Brevet FR2829552A1 — publié le 20030314

Dispositif de changement de vitesses pour une boîte de vitesses de véhicule automobile. La présente invention concerne un dispositif de changement de vitesses pour une boîte de vitesses de véhicule automobile. Certaines boîtes de vitesses comprennent des tiges qui sont respectivement reliées à des fourchettes agissant sur des organes de crabotage/décrabotage des vitesses lorsqu'elles sont déplacées longitudinalement. Dans certaines versions, ces tiges présentent des parties munies d'encoches latérales qui, au point mort, sont superposées. Pour effectuer la sélection et l'engagement des vitesses, il est courant d'utiliser un dispositif qui comprend un arbre de commande qui porte radialement un doigt engagé dans la ligne desdites encoches. Cet arbre de commande est susceptible d'être déplacé axialement de façon à placer sélectivement le doigt dans les encoches des tiges grâce à un organe de basculement qui transforme le mouvement de rotation d'un moteur de sélection en un mouvement de translation de l'arbre de commande. En outre, l'arbre de commande est relié en rotation à un actionneur d'engagement de façon à faire pivoter le doigt qu'il porte dans le but de déplacer longitudinalement la tige sélectionnée pour provoquer l'engagement/le désengagement de la vitesse sélectionnée. Le dispositif ci-dessus présente notamment les inconvénients suivants. Il nécessite une chaîne cinématique constituée de plusieurs pièces, qui engendrent une perte d'énergie et des jeux mécaniques. Il est en outre encombrant et relativement onéreux. Le but de la présente invention est pour le moins de réduire les inconvénients ci-dessus. Le dispositif de changement de vitesses pour une boîte de vitesses de véhicule automobile, selon l'invention, comprend des tiges de commande de fourchettes d'engagement/désengagement des vitesses qui présentent des encoches, un arbre de commande muni d'un doigt latéral adapté pour être engagé sélectivement dans ces encoches et des moyens d'entraînement en rotation de cet arbre de commande pour déplacer longitudinalement une fourchette sélectionnée. Selon un aspect de l'invention, ce dispositif comprend en outre un actionneur à action directe à réluctance variable dont l'organe mobile est relié axialement en translation à une extrémité dudit arbre de commande de telle sorte que le doigt de cet arbre de commande peut être amené sélectivement dans lesdites encoches sous l'effet de déplacements axiaux de l'organe mobile dudit actionneur linéaire. Un tel actionneur est simple, aisé à commander et peu onéreux. Dans un mode de réalisation de l'invention, ledit actionneur possède une pluralité de positions stables. Chaque position stable peut correspondre à la sélection d'une tige par engagement du doigt de commande dans l'encoche de ladite tige. Dans un mode de réalisation de l'invention, ledit actionneur comprend une partie fixe équipée d'une pluralité de carcasses et d'une pluralité de bobines, chaque bobine étant associée à une carcasse. Ladite partie fixe est avantageusement de construction modulaire avec des sous-ensembles carcasse-bobine identiques les uns aux autres. Dans un mode de réalisation de l'invention, ledit actionneur comprend un organe mobile équipé d'un corps central, d'encoches et de dents disposées en regard de la partie fixe, selon la position relative de la partie fixe et de l'organe mobile. L'alimentation d'une bobine de la partie fixe crée un flux magnétique qui tend à circuler par la carcasse correspondante et par des dents et le corps central de l'organe mobile, créant une force tendant à déplacer en translation l'organe mobile par rapport à la partie fixe de façon que lesdites dents soient alignées avec des dents correspondantes de la carcasse associée à la bobine alimentée. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend un moyen de commande de l'actionneur pourvu de moyens d'alimentation sélectifs de bobines de la partie fixe. Lesdits moyens d'alimentation peuvent comprendre une source d'alimentation et des transistors de puissance. Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'alimentation sélectifs comprennent un interrupteur par bobine. Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'alimentation sélectifs comprennent un interrupteur pour au moins deux bobines. Lesdites au moins deux bobines peuvent être en série ou en parallèle. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen de commande de l'actionneur est pourvu d'un moyen de commande des moyens d'alimentation sélectifs. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend un moyen de mesure de la position de l'organe mobile par détection du courant dans des bobines de la partie fixe. On peut ainsi se passer de capteur de position de l'organe mobile, ce qui réduit les coûts. Selon un aspect de l'invention, le dispositif peut en outre comprendre des moyens pour relier librement en rotation l'organe mobile dudit actionneur par rapport audit arbre de commande. Selon un aspect de l'invention, l'extrémité de l'organe mobile dudit actionneur est de préférence fixée à l'extrémité dudit arbre de commande, cet organe mobile étant libre en rotation. Selon un aspect de l'invention, lesdits moyens d'entraînement en rotation comprennent de préférence un arbre d'engagement maintenu longitudinalement, ledit arbre de commande traversant axialement cet arbre d'engagement de façon coulissante, des moyens reliant en rotation l'arbre de commande et l'arbre d'engagement. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un dispositif de sélection et d'engagement de vitesses pour une boîte de vitesses de véhicule automobile, décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de changement de vitesses selon l'invention ; - les figures 2 à 5 sont des vues en coupe axiale d'un exemple d'actionneur du dispositif de la figure 1 dans quatre positions de travail différentes ; - les figures 6 et 7 sont des vues en coupe transversale de deux types d'actionneurs ; - la figure 8 est une variante de la figure 2 ; et - les figures 9 et 10 sont des vues schématiques de deux types de moyens de commande d'un actionneur. Le dispositif de changement de vitesses 1 représenté sur les figures comprend des tiges 2, dans l'exemple au nombre de 3, qui sont montées parallèlement les unes aux autres et superposées, ces tiges étant mobiles longitudinalement de façon à pouvoir déplacer des fourchettes de crabotage/décrabotage des vitesses non représentées. A l'une de leurs extrémités, les tiges 2 sont munies d'éléments 3 plats disposés les uns au-dessus des autres et présentant, d'un même côté, des encoches 4 ouvertes latéralement. Lorsque les tiges 2 sont dans leur position correspondant aux points morts de la boîte de vitesses, les encoches 4 sont juxtaposées les unes au-dessus des autres de façon à former un couloir 4a. Le dispositif 1 comprend un arbre de commande 5 qui s'étend parallèlement au couloir 4a et qui porte, à l'une de ses extrémités, un doigt radial 6 dont la partie d'extrémité est engagée dans ce couloir 4a. L'autre extrémité de l'arbre de commande 5 est reliée axialement à l'organe mobile 7 d'un actionneur linéaire à action directe 8. Cet actionneur 8 est adapté pour déplacer axialement son organe mobile 8 de manière à déplacer axialement l'arbre de commande 5, de façon à placer sélectivement l'extrémité du doigt 6 dans l'encoche 4 de la tige de commande 2 sélectionnée. La partie médiane de l'arbre de commande 5 traverse axialement un arbre 9 d'engagement des vitesses qui est maintenu en translation. L'arbre de commande 5 et l'arbre d'engagement 9 présentent des cannelures-rainures longitudinales 5a de telle sorte qu'ils sont liés en rotation mais que l'arbre 5 peut coulisser longitudinalement. L'arbre d'engagement 9 est relié en rotation à l'arbre de sortie d'un actionneur 10 par l'intermédiaire d'un système d'engrenage 11. Cet actionneur 10 peut être électrique ou hydraulique ou pneumatique. Ainsi, lorsque l'actionneur 10 est commandé pour tourner dans un sens ou dans l'autre, son