Brevet FR2895481A1 — publié le 20070629

BOITE DE VITESSES MANUELLE OU ROBOTI SEE A PASSAGE SOUS COUPLE A TROIS ARBRES PARALLELES L'invention concerne une boîte de vitesses manuelle ou robotisée de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement une boîte de vitesses à arbres parallèles et à engrenages comportant au moins un arbre primaire et deux arbres secondaires non concentriques entraînant une même couronne de différentiel. Plus précisément, elle a pour objet une boîte de vitesses à arbres parallèles et à engrenages comprenant au moins un arbre primaire portant un ensemble de dentures fixes, et deux arbres secondaires non concentriques, qui portent des pignons fous engrenant avec lesdites dentures fixes et susceptibles d'être couplés sélectivement avec l'arbre qui les porte par des dispositifs de couplage pour engager les différents rapports de la boîte. Selon une disposition connue dans de telles boîtes de vitesses, dans la publication FR 2 852 651 par exemple, chaque arbre secondaire présente un pignon de descente d'attaque de la même couronne de différentiel. Dans une telle boîte de vitesses, des pignons fixes portés par les arbres primaires engrènent avec des pignons fous qui sont portés par les arbres secondaires, et qui sont susceptibles d'être sélectivement liés en rotation aux arbres qui les portent par des moyens de synchronisation et de crabotage classiques, pour réaliser des engrenages indépendants correspondant à au moins deux rapports de marche avant et à un rapport de marche arrière. Ils permettent la transmission du couple du moteur aux roues du véhicule, les deux embrayages étant par ailleurs susceptibles d'être actionnés simultanément, en passant par un état où i l s transmettent tous les deux le couple par glissement de l'un d'eux pour permettre les changements de rapports sans discontinuité du couple transmis aux roues du véhicule. Pour cela, l'arbre primaire plein, associé à un premier embrayage, porte un pignon fixe du premier rapport de marche avant et l'arbre primaire creux, associé à un second embrayage, porte un pignon fixe du deuxième rapport de marche avant, de façon à réaliser un passage sous couple du premier rapport de marche avant au deuxième rapport de marche avant en actionnant simultanément les deux embrayages. D'une manière générale, les pignons fixes des rapports impairs sont portés par l'arbre primaire plein, et les pignons fixes des rapports pairs sont portés par l'arbre primaire creux, le rapport de marche arrière pouvant indifféremment être considéré à cet égard comme un rapport pair ou un rapport impair. L'inconvénient de ce type de boite est que, pour réaliser la bascule de couple sur les deux embrayages, il est nécessaire de présélectionner le rapport à engager, ce qui nécessite au moins deux actionneurs indépendants, un pour chaque embrayage, et généralement deux autres actionneurs indépendants, pour la sélection et pour l'engagement des rapports. Le double embrayage d'entrée, et surtout la multiplicité des actionneurs, pose un problème d'encombrement global de la transmission. Les actionneurs, s'il sont électromécaniques sont alors greffés autour de la boîte. Dans le cas d'un actionnement global, ou partiellement, hydraulique, le distributeur et la pompe posent un autre problème d'intégration, qui pénalise le rendement énergétique de la transmission. Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose que les changements de rapports sous couple, soient réalisés aux moyens de coupleurs coniques auto assistés. Plus précisément, elle prévoit que les dispositifs de couplage des pignons fous des rapports de rang supérieur à un, soient des coupleurs coniques auto assistés. De préférence, le pignon fou de première est monté sur une roue libre, et les pignons fous des rapports de rang supérieur de même parité, sont groupés par deux, à l'exception du pignon fou de deuxième, qui est isolé. Grâce à ces dispositions, les changements de rapports de cette boîte peuvent s'effectuer sous couple, bien qu'elle ne possède qu'un seul arbre d'entrée relié au moteur par un seul embrayage d'entrée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe à plans rabattus passant par les axes des arbres secondaire haut, primaire et secondaire bas, selon un premier mode de réalisation de la boîte proposée, où les ent r ax es primaire / secondaires sont différents, avec des pignons d'attaque de couronne de différentiel de même taille, et un groupe de première marche arrière sur l'arbre secondaire bas, - la figure 2 est une vue analogue d'un second mode de réalisation de l'invention, où les entraxes primaire / secondaires sont identiques, avec des pignons d'attaque de couronne de différentiel de taille différentes, et un groupe de première marche arrière sur l'arbre secondaire haut, et - les figures 3 et 4, indiquent les pignons utilisés sur chaque rapport respectivement sur les figures 1 et 2. La boîte de vitesses 10 illustrée par les figures 1 et 2 comporte un premier arbre primaire 20 monté à rotation dans un carter (non représenté), et entraîné par un moteur par l'intermédiaire d'un embrayage 40 de type classique simple, sec ou humide. La boîte de vitesses comporte aussi un premier arbre secondaire 50, dit bas, et un deuxième arbre secondaire 60, dit haut, également montés à rotation dans le carter. Des engrenages sont agencés entre l'arbre primaire 20 et les arbres secondaires 50 et 60, de manière à transmettre le couple du véhicule à une couronne (non représenté) d'un différentiel (non représenté) entraînant les roues d'un véhicule. A cet effet, chaque arbre