Brevet FR2851631A1 — publié le 20040827

DISPOSITIF ET SELECTEUR DE COMMANDE DE BOITE DE VITESSES La présente invention se rapporte à la commande interne s des boîtes de vitesses. Elle trouve une application privilégiée mais non limitative dans les boîtes de vitesses à commande automatisée ou robotisée, c'est à dire dont l'ensemble des actionneurs, de commande d'embrayage, de sélection et d'engagement des 10 rapports, est placé sous le contrôle d'un calculateur prenant tout ou partie des décisions de commande à la place du conducteur. Plus précisément, cette invention concerne un dispositif de commande de sélection et de passage des vitesses d'une boîte de vitesses à arbres parallèles et à pignons fous, comportant des i5 moyens internes de sélection et de passage de vitesses déplaçant par l'intermédiaire de fourchettes d'actionnement des bagues de crabotage des pignons fous Elle concerne également un sélecteur de commande interne de boîte de vitesses comportant des moyens de sélection 20 et des moyens de passage de vitesses. On connaît des systèmes de passage de vitesses pour boîtes de vitesses robotisées, comprenant: - plusieurs fourchettes de passage de vitesses coulissantes pouvant adopter une position neutre ou des 25 positions de vitesses engagées, de part et d'autre de celle-ci, - des moyens d'actionnement placés à l'extérieur de la boîte, comprenant d'une part un premier vérin à plusieurs positions stables pour sélectionner, par translation d'un doigt de passage selon son propre axe, la fourchette correspondant au passage de la vitesse souhaitée, et d'autre part un deuxième vérin à double effet, pour faire coulisser la fourchette et passer ainsi cette vitesse par rotation du doigt de passage. L'actionnement hydraulique est bien adapté pour la fourniture des efforts en passage, mais l'est beaucoup moins en sélection, lorsqu'il faut plus de trois positions de sélection stables. Ceci est le cas notamment pour les boîtes de vitesses à six rapports qui présentent le plus souvent au moins quatre 10 lignes de sélection. Un autre système connu consiste à remplacer les moyens d'actionnement hydraulique par des moyens électromécaniques également placés à l'extérieur de la boîte. Cette autre solution est décrite dans la publication FR 2 808 313. L'actionnement par 15 moto-réducteurs électriques est alors bien adapté aux multiples lignes de sélection, et permet d'appliquer des efforts de passage importants. Dans ces systèmes connus, les actionneurs sont agencés à l'extérieur de la boite, ce qui pose des problèmes 20 d'encombrement. Toutefois, le contrôle des positions de sélection et d'engagement peut être réalisé facilement par la mise en place de capteurs de position ou de potentiomètres. On connaît encore un autre système de passage de vitesses pour boîtes de vitesses robotisées, décrit notamment 25 dans la publication FR 2 798 978. Ce système associe à chaque fourchette deux vérins hydrauliques à simple effet montés en opposition: ceci rend plus complexe le système de distribution hydraulique, multiplie les électrovannes de commande, et augmente le cot des moyens de contrôle de position correspondants. La présente invention vise à remédier aux inconvénients 5 de ces différents systèmes de commande, en proposant un dispositif peu encombrant, composé d'un actionneur de sélection électromécanique agencé à l'extérieur de la boîte et d'un actionneur hydraulique de passage unique installé à l'intérieur de celle-ci. De préférence, les moyens de sélection et de passage des vitesses sont entraînés en rotation autour d'un axe parallèle aux arbres primaire et secondaires de la boîte. Selon un mode de réalisation particulier, les moyens comprennent un barillet de sélection cylindrique entraîné en 15 rotation et possédant des secteurs périphériques de plus grand diamètre qui assurent le désengagement des rapports et le verrouillage au point mort, et un chariot de passage entraîné en translation et possédant au moins un doigt d'actionnement des crabots de fourchettes. Comme indiqué plus haut, l'invention concerne également un sélecteur de commande interne de boîte de vitesses composé d'un barillet de sélection cylindrique entraîné en rotation par un actionneur électromagnétique disposé à l'extérieur de la boîte, et d'un chariot de passage entraînée par un actionneur hydraulique de passage unique disposé à l'intérieur de la boîte. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'actionneur hydraulique entraînant le chariot de passage cylindrique est constitué d'un vérin à deux chambres, concentrique au barillet et placé à l'extérieur de ce dernier. