression. Le ressort 82 sollicite élastiquement la bille 62 hors de la douille 72, de sorte que cette bille 62 s'appuie sur la came 52 et lui transmet une force élastique F2 (Figure 5). Dans le mode de réalisation préféré et illustré, les billes 61 et 62 sont diamétralement opposées l'une à l'autre par rapport à l'axe longitudinal X, et les forces élastiques FI et F2 sont antagonistes, dirigées vers l'axe longitudinal X, et ont même module pour la position neutre PO de la tige de sélection 2. Dans ces conditions, la force résultante que reçoit la tige de sélection 2 en position neutre PO de la part des billes 61 et 62, par l'intermédiaire des cames 51 et 52, est nulle. Il serait néanmoins possible de prévoir que les forces FI et F2 ne se compensent pas intégralement, pourvu au moins que la tige de sélection 2 en position neutre PO reçoive des billes 61 et 62, par l'intermédiaire des cames 51 et 52, une force résultante qui soit inférieure à chacune des forces FI et F2. De même, une compensation totale ou partielle des forces élastiques appliquées à la tige 2 pourrait être obtenue avec un nombre de cames et de billes différent de deux, par exemple avec trois cames, disposées à 120 degrés l'une de l'autre autour de l'axe longitudinal X, et trois billes correspondantes. La came 52 comprend deux rampes 502, allongées dans la direction de l'axe longitudinal X, et symétriques l'une de l'autre par rapport au plan médian M qui passe par l'axe longitudinal X et qui est parallèle à l'axe transversal Y. Selon un autre aspect important de l'invention, les cames 51 et 52 sont différentes l'une de l'autre. De préférence, les rampes 502 forment les flancs d'une arête 520, qui appartient également à la came 52, qui est symétrique par rapport au plan médian M, et qui est elle aussi allongée dans la direction de l'axe longitudinal X. La bille 62 est en appui et en équilibre métastable sur l'arête 520 dans la position neutre de la tige de sélection 2, et en appui sans équilibre sur les rampes 502 dès que la tige de sélection 2 s'est écartée angulairement de sa position neutre d'un angle dB au moins égal à un angle limite Bo, lui-même sensiblement inférieur à l'angle limite Ao dont doit tourner la tige de sélection 2 pour permettre à la bille 61 de sortir de la cuvette 510. Ainsi, dès que la tige de sélection 2 s'est écartée angulairement de sa position neutre d'un angle au moins égal à l'angle limite Bo, la bille 62 coopère avec la came 52 pour exercer sur cette tige un couple élastique d'engagement qui 11 éloigne de sa position neutre PO et qui la sollicite vers l'une de ses positions actives de rotation PI et P2. Grâce à cet agencement, le couple résultant appliqué à la tige par l'action combinée des billes 61 et 62 sur les cames 51 et 52 devient un couple d'engagement pour un angle de rotation relativement faible de la tige de sélection 2 par rapport à sa position neutre. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de boîte de vitesses, ce dispositif comprenant au moins : un boîtier (1) ; une tige de sélection (2) allongée suivant un axe longitudinal (X) ; un organe menant (20), tel qu'un doigt (20) de passage de vitesses, porté transversalement par la tige de sélection (2) ; une pluralité d'organes menés (31, 32, 33, 34), tels que des encoches pratiquées dans des barrettes respectives (310, 320, 330, 340), et dont chacun commande une fourchette de la boîte de vitesses ; et un mécanisme de rappel (4) comprenant au moins une première came (51) portée par la tige de sélection (2) et au moins une première bille (61) liée au boîtier (1) et transmettant à la première came (51) une première force élastique (files organes menés (31, 32, 33, 34) étant alignés, en position de repos, suivant l'axe longitudinal (X) et étant séparément mobiles en translation, parallèlement à un axe (Y) transversal à l'axe longitudinal (X), entre des première et seconde positions actives de translation disposées de part et d'autre de leur position de repos, la tige de sélection (2) étant montée mobile dans le boîtier (1) pour adopter sélectivement une position de translation, qui est sélectionnée parmi une pluralité de positions de translation distribuées le long de l'axe longitudinal (X) et dans laquelle l'organe menant (20) se place en regard d'un organe mené sélectionné parmi la pluralité d'organes menés (31, 32, 33, 34), et une position de rotation choisie parmi trois positions de rotation différentes autour de l'axe longitudinal (X) et incluant une position neutre (PO) et des première et seconde positions actives