Brevet FR2842270A1 — publié le 20040116

BOITE DE VITESSES POUR UN VEHICULE AUTOMOBILE, LIMITANT LES RUPTURES DE COUPLE L'invention concerne une boîte de vitesses pour un véhicule automobile dont la propulsion peut être assurée notamment par un moteur thermique, une machine électrique ou encore par la combinaison d'un moteur thermique et d'une machine électrique. De façon classique, une boîte de vitesses mécanique comprend une ligne primaire motrice et une ligne secondaire réceptrice du mouvement, ces deux lignes étant parallèles. La ligne primaire et la ligne secondaire portent des pignons, lesquels sont montés fous sur la ligne primaire et immobilisés en rotation et en translation sur la ligne secondaire, ou inversement. En fonction du rapport de vitesses choisi, les pignons fous sont solidarisés avec leur arbre au moyen d'un synchroniseur ou baladeur. De façon connue, un synchroniseur est disposé entre deux pignons fous, chaque pignon fou portant une roue dentée de crabotage et un cône d'embrayage mâle. Le synchroniseur comprend un manchon solidaire de l'arbre par un dispositif à cannelures, au moyen duquel il peut coulisser sur l'arbre. Le manchon porte sur chacune de ses faces, en regard d'un pignon fou, un cône d'embrayage. Par ailleurs, la surface cylindrique externe du manchon porte une denture semblable à celle des roues de crabotage des pignons fous, sur laquelle peut coulisser une couronne à denture intérieure. Un dispositif communément appelé " fourchette de commande " est destiné à coopérer avec la couronne du manchon, en s'engageant dans une gorge ménagée dans la couronne. Pour solidariser un pignon avec l'arbre, on débraye puis on déplace le baladeur vers ce pignon, en actionnant la fourchette de commande. 239802 (12539/JFR) - 10.07.02 Les cônes d'embrayage du pignon et du baladeur viennent au contact et, dans un deuxième temps, la couronne du manchon vient en prise avec la roue dentée de crabotage du pignon. Les boîtes de vitesses mécaniques de l'état de la technique sont donc complexes puisqu'elles nécessitent la présence de plusieurs synchroniseurs, chacun comportant plusieurs éléments mécaniques en mouvement et la présence d'une roue dentée sur chaque pignon fou pour coopérer avec le synchroniseur associé. Par ailleurs, un embrayage est nécessairement prévu entre le moteur thermique, voire la machine électrique, et l'arbre menant pour désolidariser le moteur et/ou la machine électrique de l'arbre, lors d'un changement de vitesse. Malgré cette construction complexe, les boîtes de vitesses mécaniques provoquent des ruptures de couple lors de changements de 1 5 vitesse. Dans l'état de la technique, ce problème a été résolu en prévoyant une propulsion hybride, la machine électrique compensant les ruptures de couple grâce à une commande appropriée. Ainsi, la demande de brevet FR-00 08820 décrit une boîte de vitesses mécanique pour véhicules à propulsion hybride dont la ligne primaire comporte deux arbres menants, l'un étant entraîné en rotation par le moteur thermique et par l'intermédiaire d'un embrayage et l'autre étant entraîné en rotation par la machine électrique. Lors d'un changement de vitesse, et donc d'un débrayage, la puissance du moteur thermique est augmentée pour éviter une rupture de couple. Ce problème peut également être résolu avec une boîte de vitesses comprenant deux arbres primaires et deux embrayages, chacun d'eux étant relié à un des deux arbres primaires. Cependant, tous ces dispositifs sont de construction complexe, donc d'un cot important. 