Brevet FR2826423A1 — publié le 20021227

La présente invention concerne un dispositif de commande en translation d'une tige de fourchette permettant l'engagement de l'un choisi de deux rapports de vitesse d'une boîte de vitesses notamment pour un véhicule automobile. Elle vise également une boîte de vitesses pour véhicule automobile comportant au moins un tel dispositif de commande. Actuellement, le passage d'un rapport de vitesses sur une boîte de vitesses manuelle s'effectue en déplaçant un manchon de synchronisation de part et d'autre d'une position neutre de celui-ci par une fourchette liée en translation au manchon de synchronisation et solidaire d'une tige à coulissement commandé par une commande interne mécanique. Pour une boîte de vitesses manuelle à six rapports de marche avant et un rapport de marche arrière, il y a quatre fourchettes, trois qui sont destinées au passage respectivement des première/deuxième vitesses, troisième/quatrième vitesses et cinquième/sixième vitesses, et la quatrième qui est destinée au passage de la marche arrière. Depuis quelques années, on cherche à automatiser la commande des boîtes de vitesses manuelles pour des raisons de gain d'encombrement et de consommation. Deux solutions sont alors possibles : la première consiste à piloter la commande interne existante d'une boîte de vitesses et la seconde consiste à remplacer la commande interne existante par des actionneurs. La première solution de pilotage d'une commande interne existante a pour inconvénient majeur de rendre la boîte de vitesses très encombrante et la seconde solution est destinée à des boîtes de vitesses conçues pour être uniquement pilotées. En outre, la commande interne d'une boîte de vitesses, dont la fonction est de transformer et transmettre les mouvements de sélection et de passage effectués par le conducteur du véhicule aux fourchettes et donc au manchon de synchronisation, est un dispositif mécanique complexe et sa conception nécessite une bonne précision tout en prenant en compte les dispersions et déformations mécaniques des moyens la constituant. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus en proposant un dispositif de commande en translation d'une tige de fourchette permettant l'engagement de l'un choisi de deux rapports de vitesse d'une boîte de vitesses notamment pour un véhicule automobile, par l'intermédiaire d'un manchon de synchronisation lié en translation à la fourchette, et qui est caractérisé en ce qu'il comprend un plateau pouvant être entraîné en rotation, dans un sens choisi, par un moyen d'entraînement commandé et comprenant sur l'une de ses faces une rampe à profil en colimaçon sur laquelle est élastiquement en appui l'une des extrémités de la tige de fourchette disposée perpendiculairement au plateau, de façon qu'une rotation dans un sens du plateau relativement à une position neutre de celui-ci provoque une translation de la tige de fourchette dans un sens correspondant permettant l'engagement d'un rapport de vitesses et une rotation du plateau dans le sens opposé relativement à la position neutre provoque une translation de la tige de fourchette dans le sens opposé permettant l'engagement d'un autre rapport de vitesses. Avantageusement, la rampe en colimaçon s'étend concentriquement au plateau sur pratiquement 3600 d'angle en partant d'un palier permettant à la tige de fourchette d'engager le rapport de vitesses pour se terminer par un palier d'une hauteur supérieure au palier de départ permettant à la tige de fourchette d'engager l'autre rapport de vitesses, la rampe comportant un palier intermédiaire définissant la position neutre de la tige de fourchette. De préférence, les paliers et les parties entre paliers de la rampe en colimaçon sont chacun en forme de secteur. Le palier de départ de la rampe en colimaçon correspond à un passage de rapport de vitesses pair et le palier de fin de la rampe correspond à un passage de rapport de vitesses impair. L'extrémité de la tige de fourchette en contact avec la rampe en colimaçon comporte un élément de roulement, tel qu'une bille ou un galet. La tige de fourchette est montée en translation rectiligne sur au moins un palier de support solidaire du carter de la boîte de vitesses et un organe de rappel élastique de l'extrémité de la tige sur la rampe est interposé entre le palier de support et une collerette de la tige située au voisinage de son extrémité en appui sur la rampe. Avantageusement, l'organe de rappel est un ressort hélicoïdal monté sur la tige de fourchette. Le moyen d'entraînement est piloté de façon à entraîner en rotation le plateau d'une valeur d'angle relativement à la position angulaire neutre de celui-ci correspondant à l'engagement de l'un choisi