mouvement de rotation est transmis à l'arbre de commande 5 via le système d'engrenage 11 et l'arbre d'engagement 9, de façon à faire pivoter le doigt 6 qui, placé dans l'encoche 4 d'une tige 5 sélectionnée, déplace cette tige 2 longitudinalement dans un sens ou dans l'autre pour engager/désengager la vitesse sélectionnée. L'actionneur linéaire à prise directe 8 est constitué par un moteur à réluctance variable permettant de déplacer axialement son organe mobile 7 et le placer longitudinalement à des positions déterminées correspondant respectivement aux différentes encoches 4. Dans l'exemple des figures 2 à 5, l'actionneur linéaire à prise directe 8 comprend une partie fixe 12 pourvue de quatre éléments magnétiques 13 à 16, chacun comprenant une carcasse 17 en matériau magnétique, par exemple en tôles d'acier magnétique empilées, présentant une section en U, vue en coupe axiale. La carcasse 17 comprend deux dents 18 et 19 formant les branches du U et un corps 20 formant le fond du U. Les éléments magnétiques 13 à 16 sont disposés deux par deux l'un à côté de l'autre et de part et d'autre de l'organe mobile 7, avec un espace séparant les carcasses 17 de deux éléments magnétiques 13,15 et 14,16 voisins. Les éléments magnétiques 13 et 15 disposés d'un côté de l'organe mobile 7 sont décalés axialement par rapport aux deux autres éléments magnétiques 14 et 16 de l'ordre de la moitié de la longueur de l'un desdits éléments magnétiques. Chaque élément magnétique 13 à 16 comprend, en outre, une bobine 21 formée par un ou plusieurs conducteurs enroulés autour du corps 20 de la carcasse 17 et venant du côté de l'organe mobile 7 dans l'encoche 22 formée entre les dents 18 et 19 de la carcasse 17. L'organe mobile 7 possède une extrémité libre 23 seule représentée sur les figures 2 à 5 pour des raisons de clarté du dessin. L'extrémité libre 23, disposée entre les quatre éléments magnétiques 13 à 16 comprend un corps central 24 et une pluralité de dents formées de part et d'autre du corps central 24. Dans le mode de réalisation illustré, il est prévu trois dents de chaque côté du corps central 24 faisant face respectivement à deux éléments magnétiques 13 et 15 ou 14 et 16. Les dents portent les références 25 à 27 d'un côté et 28 à 30 de l'autre côté. Entre les dents 25 à 27 sont formées deux encoches 31 et 32. De même, les encoches 33 et 34 sont formées respectivement entre les dents 28 et 29 et 29 et 30. Les dents 25 à 30 présentent une forme générale rectangulaire, éventuellement carrée. Les encoches 31 à 34 sont sensiblement de même dimension que les dents 25 à 30 et également de même dimension que les dents et les encoches des éléments magnétiques 13. Les dents 25 à 27 sont décalées axialement d'une largeur de dents ou d'encoches par rapport aux dents 28 à 30 disposées du côté opposé de l'extrémité libre 23 de l'organe mobile 7. En d'autres termes, la dent 25 est axialement au même niveau que l'encoche 33, l'encoche 31 au même niveau que la dent 29 et ainsi de suite. Sur la figure 2, l'organe mobile 7 est dans une première position avec les dents 28 et 29 disposées au même niveau, axialement, que les dents 18 et 19 de l'élément magnétique 13. Bien entendu, l'encoche 33 est ainsi en regard de l'encoche 22 de l'élément magnétique 13. Les autres dents de l'extrémité libre 23 sont décalées par rapport aux dents des autres éléments magnétiques 14 à 16. Dans la position illustrée sur la figure 3, l'organe mobile 7 s'est légèrement déplacé par rapport à la partie fixe 12 et les dents 25 et 26 font face aux dents 18 et 19 de l'élément magnétique 14. L'encoche 22 de l'élément magnétique 14 se trouve donc en regard de l'encoche 31 de l'extrémité libre 23 de l'organe mobile 7. Les autres encoches et dents sont décalées. Le déplacement entre la position illustrée sur la figure 2 et la position illustrée sur la figure 3 est obtenu en faisant circuler un courant dans la bobine 21 de l'élément magnétique 14, les bobines des autres éléments magnétiques 13,15 et 16 n'étant pas