Brevet FR2878926A1 — publié le 20060609

DISPOSITIF DE COMMANDE DU CHANGEMENT DE RAPPORT D'UNE BOITE DE VITESSES L'invention a pour objet un dispositif de commande du changement de rapport d'une boîte de vitesses, en particulier à actionnement électromécanique. Une boîte de vitesses, en particulier pour un véhicule automobile, comporte, d'une façon générale, un ou deux arbres d'entrée reliés, par l'intermédiaire d'un dispositif d'embrayage, à un arbre entraîné par le moteur, et un arbre de sortie qui peut être relié sélectivement avec l'arbre d'entrée par plusieurs trains d'engrenage correspondant chacun à un rapport de démultiplication, l'un desdits trains d'engrenage commandant la marche arrière. Pour un changement de rapport, l'arbre d'entrée est débrayé, et l'un des rapports est sélectionné puis enclenché pour relier cinématiquement l'arbre de sortie à l'arbre d'entrée avec le rapport choisi, l'arbre d'entrée étant alors embrayé. Pour faciliter l'engagement du rapport choisi, l'arbre secondaire est d'abord entraîné en rotation à la vitesse voulue par un synchroniseur associé à chaque train d'engrenage. La sélection et l'enclenchement du rapport choisi sont effectués par des moyens connus du type fourchettes ou baladeurs, actionnés par le levier de changement de vitesses. Cependant, dans des dispositions plus perfectionnées, en particulier pour les boîtes de vitesses automatiques, l'organe de changement de rapport est actionné de façon électromécanique. De tels dispositifs d'actionnement électromécanique de l'engagement des rapports des boîtes de vitesses doivent répondre à plusieurs impératifs. Tout d'abord, le dispositif d'actionnement doit être à même de fournir dans certaines phases, en particulier de synchronisation, un effort statique alors que l'organe de changement tel que le baladeur ne se déplace pas et dans d'autres phases telles que approche du synchroniseur et vol libre, le baladeur doit se déplacer à grande vitesse alors que les efforts résistants sont modérés. Par ailleurs, le dispositif d'actionnerent doit pouvoir être positionné par le mécanisme de la boîte de vitesses (billages, crabots, butée) en l'absence de couple à la sortie du moteur. Enfin, un tel dispositif d'actionnement électromécanique qui s'ajoute à la boîte de vitesses doit être aussi peu encombrant que possible puisque, dans un véhicule automobile, l'espace disponible pour la mécanique est toujours réduit et, bien entendu, il doit être assez peu coûteux. On connaît déjà divers dispositifs d'actionnement électromécanique d'une boîte de vitesses. Le document WO 2004/03 82 61, par exemple, décrit un dispositif de ce type comprenant un arbre central de commande, sur lequel est enfilé un tambour comportant une rainure circulaire dans laquelle s'engagent des doigts de commande de l'engagement de chaque rapport. Cette rainure est munie d'une fente de passage de la fourchette qui est montée sur l'arbre central et peut ainsi, d'une part, tourner avec celui-ci et le tambour pour la sélection de l'un des doigts de commande et, d'autre part, se déplacer axialement avec l'arbre central par rapport au tambour pour l'engagement de la vitesse choisie. A cet effet, le dispositif est associé à deux moteurs, respectivement un premier moteur de commande de la rotation du tambour et de l'arbre central pour la sélection du rapport et un deuxième moteur commandant, par l'intermédiaire d'un dispositif à vis sans fin, le déplacement axial de l'arbre central et de la fourchette pour l'engagement de la vitesse choisie. Le document WO 03/02 32 58 décrit également un dispositif d'actionnement électromécanique comportant deux moteurs entraînant chacun un dispositif de démultiplication à vis sans fin, respectivement pour la sélection du rapport et l'engagement du rapport choisi. Il en est de même dans la disposition du document WO 2004/01 00 32 qui comporte un arbre de sélection et d'engagement entraîné en rotation par un premier moteur pour la sélection du rapport et coulissant axialement sous l'action d'un second moteur pour la commande de l'enclenchement du rapport choisi. Ainsi, dans les dispositifs les plus récents, il semblait nécessaire, jusqu'à présent, d'utiliser deux moteurs différents, respectivement pour la sélection et l'engagement d'un rapport. Une telle disposition semble, d'ailleurs, assez naturelle puisque, comme indiqué plus haut, ces deux mouvements de l'organe de changement de rapport correspondent à des impératifs différents. Cependant, de telles dispositions utilisant deux moteurs sont relativement encombrantes. En outre, les mécanismes de démultiplication utilisés dans les solutions antérieures ont un rendement assez faible et, lorsqu'ils sont réversibles, de tels dispositifs nécessitent des efforts très importants en aval pour positionner le dispositif d'actionnement à partir du mécanisme de boîte de