239802 (12539/JFR) - 10.07.02 L'invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant une boîte de vitesses permettant à la fois de supprimer les embrayages et de limiter considérablement les ruptures de couple lors de changements de vitesse. Ainsi, l'invention concerne une boîte de vitesses mécanique pour un véhicule automobile auquel est associé un système de propulsion, cette boîte de vitesses comportant une ligne primaire motrice et une ligne secondaire réceptrice du mouvement, une de ces deux lignes comportant au moins deux pignons de diamètres différents, montés fous, à chacun desquels est associé un baladeur dont le fonctionnement est assuré par un système d'actionnement, caractérisée en ce que la ligne primaire motrice est reliée en permanence audit système de propulsion et en ce que la boîte de vitesses comprend en outre un dispositif de commande des systèmes d'actionnement des baladeurs, ce dispositif commandant lesdits systèmes d'actionnement en fonction notamment de la vitesse du véhicule et du régime du moteur, pour éviter toute rupture de couple lors d'un changement de vitesse. De préférence, le système d'actionnement d'un baladeur comprend un piston pouvant se déplacer dans un cylindre, sous l'effet d'une pression générée par une pompe hydraulique. Dans un mode particulier de réalisation, le piston se déplace à l'encontre d'un ressort. Dans une variante de réalisation, le système d'actionnement est commun à deux baladeurs et comprend un piston pouvant se déplacer dans un cylindre à l'encontre de l'un ou l'autre de deux ressorts et sous l'effet d'une différence de pression générée par une pompe hydraulique. De façon avantageuse, le dispositif de commande comprend un calculateur qui commande le fonctionnement de ladite pompe hydraulique. L'invention concerne également un véhicule automobile équipé d'une boîte de vitesses selon l'invention, dont la propulsion est assurée par un moteur thermique et/ou une machine électrique. 239802 (12539/JFR) - 10.07.02 L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et qui est faite en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente de façon partielle et schématique, deux pignons, un baladeur, un système d'actionnement et deux dispositifs de commande d'une boîte de vitesses selon l'invention, - la figure 2 comporte deux courbes représentant chacune, en fonction du temps, la pression entre le cône d'embrayage d'un pignon et le cône d'embrayage associé du baladeur, la première courbe (--) concernant un pignon d'un premier rapport et la deuxième courbe (.) correspondant à un pignon de rapport supérieur au premier, - la figure 3 est semblable à la figure 1 et illustre une variante du système d'actionnement, et - la figure 4 est également semblable à la figure 1 et illustre une autre variante du système d'actionnement. Les éléments communs aux différentes figures seront désignés par les mêmes références numériques. On se réfère tout d'abord à la figure 1, sur laquelle l'axe XX' représente la ligne primaire ou la ligne secondaire de la boîte de vitesses selon l'invention. La référence 1 désigne un premier pignon de la boîte de vitesses, monté fou sur la ligne XX', tandis que la référence 2 désigne un deuxième pignon, également monté fou sur la ligne XX'. Ces deux pignons 1 et 2 sont représentés partiellement, compte tenu de leur symétrie par rapport à la ligne XX'. Les références 10, respectivement 20, désignent la denture du pignon 1, respectivement 2. 239802 (12539/JFR) - 10.07.02 Les références 11, respectivement 21, désignent le cône d'embrayage du pignon 1, respectivement du pignon 2, qui sont ici des cônes femelles. Le pignon 2 correspond à un rapport de vitesse supérieur au rapport du pignon 1. Au pignon 1 est associé un baladeur 3. Celui-ci comprend un cône d'embrayage 31 destiné à coopérer avec le cône d'embrayage 11 du pignon 1 ainsi qu'un dispositif 32, communément appelé " fourchette de commande ", et destiné à déplacer le cône d'embrayage 31. De même, un baladeur 4 est associé au pignon 2, avec un cône d'embrayage 41 destiné à coopérer avec le cône d'embrayage 21 du pignon 2 et un dispositif 42, communément appelé " fourchette de commande ", et destiné à déplacer le cône 41. A chaque dispositif 32, 42 du baladeur 3, 4, est associé un système d'actionnement 51, 52. Dans l'exemple de réalisation décrit à la figure 1, ces deux dispositifs d'actionnement sont regroupés dans un même module 5, relié au carter 6 de la boîte de vitesses par des moyens