des deux rapports de vitesses. Selon un premier mode de réalisation, le moyen d'entraînement est un moteur électrique, de préférence du type pas à pas, couplé à un axe central solidaire du plateau. Selon un second mode de réalisation, le moyen d'entraînement est un vérin hydraulique couplé à l'axe central solidaire du plateau. La valeur d'angle de rotation du plateau de part et d'autre de la position neutre de celui-ci est d'environ 165 degrés d'angle. Le moyen d'entraînement est logé dans le carter de la boîte de vitesses. L'invention propose également une boîte de vitesses pour un véhicule automobile et qui est caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs dispositifs de commande en translation respectivement de tiges de fourchette, chacun conforme au dispositif tel que défini précédemment, chacun des moyens d'entraînement en rotation d'un plateau pouvant être sélectivement piloté par le conducteur du véhicule pour engager ou désengager l'un choisi des deux rapports de vitesse associés à la tige de fourchette correspondante. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective du dispositif de commande conforme à l'invention permettant d'effectuer une translation d'une tige de fourchette à partir de sa position neutre ; - la figure 2 est une vue de côté suivant la flèche II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective du dispositif de commande de la figure 1 où la tige de fourchette occupe une position de passage d'un rapport de vitesses impair ; - la figure 4 est une vue de côté suivant la flèche IV de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue en perspective du dispositif de commande de la figure 1 où la tige de fourchette occupe une position de passage d'un rapport de vitesses pair ; et - la figure 6 est une vue de côté suivant la flèche VI de la figure 5. Le dispositif de commande de l'invention qui va être décrit est destiné à entraîner en translation l'une associée à ce dispositif d'une pluralité de tiges 1 à chacune desquelles est solidarisée une fourchette (non représentée) permettant l'engagement de l'un choisi de deux rapports de vitesses associés à la fourchette, par l'intermédiaire d'un manchon de synchronisation (non représenté) lié en translation à la fourchette. Dans le cas d'une boîte de vitesses pour véhicule automobile à six rapports de marche avant et un rapport de marche arrière, on prévoit quatre fourchettes, dont trois sont destinées au passage respectivement des cinquième/sixième vitesses, troisième/quatrième vitesses et première/deuxième vitesses et la quatrième est destinée au passage de la marche arrière. Chaque tige de fourchette 1 est monté à coulissement en translation de façon guidée relativement au carter de la boîte de vitesses par deux paliers de support 2 solidaires de ce carter et dont un seul est représenté aux figures. Selon l'invention, le dispositif de commande en translation d'une tige de fourchette 1 comprend un plateau cylindrique 3 solidaire d'un axe ou arbre central 4 couplé à un moyen d'entraînement (non représenté) pouvant être commandé par le conducteur du véhicule pour entraîner en rotation le plateau 3 dans un sens ou dans l'autre pour déplacer en translation dans le sens correspondant la tige de fourchette 1 qui s'étend transversalement au plateau 3. A cet effet, le plateau 3 comprend sur sa face située en regard de la tige de fourchette 1 une rampe 5 à profil en colimaçon sur laquelle est élastiquement en appui l'extrémité correspondante la de la tige de fourchette 1 de façon qu'une rotation dans un sens du plateau 3 relativement à une position neutre de celui-ci provoque une translation de la tige de fourchette 1 dans un sens correspondant permettant l'engagement d'un rapport de vitesses et une rotation du plateau 3 dans le sens opposé relativement à la position neutre provoque une translation de la tige de fourchette 1 dans le sens opposé permettant l'engagement de l'autre rapport de vitesses. La rampe en colimaçon 5 s'étend concentriquement au plateau 3 sur pratiquement 3600 d'angle en partant d'un palier 6 de niveau le plus bas pour se terminer par un palier 7 de niveau le plus haut en passant par un palier intermédiaire 8 qui définit la position neutre de la tige de fourchette à laquelle aucun rapport de vitesses n'est engagé. De préférence, les paliers 6, 7,8 ainsi que les parties de la rampe en colimaçon situées entre ces paliers sont en forme de secteurs en considérant le plateau 3 vu de dessus. Le palier de départ 6 de la rampe 5 correspond à un passage de rapport de vitesses, de préférence pair tandis que le palier de fin de la rampe 5 correspond à un passage de l'autre rapport de vitesses, de préférence impair. L'extrémité la de la tige