vitesses, en l'absence de couple au moteur électrique. Par ailleurs, de tels dispositifs de démultiplication à pignons multiples et/ou à vis sans fin, utilisent une succession d'engrènements avec des organes complexes et des filetages très fins qui nécessitent une bonne maîtrise des positions de ces dentures les unes par rapport aux autres, ce qui engendre un coût de fabrication élevé pour une production en grande série de dispositifs présentant le niveau de fiabilité requis. La présente invention permet de remédier à de tels inconvénients et présente, en outre, l'avantage d'un très bon rendement et d'une parfaite réversibilité, le rendement inverse pour le positionnement du dispositif à partir du mécanisme entraîné étant aussi bon que le rendement d'actionnement du mécanisme par le moteur électrique. Par ailleurs, la disposition selon l'invention est assez simple et compacte, et son montage dans la boîte de vitesses est particulièrement aisé et ne nécessite pas d'ajustement précis. L'invention a donc pour objet un dispositif de commande du changement de rapport d'une boîte de vitesses comportant, d'une façon générale, un organe mobile de changement de rapport et des moyens de commande de deux mouvements dudit organe de changement, respectivement un mouvement de positionnement pour la sélection d'un rapport et un mouvement d'engagement du rapport sélectionné. Conformément à l'invention, les moyens de commande du positionnement et de l'engagement de l'organe de changement de rapport sont actionnés par l'intermédiaire d'un moyen réversible de démultiplication comportant un train épicycloïdal à deux arbres alignés, respectivement un arbre primaire relié cinématiquement au moteur de commande et un arbre secondaire relié cinématiquement à l'organe de changement de rapport pour la commande du mouvement d'engagement. Un tel train épicycloïdal comprend un arbre primaire et un arbre secondaire centrés sur un même axe longitudinal, une cage fixe munie d'une denture interne centrée sur ledit axe longitudinal et au moins un train d'engrenage placé à l'intérieur de la cage fixe et comportant un pignon planétaire solidaire en rotation de l'arbre primaire et au moins deux pignons satellites montés rotatifs autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal sur un porte-satellite tournant autour dudit axe et solidaire en rotation de l'arbre secondaire, chaque pignon satellite engrenant simultanément avec le pignon planétaire et avec la denture interne de la cage fixe. De façon particulièrement avantageuse, le train épicycloïdal comporte une série d'au moins deux trains d'engrenages, respectivement un premier train avec un pignon planétaire calé en rotation sur l'arbre primaire et au moins deux pignons satellites montés sur un porte- satellite tournant autour d'un arbre sur lequel est calé en rotation le pignon planétaire d'un second train d'engrenage, le dernier train d'engrenage de la série ayant un porte-satellite calé en rotation sur l'arbre secondaire. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple non limitatif et représenté sur les dessins annexés. La figure 1 est un schéma de l'ensemble du système d'entraînement d'un véhicule. La figure 2 est un schéma du dispositif de commande d'engagement. La figure 3 montre, en perspective avec arraché partiel, un dispositif de commande d'engagement associé à un moyen de sélection des rapports. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement l'ensemble du système d'entraînement d'un véhicule comportant un moteur M relié par un embrayage E à une boîte de vitesses V comportant plusieurs rapports, de démultiplication entre le moteur et un arbre de transmission non représenté qui entraîne, par exemple, les roues du véhicule. Habituellement, le moteur M, l'embrayage E et la boîte de vitesses V sont centrés sur un même axe x" x qui, selon les cas, peut être parallèle ou orthogonal à l'axe longitudinal du véhicule. La boîte de vitesses est équipée d'un dispositif D de changement de rapport comportant des moyens 1 de sélection du rapport, actionnés par un moteur électrique 10 et des moyens 2 d'engagement du rapport sélectionné, actionnés par un moteur 30. Ces moyens de sélection et d'engagement peuvent être de tout type connus et, par exemple, comme dans les documents WO 2004/01 00 32, WO 2004/03 82 61 cités plus hauts, peuvent comporter un arbre de commande animé d'un mouvement de rotation pour la sélection du rapport et d'un mouvement de translation axial pour l'engagement du rapport sélectionné. Par exemple, dans le mode de réalisation préférentiel représenté schématiquement, en perspective, sur la figure 3, le dispositif comporte un arbre de commande 21 tournant autour d'un axe 20 et monté coulissant axialement sur des paliers 22, sur lequel est calée en rotation une roue 23 portant, par exemple, deux doigts 24, 24' qui, par