appropriés 60. Les deux systèmes d'actionnement 51, respectivement 52, comportent un piston 510, respectivement 520, qui peut se déplacer dans un cylindre 511, respectivement 521, du module 5 et ceci à l'encontre d'un ressort 512, respectivement 522 et sous l'effet d'une pression générée par une pompe hydraulique 7. De façon classique, cette pompe hydraulique 7 est reliée à chacun des cylindres 511, 521, par l'intermédiaire d'un conduit 710, respectivement 720. La pompe hydraulique 7 est, dans cet exemple de réalisation, commune aux deux systèmes d'actionnement 51 et 52 associés à chacun des pignons 1 et 2. Cette pompe 7 est commandée par le dispositif de commande 8 de la boîte de vitesses selon l'invention. 239802 (12539/JFR) - 10.07.02 Ce dispositif de commande comprend essentiellement un ensemble de capteurs ou autres permettant de délivrer à un calculateur 81 les informations nécessaires à la commande de la pompe hydraulique 7, telles que notamment la vitesse du véhicule et le régime du moteur assurant la propulsion du véhicule. Le fonctionnement de la boîte de vitesses selon l'invention va maintenant être décrit plus en détail en référence à la figure 2. A titre d'exemple, le fonctionnement décrit concerne le passage d'une première vitesse correspondant au premier pignon 1 à une deuxième vitesse, supérieure à la première, correspondant au pignon 2. La courbe illustrée en traits pointillés (--) représente l'évolution au cours du temps de la pression P1 entre les deux cônes d'embrayage 11 et 31, respectivement du pignon 1 et de son baladeur 3, tandis que l'autre courbe (--) représente l'évolution au cours du temps de la pression P2 entre les deux cônes d'embrayage 21 et 41 respectivement du pignon 2 et de son baladeur 4. Au temps t=0, la pression P1 est maximale. Dans cette situation, la vitesse correspondant au pignon 1 est engagée et la pompe hydraulique 7 est commandée par le dispositif de commande 8 de façon à créer le contact entre les deux cônes d'embrayage 11 et 31. Parallèlement, au temps t=0, la pression P2 entre les deux cônes d'embrayage 21 et 41 est nulle, le rapport de vitesse correspondant au pignon 2 n'étant pas engagé. Cette situation perdure jusqu'au temps t=tl. A ce moment là, compte tenu notamment de la vitesse du véhicule ou du régime du moteur ou encore à la demande du conducteur, le dispositif de commande 8 initie un changement de vitesse. Entre les temps t1 et t2, le dispositif de commande 8 commande la pompe hydraulique 7 de telle sorte que la pression P1 entre les cônes d'embrayage 11 et 31 diminue, alors que la pression P2 entre les cônes d'embrayage 21 et 41 augmente proportionnellement. 239802 (12539/]FR)- 10.07.02 Ainsi, pendant cette période, la pression exercée sur le piston 510 est réduite, tandis que celle exercée sur le piston 520 augmente pour que le cône d'embrayage 41 vienne progressivement en contact avec le cône d'embrayage 21 du piston 2. Cependant, dans l'intervalle de temps compris entre t1 et t2, un couple est effectivement transmis par l'intermédiaire des deux cônes 11 et 31, alors qu'aucun couple ne passe par l'intermédiaire des cônes 21 et 41 qui glissent l'un sur l'autre. La commande de la pompe hydraulique 7 s'effectue de façon continue et proportionnelle sur chacun des systèmes d'actionnement 51 et 52. La pression continuant à augmenter dans le cylindre 521, il arrive un moment (instant t2) o le cône d'embrayage 41 se trouve complètement en contact avec le cône d'embrayage 21 du piston 2, ce qui supprime tout passage de couple entre le cône d'embrayage 31 et le cône d'embrayage 11 du piston 1. Plus précisément, à l'instant t2, le cône 41 est mis en contact avec le cône 21 avec une pression suffisante pour que le couple moteur passe par ces deux cônes. Le couple passe alors par les cônes 21 et 41 et cesse aussitôt de passer par les cônes Il et 31 qui se mettent à glisser l'un sur l'autre, d'autant plus que la pression exercée sur eux a diminué et qu'ils sont proches de leur limite de glissement. De plus, pour une grande sreté de fonctionnement, on peut prévoir, le système étant piloté, de surveiller la vitesse de rotation des différents cônes et de relâcher complètement la pression dans le cylindre 511 pour libérer les cônes 11 et 31 dès que le couple moteur passe par les cônes 21 et 41 (ces derniers tournent alors à la même vitesse). Cette commande permet de transférer le couple du pignon 1 au pignon 2, sans rupture et sans qu'il soit nécessaire de déconnecter la ligne motrice de la boîte de vitesses du système de propulsion du véhicule. 