de fourchette 1 est élastiquement maintenue sur la rampe 5 sous l'action d'un organe élastique de rappel 9 constitué de préférence par un ressort hélicoïdal monté précontraint autour de la tige de fourchette 1 entre une collerette d'extrémité 1b de la tige 1 et le palier de support 2 de celle-ci. L'extrémité la de la tige de fourchette 1 comprend un élément de roulement lc, qui peut être constitué par une bille ou un galet, contactant la rampe 5. Le moyen d'entraînement du plateau 3 est piloté de façon à entraîner en rotation le plateau 3 d'une valeur d'angle relativement à la position angulaire neutre du plateau de façon à amener l'extrémité la de la tige de fourchette 1 soit sur le palier 6, soit sur le palier 7 suivant l'ordre de pilotage imposé par le conducteur du véhicule au moyen d'entraînement. De préférence, la valeur angulaire de déplacement du plateau 3 pour amener l'extrémité de la tige de fourchette 1 sur le palier 6 ou le palier 7 à partir de la position neutre définie par le palier 8, est d'environ 1650 d'angle. Ce moyen d'entraînement peut être un moteur électrique réversible, par exemple du type pas à pas, couplé à l'axe central 4 ou un vérin hydraulique couplé à cet axe. De préférence, le moyen d'entraînement est logé avec son plateau correspondant 3 dans le carter de la boîte de vitesses du véhicule. Bien entendu, la boîte de vitesses du véhicule comporte plusieurs dispositifs de commande à plateaux 3 permettant d'entraîner en translation respectivement des tiges de fourchette 1 avec chaque plateau de commande 3 d'une structure identique au plateau 3 précédemment décrit. En outre, lors d'un passage d'une vitesse, le conducteur pourra sélectionner le moyen d'entraînement correspondant à la fourchette associée au rapport de vitesses choisi et le piloter de façon à entraîner en rotation le plateau 3 dans le sens correspondant pour déplacer la tige de fourchette dans le sens du passage de la vitesse choisie. Le conducteur pourra de la même manière piloter le moteur correspondant à une vitesse à désengager en amenant le plateau correspondant 3 à sa position neutre à laquelle la tige de fourchette a son extrémité appui sur le palier 8. On notera que les figures 1 à 6 représentent les tiges de fourchettes en position verticale, mais celles-ci doivent être considérées en position horizontale dans la boîte de vitesses montée sur le véhicule automobile. Le fonctionnement du dispositif de commande va être maintenant expliqué en référence aux figures 1 à 6. A la position du plateau 3 représentée aux figures 1 et 2, l'extrémité la de la tige de fourchette 1 est en appui sur le palier intermédiaire 8 correspondant à une position neutre à laquelle aucun rapport de vitesses n'est engagé. Lorsque le conducteur pilote le moyen d'entraînement de façon à déplacer en rotation le plateau 3 dans le sens des aiguilles d'une montre indiqué par la flèche F1 en figure 1 d'une valeur d'angle d'environ 1650, l'extrémité le de la tige de vérin 1 se déplace de façon ascendante le long de la rampe en hélice 5 jusqu'à venir en appui sur le palier de plus grande hauteur 7 comme représenté aux figures 3 et 4, provoquant le déplacement de la tige de fourchette 1 dans un sens permettant d'engager un rapport de vitesses impair. Le déplacement de la tige de fourchette 1 s'effectue en comprimant le ressort 9 qui maintient l'extrémité le sur le palier 7. En pilotant le moyen d'entraînement de façon à déplacer le plateau 3 dans le sens contraire à celui de la flèche FI à partir de la position neutre de la figure 1, l'extrémité le de la tige de vérin 1 se déplace de façon descendante sur la rampe en hélice 5 d'une valeur d'angle d'environ 1650 jusqu'à venir en appui sur le palier inférieur 6, ce qui provoque un déplacement de la tige de fourchette 1 dans un sens permettant d'engager le rapport de vitesses pair associé au rapport de vitesse impair. Le ressort 9 s'est détendu pour amener et maintenir l'extrémité le en appui sur le palier 7. A titre d'exemple, lorsque le plateau 3 est déplacé en rotation du palier 8 au palier supérieur 7, la rampe provoque entre ces deux paliers une translation positive de la tige 1 de + 7 mm, tandis qu'une rotation en sens inverse à partir du palier 8 provoque une translation de la tige de fourchette 1 dans un sens négatif de 7 mm lorsque l'extrémité le de la tige 1 est en appui sur le palier inférieur 6. Le dispositif de commande conforme à l'invention présente les nombreux avantages suivants : - chaque tige de fourchette est pilotée de façon indépendante ; du fait de l'absence d'une commande interne utilisée dans les boîtes de vitesses manuelles classiques, le dispositif présente un faible encombrement ; - le dispositif est indépendant des différentes technologies de pilotage ; - les différentes pièces du dispositif de commande étant communes, les coûts de production en sont diminués ; - suppression de la flexion des crosses et du doigt de passage d'une boîte de vitesses classique, c'est-àdire que le dispositif présente peu de dispersion ; - implantation possible du moyen de commande de chaque dispositif dans le carter de la boîte de vitesses ; - le dispositif utilise un nombre minimal de pièces, ce qui se traduit non seulement par la réduction des dispersions, mais également par une diminution des coûts et une stabilité accrue. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande en translation d'une tige de fourchette (1) permettant l'engagement de l'un choisi de deux rapports de vitesses d'une boîte de vitesses notamment pour un véhicule automobile, par l'intermédiaire d'un manchon de synchronisation lié en translation à la fourchette, caractérisé en ce qu'il comprend un plateau (3) pouvant être entraîné en rotation, dans un sens choisi, par un moyen d'entraînement commandé et comprenant sur l'une de ses faces une rampe (5) à profil en colimaçon sur laquelle est élastiquement en appui l'une des extrémités (la) de la tige de fourchette (1) disposée perpendiculairement au plateau (3) de façon qu'une rotation dans un sens du plateau (3) relativement à une position neutre de celuici provoque une translation de la tige de fourchette (1) dans un sens correspondant permettant l'engagement d'un rapport de vitesses et une rotation du plateau dans le sens opposé relativement à la position neutre provoque une translation de la tige de fourchette (1) dans le sens opposé permettant l'engagement d'un autre rapport de vitesses. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rampe en colimaçon (5) s'étend concentriquement au plateau (3) sur pratiquement 360 degrés d'angle en partant d'un palier (6) permettant à la tige de fourchette (1) d'engager le rapport de vitesses pour se terminer par un palier (7) d'une hauteur supérieure au palier de départ (6) et permettant à la tige de fourchette (1) d'engager l'autre rapport de vitesses, et comporte un palier intermédiaire (8) définissant la position neutre de la tige de fourchette (1). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les paliers (6,7, 8) et les parties entre paliers de la rampe en colimaçon (5) sont en forme de secteurs. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le palier de départ (6) de la rampe (5) correspond à un passage de rapport de vitesses pair et le palier (7) de fin de la rampe (5) correspond à un passage de rapport de vitesses impair. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité (lc) de la tige de fourchette (1) en contact avec la rampe en colimaçon (5) comporte un élément de roulement, tel qu'une bille ou un galet. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige de fourchette (1) est montée en translation rectiligne sur au moins un palier de support (2) solidaire du carter de la boîte de vitesses et un organe (9) de rappel élastique de l'extrémité de la tige (1) sur la rampe (5) est interposé entre le palier de support (2) et une collerette (lb) de la tige (1) située au voisinage de son extrémité en appui sur la rampe (5). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de rappel (9) est un ressort hélicoïdal monté sur la tige de fourchette (1). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement est piloté de façon à entraîner en rotation le plateau (3) d'une valeur d'angle relativement à la position angulaire neutre de celui-ci correspondant à l'engagement de l'un choisi des deux rapports de vitesses. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement est un moteur électrique, de préférence du type pas à pas, couplé à un axe central (4) solidaire du plateau (3). 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement est un vérin hydraulique couplé à un axe central (4) solidaire du plateau (3). 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la valeur d'angle de rotation du plateau (3) de part et d'autre de sa position neutre est d'environ 165 degrés d'angle. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement est logé dans le carter de la boîte de vitesses. 13. Boîte de vitesses pour un véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs dispositifs de commande en translation respectivement de tiges de fourchettes (1), chacun conforme au dispositif tel que défini dans l'une des revendications précédentes, chacun des moyens d'entraînement en rotation d'un plateau (3) étant sélectivement piloté par le conducteur du véhicule pour engager ou désengager l'un choisi des deux rapports de vitesses associés à la tige de fourchette correspondante (1).