alimentées. Sur la figure 4, l'organe mobile 7 de l'actionneur 8 a poursuivi son déplacement dans le même sens et dans la même direction. Désormais, les dents 29 et 30 de l'extrémité libre 23 de l'organe mobile 7 se trouvent en regard des dents 18 et 19 de l'élément magnétique 15, l'encoche 34 faisant face à l'encoche 22 de l'élément magnétique 15. Cette position est obtenue, à partir de la position illustrée sur la figure 2, en alimentant la bobine 21 de l'élément magnétique 15, les bobines des autres éléments magnétiques 13,14 et 16 n'étant pas alimentées. Dans la position illustrée sur la figure 5, l'élément mobile 7 de l'actionneur 8 a poursuivi son déplacement dans le même sens et dans la même direction. Les dents 26 et 27 sont en regard et au même niveau axial que les dents 18 et 19 de l'élément magnétique 16. L'encoche 32 est en regard de l'encoche 22 de l'élément magnétique 16. Les autres encoches et les autres dents étant décalées axialement les uns par rapport aux autres. Cette position est obtenue en alimentant la bobine 21 de l'élément magnétique 16, les bobines des autres éléments magnétiques 13 à 15 n'étant pas alimentées. À partir de la position illustrée sur la figure 5, si l'on souhaite, par exemple, revenir à la position illustrée sur la figure 2, on coupe l'alimentation de la bobine 21 de l'élément magnétique 16 puis on alimente successivement les bobines des éléments magnétiques 15, puis 14, puis 13 de façon que le déplacement se fasse en sens inverse en passant dans la position illustrée sur la figure 4 lorsqu'on alimente la bobine 21 de l'élément magnétique 15, dans la position illustrée sur la figure 3 lorsqu'on alimente la bobine 21 de l'élément magnétique 14 puis enfin dans la position souhaitée illustrée sur la figure 2 lorsqu'on alimente la bobine 21 de l'élément magnétique 13, les autres bobines étant à chaque fois non alimentées. L'actionneur linéaire à réluctance variable 8 permet ainsi l'obtention de positions axiales déterminées. On comprendra qu'un nombre plus ou moins important d'éléments magnétiques et de dents et d'encoches à l'extrémité libre 23 de l'élément mobile 7 peut être prévu selon l'utilisation souhaitée et le nombre de rapports de la boîte de vitesses dans lequel l'actionneur 8 est disposé. Le nombre de quatre éléments magnétiques a été utilisé ici à titre d'exemple. Pour réaliser la sélection de vitesse dans une boîte de vitesses robotisée, on prévoit un actionneur linéaire 8 dont une position stable, c'est à dire l'une des positions illustrées sur les figures 2 à 5 correspond à une position du doigt 6 de la figure 1 dans une encoche 4 d'une tige 5 sélectionnée. La présence d'un capteur de position peut être envisagée mais n'est pas indispensable. Il est donc intéressant de mettre en oeuvre un actionneur 8 dépourvu de capteur de position pour des raisons d'économie. Une estimation de la position pouvant, en outre, être obtenue d'après le courant qui circule dans la bobine 21 qui est alimentée à un instant donné. En effet, l'impédance d'une bobine 21 présente un minimum lorsque les dents 18 et 19 de l'élément magnétique dont fait partie la bobine 21 sont en face de deux dents de l'extrémité libre 23 de l'organe mobile 7. Sur la figure 6 est illustré un mode de réalisation d'un actionneur 8 vu en coupe transversale. L'extrémité libre 23 de l'organe mobile 7 présente une section transversale rectangulaire. Les encoches sont alors formées par des rainures qui débouchent sur deux côtés opposés du corps central 24, face aux éléments magnétiques. Les éléments magnétiques présentent également une forme rectangulaire en coupe transversale. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 7, l'extrémité libre 23 de l'organe mobile 7 présente une section transversale circulaire. Les rainures présentent alors une forme semi-circulaire ou circulaire. Les éléments magnétiques entourent l'extrémité libre 23. Quel que soit le mode de réalisation, les éléments magnétiques peuvent être réalisés de façon modulaire en ce sens qu'ils sont identiques, ce qui est particulièrement économique. L'extrémité libre 23 de l'élément mobile 7 peut également être construite de façon modulaire par assemblage d'éléments identiques les uns aux autres et dont le nombre peut être adapté à chaque utilisation. En outre, il est extrêmement facile de freiner un mouvement de l'organe mobile 7. Il suffit d'alimenter une bobine de l'un des éléments magnétiques. La circulation du courant dans les bobines peut, sans inconvénient, être toujours uni-directionnelle, ce qui simplifie la commande. Enfin, l'actionneur est pourvu de matériau magnétique, mais il est dépourvu d'aimant, ce qui en réduit le coût. À titre d'exemple, en partant de la position illustrée sur la figure 2, on peut accélérer l'organe mobile 7 en alimentant la bobine de l'élément magnétique 14 et on peut la freiner en alimentant la bobine de l'élément magnétique 13. Sur la figure 8 est illustré un autre mode de réalisation d'invention, dans lequel les éléments magnétiques 13 à 16 sont identiques à ceux des modes de réalisation précédents. L'organe mobile 7 comprend une extrémité libre 23 également pourvue de trois dents sur chaque face mais non décalées axialement. En d'autres termes, les dents 25 et 28 sont disposées sensiblement dans le même plan radial. Il en va de même des dents 26 et 29 et respectivement 27 et 30 ainsi que des encoches 31 et 33,32 et 34. En outre, l'extrémité libre 23 est reliée à un arbre 35 aligné avec un arbre 36 et solidaire en translation tout en étant indépendant en rotation par rapport audit arbre 36. Entre les arbres 35 et 36 est prévu un mécanisme de transmission de la translation sans transmission de couple. Ainsi, l'arbre 36 dont l'arbre de commande 5 est solidaire, peut déplacer sélectivement l'extrémité du doigt 6 illustré sur la figure 1, et peut être solidaire en rotation de l'arbre d'engagement 9. L'extrémité libre 23 reste immobile en rotation par rapport à la partie fixe 12. Ce mode de réalisation est particulièrement utile dans le cas de la figure 6 où l'extrémité libre 23 ne peut tourner, par rapport à la partie fixe 12, en raison de sa section rectangulaire. Il n'est pas nécessaire, dans le cas de la figure 7 où l'extrémité libre 23 est de section circulaire et peut donc tourner par rapport à la partie fixe 12 de l'actionneur 8. Sur la figure 9 est illustré un mode de réalisation de la commande d'un actionneur tel que décrit ci-dessus. La commande peut se présenter sous la forme d'un module 38 alimenté par une source de tension ou de courant 39 et recevant des ordres de commande de façon non représentée. Le module 38 comprend une branche d'entrée équipée d'une résistance 40 et reliée à la source 39 et une pluralité de branches de sortie référencées 41 à 44, en nombre correspondant au nombre d'éléments magnétiques à alimenter. Les branches 41 à 44 sont identiques. Seule la branche 41 sera décrite. Les branches 41 à 44 sont montées en parallèle et reliées à la branche d'entrée. La branche 41 comprend un interrupteur 45 et une résistance 46 montés en série et reliés, d'une part à la branche d'entrée, c'est-à-dire à la résistance 40, et d'autre part à une bobine 21 d'un élément magnétique qui doit être alimenté. Ainsi, chaque bobine 21 est pilotée par un interrupteur 45 permettant ou non le passage d'un courant électrique. Le courant, dans la bobine 21, est limité par la résistance extérieure ou la résistance propre de la bobine ou encore la commande linéaire de l'interrupteur 45 suivant une consigne de courant ou une commande en modulation de largeur d'impulsion. Toutefois, on a remarqué que certains éléments magnétiques de l'actionneur 8 peuvent être alimentés simultanément sans que des forces antagonistes se développent. Dans le cas du mode de réalisation des figures 2 à 5, les éléments magnétiques 13 et 16 peuvent être alimentés simultanément. On peut donc simplifier le module 38 en en supprimant un interrupteur, voire figure 10, où la branche 42 est supprimée. Les branches 43 et 44 sont identiques