de rotation (P1/P2) disposées de part et d'autre de la position neutre (PO), pour placer corrélativement l'organe mené sélectionné dans sa position de repos, dans sa première position active ou dans sa seconde position active, la première bille (61) coopérant avec la première came (51) pour exercer sur la tige de sélection (2), en fonction d'un écart angulaire (dA1) entre la position de rotation qu'adopte cette tige (2) autour de l'axe longitudinal (X) et sa position neutre (PO), un couple élastique de rappel qui sollicite cette tige (2) vers sa position neutre (PO) pour tout écart angulaire (dA1) au plus égal à un premier angle limite déterminé (Ao), caractérisé en ce que le mécanisme de rappel (4) comprend au moins une deuxième came (52) portée par la tige de sélection (2) et au moins une deuxième bille (62) liée au boîtier (1) et transmettant à la deuxième came (52) une deuxième force élastique (F2), la tige de sélection (2) en position neutre (PO) recevant des billes (61,62), par l'intermédiaire des cames (51,52), une force résultante inférieure à chacune des première et deuxième forces (F1, F2). 2. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les première et deuxième billes (61,62) sont diamétralement opposées l'une à l'autre par rapport à l'axe longitudinal (X). 3. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et deuxième forces élastiques (F1, F2) sont antagonistes et dirigées vers l'axe longitudinal (X) pour la position neutre (PO) de la tige de sélection (2). 4. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et deuxième forces élastiques (F1, F2) ont même module pour la position neutre (PO) de la tige de sélection (2). 5. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une au moins des première et deuxième cames (51,52) comprend des rampes (501,502) symétriques par rapport à un plan médian (M) passant par l'axe longitudinal (X) et parallèle à l'axe transversal (Y). 6. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première bille (61) coopère avec la première came (51) pour exercer sur la tige de sélection (2), en fonction de l'écart angulaire (dA2) entre la position de rotation qu'adopte cette tige (2) autour de l'axe longitudinal (X) et sa position neutre (PO), un couple élastique d'engagement qui éloigne cette tige (2) de sa position neutre (PO) et la sollicite vers l'une de ses positions actives de rotation (PI, P2) pour tout écart angulaire (dA2) au moins égal, en valeur absolue, au premier angle limite déterminé (Ao). 7. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et seconde cames (51, 52) sont différentes l'une de l'autre. 8. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la deuxième bille (62) coopère avec la deuxième came (52) pour exercer sur la tige de sélection (2), en fonction de l'écart angulaire (dB) entre la position de rotation qu'adopte cette tige (2) autour de l'axe longitudinal (X) et sa position neutre (PO), un couple élastique d'engagement qui éloigne cette tige (2) de sa position neutre (PO) et la sollicite vers l'une de ses positions actives de rotation (PI, P2) pour tout écart angulaire (dB) au moins égal, en valeur absolue, à un deuxième angle limite déterminé (Bo), inférieur au premier angle limite déterminé (Ao). 9. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que, pour la position neutre de la tige de sélection (2), la première came (51) offre une cuvette (510) à la première bille (61) et la seconde came (52) une arête (520) à la deuxième bille (62). 10. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant les revendications 5 et 9, caractérisé en ce que la cuvette (510) de la première came (51) est symétrique par rapport au plan médian (M) et allongée parallèlement à l'axe longitudinal (X). 11. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications 9 et 10 combinée à la revendication 5, caractérisé en ce que l'arête (520) de la deuxième came (52) est symétrique par rapport au plan médian (M) et allongée parallèlement à l'axe longitudinal (X). 12. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et deuxième billes (61,62) sont respectivement montées mobiles, parallèlement à l'axe transversal (Y), dans des première et deuxième douilles (71,72) fixées au boîtier (1). 13. Dispositif de commande de boîte de vitesses suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend des premier et second ressorts (81,82) respectivement disposés dans les première et deuxième douilles (71,72) et sollicitant les première et deuxième billes (61,62) vers les première et deuxième cames respectives (51,52).