rotation autour de l'axe, peuvent s'engager dans une ou plusieurs fourchettes (non représentées) correspondant chacune à un rapport. Ainsi, un moteur non représenté peut commander, par l'intermédiaire d'une roue dentée 25, la rotation dans un sens ou dans l'autre de l'arbre 21 avec la roue 23 pour sélectionner un rapport par engagement de l'un des doigts 24, 24' dans la fourchette correspondante. L'engagement du rapport sélectionné ou, inversement, le passage au point mort peut alors être commandé par déplacement axial de l'ensemble de l'arbre 21, de la roue 23 et des doigts 24, 24'. A cet effet, la roue 23 de support des doigts de commande 24, 24' est munie, sur sa périphérie, d'une gorge circulaire 23' dans laquelle s'engage un organe de commande 4 constitué d'un téton dirigé radialement, que l'on peut déplacer, parallèlement à l'axe de coulissement de l'arbre 21, au moyen d'un dispositif de démultiplication tel qu'un réducteur 3 actionné par un moteur 30 et constitué, selon l'invention, d'un train épicycloïdal. Comme le montre schématiquement la figure 2, ce train épicycloïdal 3 comporte, à l'intérieur d'une cage fixe 31, plusieurs trains d'engrenage, par exemple trois trains 5a, 5b, 5c comportant chacun un pignon planétaire 51 centré sur un axe y'y du réducteur 3 autour duquel tournent trois pignons satellites 52 montés librement rotatifs, chacun autour d'un axe 53 parallèle à l'axe y'y, sur un porte-satellite 54 tournant lui-même autour de l'axe y'y, chaque pignon satellite 52 engrenant, vers l'intérieur, sur le pignon planétaire 51 et, vers l'extérieur, sur une denture interne 31' de la cage fixe 31. Le pignon planétaire 51a du premier train d'engrenage 5a en partant du moteur 30 est calé en rotation sur un arbre primaire 32 centré par des paliers (non représentés) sur l'axe y'y et entraîné directernent par le moteur 30. Le porte-satellite 54a du premier train d'engrenage 5a est constitué, comme le montre la figure 3, d'un flasque de forme triangulaire portant les axes des trois pignons satellites 52 et est solidarisé en rotation avec le pignon planétaire 51b du second train d'engrenage 5b par un bout d'arbre 32b qui est centré sensiblement sur l'axe y'y. Le centrage de chaque bout d'arbre 32b est, cependant, réalisé par l'extérieur sur la cage externe 31, par l'intermédiaire du porte satellites 54b et des pignons 52b engrenant sur la denture interne 31'b. De même, le porte-satellite 54b du second train d'engrenage 5b est solidarisé en rotation avec le pignon planétaire 51c du troisième train d'engrenage 5c qui, dans l'exemple représenté, est le dernier de la série et dont le porte-satellite 54c est calé en rotation sur un arbre secondaire 34 centré sur l'axe y'y par des paliers fixes 35 portés par une partie arrière 36 de la cage 31 du réducteur 3. A l'extrémité arrière de l'arbre secondaire 34 est calé en rotation un bras 40 formant manivelle portant, à son extrémité libre, le téton 4 de commande d'enclenchement des rapports. De préférence, un élément élastique 41 est interposé entre la manivelle 40 et l'arbre 34 afin d'éviter les à-coups. Un tel train épicycloïdal peut assurer un rapport de démultiplication élevé avec un excellent rendement. En outre, il est parfaitement réversible, le rendement inverse depuis le mécanisme entraîné pour positionner le dispositif étant aussi bon que le rendement d'actionnement à partir du moteur électrique 30. Par ailleurs, le positionnement de fait des dentures des différents pignons les uns par rapport aux autres rend la réalisation et le montage du dispositif particulièrement aisé, sans imposer des ajustements précis. En outre, le rapport de démultiplication élevé peut être obtenu avec deux ou trois trains d'engrenage et, comme le montre la figure 3, un tel train épicycloïdal multiple est relativement compact et présente un axe de sortie coaxial à l'axe d'entrée, ce qui facilite son intégration dans la boîte de vitesses. Par exemple, dans le cas habituel où le changement de rapport est commandé par un arbre tournant autour de son axe pour la sélection du rapport et coulissant axialement pour l'engagement du rapport sélectionné, cet arbre peut être monté dans l'axe de la boîte de vitesses, le train épicycloïdal 3 étant monté perpendiculairement à cet axe, ce qui conduit à une disposition particulièrement compacte comme le montre schématiquement la figure 1. De plus, l'utilisation d'un train épicycloidal particulièrement compact et à deux arbres alignés facilite le montage, même en aveugle, de la commande électromécanique de la boîte de vitesse. Bien entendu, l'invention ne se limite au mode de réalisation préférentiel décrit précédemment et représenté schématiquement sur les dessins mais couvre, au contraire, toutes les variantes utilisant des moyens équivalents. Par exemple, l'engagement du rapport sélectionné pourrait être commandé