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description 5 détaillée d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente l'ensemble du dispositif de commande en position de sélection du rapport de première, - la figure 2 représente l'ensemble du dispositif de i0 commande en position extrême de sélection du rapport de marche arrière, - la figure 3 représente l'ensemble du dispositif en position extrême de sélection du rapport de quatrième, et - les figures 4, 4A, 4B représentent en coupe l'ensemble 15 du sélecteur, le chariot étant respectivement en position de point mort et de rapports engagés, On a représenté sur la figure 1 l'ensemble du dispositif de commande proposé, permettant de commander les changements de vitesse d'une boîte de vitesses à deux arbres secondaires. Ce dispositif comporte un sélecteur unique 200 dont l'axe de rotation est parallèle aux axes de l'arbre primaire 100 et des arbres secondaires 101, 102. Le sélecteur 200 peut tourner par rapport à son axe, et est composé d'un barillet de sélection cylindrique 210, fixe axialement par rapport à ce même axe, 25 portant deux secteurs périphériques 211, 212 de plus grand diamètre, et d'un chariot de passage 220, également de forme cylindrique, concentrique au barillet 210 et placé d l'intérieur de ce dernier. Le chariot 220 est entraîné en rotation par le barillet 210 par l'intermédiaire des doigts 221 et 222, et il peut se déplacer axialement. Selon sa position angulaire, le barillet 210 place ou non les doigts 221 et 222 en vis à vis des crabots des axes de fourchette avec lesquels ils coopèrent. Les moyens prévus pour la commande des groupes de crabotage comprennent une première fourchette 230 de commande du groupe de crabotage 110 des rapports de troisième et de cinquième, portée par un axe 231 coulissant par rapport à 10 ses paliers dans le carter de la boîte. L'axe 231 porte un pion d'entraînement 232. Une deuxième fourchette 240 de commande du groupe de crabotage 111 des rapports de sixième et de deuxième est portée par un axe 241, portant un pion d'entraînement 242. Une troisième fourchette 250 de commande 15 du groupe de crabotage 112 du rapport de première, est portée par un axe 251 portant un crabot d'entraînement 252. Enfin, une quatrième fourchette 260 de commande du groupe de crabotage 113 des rapports de quatrième et de marche arrière est portée par un axe 261, portant un crabot d'entraînement 262. Deux basculeurs 290 et 291 portés par un unique support 292 transfèrent les mouvements axiaux des axes relais 270 et 280 vers les fourchettes 230 et 240 situées en partie basse de la boîte. L'axe 270 porte un crabot double 271 qui coopère respectivement avec le basculeur 290 et le doigt 222 du chariot 25 220 d'engagement des rapports. L'axe 280 porte également un crabot double 281, qui coopère respectivement avec le basculeur 291 et avec le doigt 222. Le barillet 210 comporte sur sa périphérie, deux secteurs 211 et 212 qui possèdent à chacune de leurs extrémités des flancs inclinés 211a et 212a, qui coopèrent avec les crabots de fourchettes 252, 262, 271, 281. Ces secteurs ont pour rôle de 5 désengager les rapports. En partie centrale, ils présentent une zone à flancs parallèles 211b et 212b qui coopèrent avec lesdits crabots de fourchettes pour maintenir ces derniers en position point mort. A l'extérieur du secteur 212, un secteur angulaire denté 214 coopère avec le pignon 215 porté par l'axe 216 d'un 10 moteur électrique 217 supporté par le carter Il de la boîte de vitesses. Le barillet 210 est animé en rotation par un moteur électrique 217 agencé à l'extérieur de la boîte de vitesses, et peut ainsi prendre différentes positions angulaires 15 correspondant à la mise en position des doigts 221, 222 dans les crabots 252, 262, 271, 281 de commande des fourchettes 250, 260, 230, 240. Sur les figures 2 et 3, le sélecteur 210 est représenté en position extrême, respectivement en position de sélection du rapport de marche arrière pour la figure 2 et en 20 position de sélection du rapport de quatrième pour la figure 3. Sur les figures 4, 4A, 4B, on a représenté en coupe l'ensemble du sélecteur 200. Il est composé du barillet 210, de l'axe 300 et du chariot 220. Le barillet 210 comporte à sa périphérie le secteur 212 coopérant avec le crabot 271 de 25 commande de fourchette 230 surmonté du secteur denté 214 de commande en rotation par le pignon 215 animé par le moteur 217. Le barillet est porté par l'axe 300 sur lequel il est fixé axialement et en rotation par la goupille 310, le chariot 220 portant le doigt 221 qui coopère avec le crabot 252 de commande de fourchette 250. L'axe 300 est guidé par ses extrémités dans le carter 11. Il comporte un épaulement 301 ayant une gorge à sa 5 périphérie contenant un joint d'étanchéité 311, et présente deux perçages axiaux 302, 303, et deux perçages radiaux 304, 305 permettant l'alimentation en fluide sous pression des deux chambres du vérin 306, 307. Le fluide sous pression parvient aux extrémités de l'axe 300 par deux conduits d'alimentation 12 et i0 13 débouchant dans les chambres 14 et 15. L'étanchéité des chambres 14 et 15 est assurée par les joints 16 et 17 contenus dans deux gorges usinées