à celles qui sont illustrées sur la figure 9 et la branche 41 comprend, en outre, une résistance 47 reliée par une borne au point commun à l'interrupteur 45 et à la résistance 46 et, par l'autre borne, à une bobine 21 d'un autre élément magnétique. On peut ainsi réduire le nombre d'interrupteurs en mettant en parallèle les bobines des éléments magnétiques 13 et 16. Toutefois, on peut également mettre en série les bobines des éléments magnétiques 13 et 16 avec éventuellement un léger accroissement du temps de réponse de l'actionneur par rapport au mode de réalisation illustré sur la figure 10. En outre, on prévoira avantageusement une mesure du courant fourni par la source 39, par exemple au moyen d'un capteur de courant 48 monté entre la source 39 et la résistance 40, voire figure 9, et permettant, connaissant l'interrupteur qui est passant, de déterminer la position de l'organe mobile de l'actionneur 8 en fonction de l'interrupteur qui est passant, et du courant traversant la bobine alimentée en raison de la variation d'impédance de la bobine en fonction de la position de l'extrémité libre de l'organe mobile par rapport à l'élément magnétique alimenté. La présente invention offre de nombreux avantages, notamment la simplicité de réalisation de l'actionneur, la facilité de réalisation des moyens de commande, la réduction de l'encombrement de l'actionneur, l'accroissement du rendement car le mouvement est réalisé directement, et la réduction de la charge à déplacer, ce qui permet de réduire le dimensionnement des différents composants électriques. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre des revendications ci-jointes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de changement de vitesses pour une boîte de vitesses de véhicule automobile, comprenant des tiges de commande de fourchettes d'engagement/désengagement des vitesses qui présentent des encoches, un arbre de commande muni d'un doigt latéral adapté pour être engagé sélectivement dans ces encoches et des moyens d'entraînement en rotation de cet arbre de commande pour déplacer longitudinalement une fourchette sélectionnée, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un actionneur linéaire à action directe (8) à réluctance variable dont l'organe mobile (7) est relié axialement en translation à une extrémité dudit arbre de commande (5) de telle sorte que le doigt (6) de cet arbre de commande peut être amené sélectivement dans lesdites encoches (4) sous l'effet de déplacements axiaux de l'organe mobile dudit actionneur linéaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit actionneur possède une pluralité de positions stables. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit actionneur (8) comprend une partie fixe (12) équipée d'une pluralité de carcasses (17) et d'une pluralité de bobines (21), chaque bobine étant associée à une carcasse. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit actionneur (8) comprend un organe mobile équipé d'encoches (31) et de dents (25) disposés en regard de la partie fixe, selon la position relative de la partie fixe et de l'organe mobile. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de commande (38) de l'actionneur (8) pourvu de moyens d'alimentation sélectifs de bobines de la partie fixe. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens d'alimentation sélectifs comprennent un interrupteur (45) par bobine. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que les moyens d'alimentation sélectifs comprennent un interrupteur pour au moins deux bobines. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que les moyens d'alimentation sélectifs comprennent un interrupteur pour au moins deux bobines. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que le moyen de commande de l'actionneur est pourvu d'un moyen de commande des moyens d'alimentation sélectifs. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de mesure (48) de la position de l'organe mobile par détection du courant dans des bobines de la partie fixe.