239802 (12539/JFR) - 10.07.02 Ainsi, en pratique, la ligne motrice est reliée en permanence au système de propulsion du véhicule, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un embrayage et, par ailleurs, le dispositif de commande 8 permet d'éviter toute rupture de couple lors des changements de vitesse. On se réfère maintenant à la figure 3 qui est une vue similaire-à celle de la figure 1 et qui représente une variante du système d'actionnement des baladeurs 3 et 4. Ainsi, seuls ces systèmes d'actionnement seront décrits en détail, les autres éléments étant identiques à ceux de la figure 1. Les deux systèmes d'actionnement 51a, respectivement 52a, des dispositifs 32, respectivement 42, sont toujours logés dans le module 5. Celui-ci définit toujours deux cylindres 511a, respectivement 521a, dans lesquels peuvent se déplacer des pistons 510a, respectivement 520a. Chacun de ces deux pistons 510a, respectivement 520a, peut se déplacer dans le cylindre 51 la, 521 a, sous l'effet d'une pression générée par la pompe hydraulique 7. Cette dernière est reliée au cylindre 511a, respectivement 521a, par l'intermédiaire des conduits 710 et 711, respectivement 720 et 721. Ainsi, le fonctionnement de ces systèmes d'actionnement 5la et 52a est légèrement différent des systèmes d'actionnement 51 et 52 de la figure 1. En effet, les dispositifs d'actionnement 51 et 52 sont dits " simple effet ", c'est-à-dire que la position " repos " des systèmes d'actionnement est maintenue par les ressorts 512 et 522. De plus, pour déplacer le cône 31 vers le cône 11, on introduit du fluide sous pression par l'intermédiaire du conduit 710. Pour changer le sens du déplacement du piston, et donc pour diminuer ou supprimer le contact entre les deux cônes 11 et 31, on relâche la pression de fluide dans le conduit 710, le ressort 512 ramenant automatiquement le piston 510 dans sa position de départ. Au contraire, les systèmes d'actionnement 5ia et 52a sont des actionneurs " double effet ", c'est-à-dire que le déplacement d'un piston 239802 (12539/JFR) - 10.07.02 dans un sens ou dans l'autre est obtenu en injectant du fluide sous pression dans l'un ou l'autre des conduits de la pompe reliés au cylindre associé au piston. Ainsi, pour mettre en contact le cône 31 et le cône 11, du fluide sous pression est injecté dans le conduit 710. Au contraire, pour réduire ou supprimer tout contact entre les cônes 11 et 31, du fluide sous pression est introduit dans le cylindre 51 la par l'intermédiaire du conduit 711. On notera que dans les exemples de réalisation des systèmes d'actionnement des figures 1 et 3, la commande de ces systèmes d'actionnement est réalisée de façon indépendante. On se réfère maintenant à la figure 4 qui illustre une autre variante de réalisation des systèmes d'actionnement des baladeurs 3 et 4, qui sera seule décrite en détail. Dans cette variante de réalisation, le système d'actionnement 50 est commun aux deux baladeurs 3 et 4. Dans ce cas, le module 5 définit un seul cylindre 500, dans lequel peut se déplacer un piston 501. Le déplacement du piston 501 s'effectue à l'encontre de ressorts 502, respectivement 503. La commande du piston 501 s'effectue par l'intermédiaire de fluide sous pression, injecté dans le cylindre 500, par l'intermédiaire des conduits 700 ou 701. Ainsi, à titre d'exemple, lorsque le système d'actionnement 4 doit mettre en contact le cône d'embrayage 41 avec le cône d'embrayage 21 du piston 2, du fluide sous pression est envoyé par la pompe hydraulique 7 dans le conduit 700, de façon à déplacer le piston 501 du côté du pignon 2. Lorsque le contact entre les deux cônes 21 et 41 doit être relâché progressivement, il suffit de diminuer progressivement la pression du fluide dans le conduit 700, le piston 501 étant ramené à sa position de point mort sous l'effet des ressorts 502 et 503. 