dans l'axe 15. Le chariot 220 est cylindrique, et comporte une cloison 223 présentant en son centre un perçage cylindrique avec une 15 gorge contenant un joint d'étanchéité 224. Il est guidé sur l'axe 300 par sa cloison 223 et par l'épaulement 301. Il est guidé sur le barillet 210 par la surface cylindrique 210.a qui comporte une gorge contenant un joint d'étanchéité 218. L'ensemble axe 300 et barillet 210 est maintenu axialement dans le carter Il en 20 prenant appui sur ce dernier d'un coté par la face 210b du barillet et du coté opposé par un anneau d'arrêt 326 associé à une rondelle de calage 327. Conformément à l'invention, la cloison centrale 223 du chariot 220 joue le rôle de piston. Elle forme avec la surface 25 cylindrique intérieure du chariot, la surface cylindrique 210a du barillet 210 et l'axe 300 une première chambre de compression étanche 306 alimentée par les conduits 302, 304 et permet le déplacement axial du chariot vers la gauche. Elle forme par ailleurs avec la surface cylindrique intérieure du chariot 220, l'axe 300 et l'épaulement 301 une seconde chambre de compression étanche 307 alimentée par les conduits 303, 305, et permet le déplacement axial du chariot vers la droite. Des moyens de rappel mécanique positionnent le chariot de manière à ce que les doigts 221, 222 soient centrés par rapport aux crabots de fourchette 252, 262, 271, 281 eux-mêmes en position point mort. Ces moyens comprennent une première 10 coupelle 320 plaquée contre l'épaulement 301 de l'axe 300 par un premier ressort 321, qui prend appui sur une rondelle 322. Celle-ci est arrêtée par l'anneau d'arrêt 323. lis comprennent une deuxième coupelle 324 plaquée contre le barillet 210 par un second ressort 325 également qui repousse le chariot 220 contre 15 la première coupelle 320. La charge du premier ressort 321 étant supérieure à celle du second ressort 325, le chariot 220 est en position axiale d'appui stable et précis sur la coupelle 320 en position de point mort. Les f igures 4, 4A, 4B montrent le chariot 220 dans ses 20 trois positions. Sur la figure 4A, il est dans sa position extrême à gauche correspondant à une première position de rapport engagé. Cette position est obtenue en alimentant en fluide sous pression la chambre de droite 306 par les conduits 302 et 304. Avec une pression hydraulique identique dans les deux chambres 25 306, 307, c'est-à-dire de part et d'autre de la cloison 223, le ressort 321 repousse la coupelle 320 et le chariot 220 vers la droite jusqu'à ce que la coupelle 320 entre en contact avec l'épaulement 301 de l'arbre 300: cette position médiane stable, illustrée par la figure 4 correspond au point mort. Sur la figure 4B, le chariot 220 est repoussé à droite dans une deuxième position de rapport engagé. Cette position est atteinte en 5 alimentant en fluide sous pression la chambre de gauche 307 par les conduits 303 et 305. A partir de cette position, on revient également en position de point mort, en établissant la même pression dans les deux chambres 306, 307. Le ressort 325 repousse alors le chariot 220 vers la gauche, mais seulement 10 jusqu'à la coupelle 320, c'est-à-dire en position médiane de point mort, puisque le ressort 321 est plus chargé que le ressort 325. En résumé, la cloison médiane 223 définit avec le barillet de sélection 210 et l'axe 300 deux chambres de compression 15 antagonistes 306, 307. La cloison 223 sépare les deux chambres de manière à constituer un piston de commande en translation du chariot 220 sur l'axe 300 et sur le barillet 210. Enfin, le retour et le positionnement au point mort de l'actionneur de passage 220 sont assurés par les ressorts antagonistes 321 et 325, 20 coopérant avec la coupelle extérieure 320 plaquée dans cette position contre un épaulement 301 de l'axe 300, et contre une extrémité du chariot 210 en position de point mort. Comme indiqué précédemment, le premier ressort 321 repoussant le chariot vers la position de point mort par l'intermédiaire de la 25 première coupelle 320 est plus chargé que le second. Enfin, pour informer le calculateur prenant les décisions d'engagement des rapports, le chariot 220 peut posséder sur un secteur angulaire une simple ou une double rampe 226, qui coopère avec un contacteur ou un potentiomètre 227. Le calculateur est ainsi informé de la position axiale du chariot, médiane, ou position de vitesse engagée à gauche ou à droite. REVENDICATIONS 1. D)ispositif de commande de sélection et de passage des vitesses (10) d'une boîte de vitesses à arbres parallèles (100, 5 101, 102) et à pignons fous, comportant des moyens internes de sélection et de passage de vitesses déplaçant par l'intermédiaire de fourchettes d'actionnement (230, 240, 250, 260) des bagues de crabotage (110,111,112,113) des pignons fous, caractérisé en ce qu'il comporte un actionneur de sélection électromécanique 10 (217) agencé à extérieur de la boîte et un actionneur hydraulique de passage (220) unique installé à l'intérieur de la boîte. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de sélection et de passage des vitesses sont entraînés en rotation autour d'un axe parallèle aux 15 arbres primaire (100) et secondaires (101, 102). 3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens comprennent un barillet de sélection cylindrique (210) entraîné en rotation par l'actionneur (217) et possède des secteurs périphériques (211, 212, 213) de 20 plus grand diamètre qui assurent le désengagement des rapports et le verrouillage au point mort. 4. Dispositif de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'actionneur hydraulique est constitué par un chariot de passage (220) cylindrique, concentrique au barillet 25 (210) et placé à l'extérieur de ce dernier. 5. Dispositif de commande selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le barillet (210) comporte en périphérie un secteur denté (214) entraîné en rotation par l'actionneur (217). 6. Dispositif de commande selon la revendication 3, 4 ou 5 5, caractérisé en ce que les moyens de sélection et de passage comportent un axe de support commun (300) du barillet (210) et du chariot (220) constituant avec ces derniers un sélecteur (200) disposé à l'intérieur de la boîte. 7. Sélecteur de commande interne de boîte de vitesses i0 caractérisé en ce qu'il comporte un barillet de sélection cylindrique (210) entraîné en rotation par un actionneur électromécanique (217) disposé à l'extérieur de la boîte, et un actionneur hydraulique de passage (220) unique. 8. Sélecteur de commande selon la revendication 7, 15 caractérisé en ce que le barillet (210) est entraîné en rotation par l'actionneur (217) et possèdent des secteurs périphériques (211, 212, 213) de plus grand diamètre qui assurent le désengagement des rapports et le verrouillage au point mort. 9. Sélecteur de commande selon la revendication 7 ou 8, 20 caractérisé en ce que l'actionneur hydraulique est constitué par un chariot de passage (220) cylindrique, concentrique au barillet (210) et placé à l'extérieur de ce dernier. 10. sélecteur de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce que le chariot (220) présente au moins un 25 doigt (221, 222) mobile en translation axiale et entraîné en rotation par le barillet (210). 11. Sélecteur de commande selon la revendication 10, caractérisé en ce que le déplacement en rotation des doigts (221, 222) assure la sélection des vitesses et en ce que leur déplacement en translation axiale assure l'engagement des vitesses. 12. Sélecteur de commande selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le barillet (210) comporte en périphérie un secteur denté (214) entraîné en rotation par l'actionneur (217). 13. Sélecteur de commande selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le chariot de passage (220) présente une partie cylindrique (220a), sur laquelle sont rapportés les doigts de passage (221,222). 14. Sélecteur de commande selon la revendication 13, 15 caractérisé en ce que la partie cylindrique (220a) du chariot est partiellement obstruée par une cloison médiane (223) définissant avec celle-ci, le barillet de sélection (210) et l'axe (300) deux chambres de compression antagonistes (306, 307). 15. Sélecteur de commande selon la revendication 14, 20 caractérisée en ce que la cloison (223) sépare les deux chambres de manière à constituer un piston de commande en translation du chariot (220) sur l'axe (300) et le barillet (210). 16. Sélecteur de commande selon l'une des revendications 7 à 15, caractérisé en ce que le retour et le positionnement au 25 point mort de l'actionneur de passage (220) sont assurés par un dispositif mécanique à ressorts antagonistes (321, 325). 17 Sélecteur de commande selon la revendication 16, caractérisé en ce que le sélecteur (200) comporte une coupelle extérieure (320) plaquée contre un épaulement (301) de l'axe (300), et contre une extrémité du chariot (210) en position de point mort. 18. Sélecteur de commande selon la revendication 17, caractérisé en ce que le sélecteur (200) comporte un premier ressort (321) repoussant le chariot vers la position de point mort par l'intermédiaire de la première coupelle (320) et un i0 second ressort (325) moins chargé que le premier. 19. Sélecteur de commande selon l'une des revendications des revendications 9 à 18, caractérisé en ce que le chariot (220) porte sur sa périphérie deux rampes en forme de V (226) coopérant avec un contacteur (227) ou un potentiomètre capable 15 de renseigner en permanence un dispositif de contrôle sur la position axiale du chariot (220). 20. Dispositif de commande de boîte de vitesses, caractérisé en ce qu'il comporte un sélecteur conforme à l'une des revendications 7 à 19. 21. Boîte de vitesses caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de commande ou un sélecteur conforme à l'une des revendications précédentes.