par une crémaillère actionnée par un système d'engrenage entraîné par l'arbre secondaire 34 du train épicycloïdal. Mais d'autres systèmes équivalents pourraient être également employés et les différents organes pourraient être placés différemment, le dispositif de sélection 1 et le dispositif d'engagement 3 pouvant être centrés sur des axes parallèles. Par ailleurs, le train épicycloïdal pourrait être associé, en amont ou en aval, à un étage de réduction supplémentaire, notamment du type denture droite intérieure ou extérieure pour compléter la démultiplication. Dans le cas d'un train multiple, les sous-ensembles composant ce train tels que planétaires, satellites et porte-satellites, pourront préférentiellement être identiques et éventuellement assemblés dans une pièce unique constituant la couronne des différents étages. D'autre part, le dispositif peut avantageusement intégrer un système destiné à bloquer la rotation lors de l'assemblage dans la boîte de vitesses, afin de garantir la position des doigts de passage, en aval du réducteur, lors de l'assemblage. Ce système de blocage serait retiré après le montage sur la boîte de vitesses. 8 REVENDICATIONS 1. Dispositif de changement de rapport dans une boîte de vitesses (V) comportant au moins deux rapports, des moyens (1) de sélection d'un rapport et des moyens (2) de commande de l'engagement du rapport sélectionné, actionnés par un moteur (30) de commande par l'intermédiaire d'un dispositif de démultiplication (3), caractérisé par le fait que le dispositif de démultiplication comporte un train réversible épicycloïdal (3) de liaison cinématique entre deux arbres, respectivement un arbre primaire (32) lié en rotation au moteur de commande (30) et un arbre secondaire (34) d'entraînement des moyens (2) de commande d'engagement à une vitesse et sous un couple adapté au mouvement d'engagement, le train épicycloïdal (3) pouvant être actionné en sens inverse, à partir de la boîte de vitesses (V), pour un positionnement précis de l'ensemble des moyens de commande d'engagement, en l'absence de couple sur le moteur de commande (30). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le train épicycloïdal (3) comprend un arbre primaire (32) et un arbre secondaire (34) centrés sur un même axe longitudinal (y'y), une cage fixe (31) munie d'une denture interne (31') centrée sur ledit axe longitudinal (y'y) et au moins un train d'engrenage (5) placé à l'intérieur de la cage fixe (31) et comportant un pignon planétaire (51) solidaire en rotation de l'arbre primaire (31) et au moins deux pignons satellites (52) montés rotatifs autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal sur un portesatellite (54) tournant autour dudit axe longitudinal et lié en rotation avec l'arbre secondaire (34), chaque pignon satellite (52) engrenant simultanément avec le pignon planétaire (51) et avec la denture interne (31') de la cage fixe (31). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le train épicycloïdal (3) comporte une série d'au moins deux trains d'engrenage (5a, 5b, ...), respectivement un premier train avec un pignon planétaire (51a) calé en rotation sur l'arbre primaire (32) et au moins deux pignons satellites (52a) montés sur un porte-satellites (54a) tournant autour d'un arbre (32b) sur lequel est calé en rotation le pignon planétaire (51b) d'un second train d'engrenage (5b), le dernier train d'engrenage (5c) de la série ayant un porte-satellite (54c) solidaire en rotation de l'arbre secondaire (34). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un organe de changement de rapport (23) tournant autour d'un axe (20) pour la sélection du rapport et que l'organe de commande d'engagement détermine un déplacement, parallèlement à son axe, de l'organe de changement de rapport entre une position de point mort et une position d'engagement. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'organe de changement de rapport comporte au moins un doigt de commande (24) monté sur un support (23) tournant autour d'un axe (20) pour la sélection du rapport et déplaçable axialement pour l'engagement du rapport sélectionné, et que les moyens (2) de commande d'engagement comportent un organe de poussée (4) déplaçable parallèlement à l'axe (20) par rotation de l'arbre secondaire (34) et s'engageant dans une gorge circulaire (23') ménagée sur le support tournant (23) de façon à commander un déplacement axial du support (23) avec le doigt de commande (24), sans gêner la rotation autour de l'axe (20) dudit support (23) pour la sélection du rapport. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens (2) de commande d'engagement comportent un bras (40) entraîné en rotation par l'arbre secondaire (34) et ayant une extrémité libre munie d'un téton de poussée (4) qui s'engage dans une gorge circulaire (23') du support (23) du doigt de commande (24).