239802 (12539/JFR)- 10.07.02 Ainsi, dans le mode de réalisation de la figure 4, le système d'actionnement est commun aux deux pignons 1 et 2 et les commandes des baladeurs 3 et 4 sont liées. On notera que dans ce mode de réalisation, les pignons 1 et 2 ne peuvent pas correspondre à des rapports de vitesse immédiatement voisins tels que 1ère et 2ème ou 3ème et 4ème car il est très difficile en pratique d'obtenir une construction parfaitement symétrique et les différentes pièces ne s'usent pas de la même façon au cours de la vie du véhicule. Dans tous les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, la boîte de vitesses selon l'invention présente l'avantage d'assurer les changements de vitesse sans rupture de couple et sans embrayage. Avec ce type de boîte de vitesses, il est donc possible de supprimer la pédale d'embrayage. Le levier de vitesses peut être supprimé, mais il peut être également maintenu pour ne pas perturber les habitudes de conduite du conducteur. Enfin, dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, il y a un ou deux systèmes d'actionnement dans un module unique situé entre deux pignons, mais on ne sortirait pas du cadre de l'invention avec un module commandant un seul pignon, par exemple dans le cas d'un arbre comportant un nombre impair de pignons. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques figurant dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter la portée. 239802 (1253913FR) - 10.07.02 1 1 REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesses mécanique pour un véhicule automobile auquel est associé un système de propulsion, cette boîte de vitesses comportant une ligne primaire motrice et une ligne secondaire réceptrice du mouvement, une de ces deux lignes (XX') comportant au moins deux pignons (1, 2) de diamètres différents et montés fous sur ladite ligne, à chacun desquels est associé un baladeur (3, 4) dont le fonctionnement est assuré par un système d'actionnement (51, 52; 51a, 52a; 50), caractérisée en ce que la ligne primaire motrice (XX') est reliée en permanence audit système de propulsion et en ce que la boîte de vitesses comprend en outre un dispositif de commande (8) des systèmes d'actionnement (51, 52; 51a, 52a; 50) des baladeurs (3, 4), ce dispositif commandant lesdits systèmes d'actionnement en fonction notamment de la vitesse du véhicule et du régime du moteur, pour éviter toute rupture de couple lors du passage d'une vitesse à une autre. 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système d'actionnement (51, 52; 51a, 52a) d'un baladeur (3, 4) comprend un piston (510, 520; 510a, 520a) pouvant se déplacer dans un cylindre (511, 521; 511a, 521a) sous l'effet d'une pression générée par une pompe hydraulique (7). 3. Boîte de vitesses selon la revendication 2, caractérisée en ce que les pistons (510, 520) se déplacent à l'encontre d'un ressort (512, 522). 4. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système d'actionnement (50) est commun à deux baladeurs (3, 4) et comprend un piston (501) pouvant se déplacer dans un cylindre (500), à l'encontre de l'un ou l'autre de deux ressorts (502, 503) et sous l'effet d'une différence de pression générée par une pompe hydraulique (7). 5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le dispositif de commande (8) comprend un 239802 (12539/3FR) - 10.07.02 calculateur (81) qui commande le fonctionnement de ladite pompe hydraulique (7). 6. Véhicule automobile équipé d'une boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 5, dont la propulsion est assurée par un moteur thermique et/ou une machine électrique. 239802 (12539/JFR) - 10.07.02