secondaire comporte un pignon de descente 51 et 61, qui engrène avec la couronne du différentiel. Les engrenages sont constitués de dentures fixes 21, 22, 23, 24, et de la denture du pignon fou 25 portés par l'arbre primaire 20, qui engrènent avec des pignons f ous et un pignon fixe portés par les arbres secondaires 50 et 60. Conformément à l'invention, ces pignons f ous sont susceptibles d'être sélectivement liés en rotation aux arbres secondaires bas 50 et haut 60, et au primaire 20 pour la denture 25, par des moyens de couplage de type coupleur conique auto assisté indépendants, pour réaliser des engrenages indépendants correspondant sélectivement à au moins deux rapports de marche avant et un rapport de marche arrière. Conformément à l'invention, les dispositifs de couplage des pignons fous des rapports de rang supérieur à un, sont des coupleurs coniques auto assistés, tandis que le pignon fou de première peut disposer d'un coupleur à crabot de type conventionnel. Dans tous les cas, ce pignon fou de première doit cependant être monté sur une roue libre. De façon non limitative, les coupleurs coniques auto assistés peuvent être tels que décrits dans le brevet FR 2 821 652. I Is sont par exemple mis en service par les actionneurs électromécaniques, tels que décrits dans la publication FR 2 813 935, intégrant les moyens de contrôle de mouvement et d'efforts appliqués aux dispositifs de couplage. L'engagement des rapports est obtenu, si on le souhaite, à l'aide d'un dispositif d'ensemble de commande tel que décrit dans les publications FR 2 833 331 et FR 2 820 484 comportant un axe de passage actionné manuellement par le conducteur, et au moins un autre axe de passage déplacé en rotation par une unité motrice. Sur les figures 1 et 3, la seconde denture 21 de l'arbre 20 engrène avec un unique pignon fou 81 monté sur une roue libre 810, porté par l'arbre secondaire bas 50, pour constituer le rapport de première. La première denture 22 engrène avec un pignon fou, le pignon 91 intermédiaire de marche arrière porté par l'arbre secondaire haut 60, dont le pignon intermédiaire 90 lié au pignon 91 engrène avec le pignon 82 porté par l'arbre secondaire bas 50 pour constituer le rapport de marche arrière. La troisième denture fixe 23 engrène avec deux pignons fous 83 2895481 -6et 93, portés respectivement par l'arbre secondaire bas 50 et l'arbre secondaire haut 60, pour constituer respectivement les rapports de cinquième et de sixième. Le quatrième pignon fixe 24 engrène avec deux pignons fous 84 et 94 portés respectivement 5 par l'arbre secondaire bas 50 et l'arbre secondaire haut 60, pour constituer le rapport de troisième et de quatrième. Enfin, la cinquième denture montée en pignon fou 25 sur l'arbre primaire 20, engrène avec un pignon fixe 85, porté par l'arbre secondaire 50, pour constituer le rapport de deuxième. 10 Un premier dispositif de crabotage double 100 permet de lier sélectivement en rotation à l'arbre secondaire 50 le pignon fou 81, pour obtenir le rapport de première, ou le pignon fou 82, pour obtenir le rapport de marche arrière. Un premier dispositif de couplage double 101 (coupleur 15 conique auto assisté) permet de lier en rotation à l'arbre secondaire 50 le pignon fou 84 pour obtenir le rapport de troisième, ou le pignon fou 83 pour obtenir le rapport de cinquième. Un second dispositif de couplage double 102, identique au premier 101, permet de lier sélectivement en rotation à l'arbre 20 secondaire 60 le pignon fou 94 pour obtenir le rapport de quatrième, ou le pignon fou 93 pour obtenir le rapport de sixième. Enfin, un troisième dispositif de couplage simple 103 permet de lier sélectivement en rotation à l'arbre primaire 20, le pignon fou 25, pour obtenir le rapport de deuxième. 25 Ainsi, seul le coupleur conique du rapport de deuxième est porté par l'arbre primaire 20, tandis que les autres coupleurs coniques sont agencés sur les deux arbres secondaires 50, 60, et qu'un dispositif de synchronisation et de crabot age classique, est disposé entre les pignons fous de première et de marche arrière. Ces dispositifs de couplage permettent d'obtenir six rapports avant et un rapport de marche arrière. Le groupement des pignons de même parité, et le rapport de deuxième isolé, permettent de réaliser un passage sous couple entre les rapports qui se suivent, ou une rupture de couple pour les sauts de rapports, avec le fait que le rapport de première reste toujours enclenché grâce à la présence de la roue libre sur ce même rapport. Grâce à ces mesures, la boîte peut disposer de six rapports de marche avant avec des changements de rapport sous couple, tout en n'ayant qu'un seul arbre d'entrée 20, relié au moteur par un seul embrayage d'entrée 40. Conformément aux figures 1 et 2, les distances entre les axes de l'arbre primaire 20 et l'axe de chaque arbre secondaire 50, 60, peuvent être différentes. Dans cette configuration, les pignons de descente 51 et 61 engrenant avec la couronne de différentiel, sont de préférence de même taille, et les pignons fous 93 et 83 respectivement des rapports de sixième et de cinquième sont différents, ainsi que les pignons 84 et 94 pour respectivement les rapports de troisième et quatrième. Cette disposition est moins avantageuse car elle ne permet pas d'utiliser les mêmes pignons fous 83 et 93 pour la cinquième et la sixième pour la troisième et la quatrième 84 et 94, mais elle permet d'utiliser des mêmes pignons de descente 51 et 61. Sans sortir du cadre de l'invention, les entraxes précités peuvent aussi être identiques. Dans ce mode de réalisation préféré, on peut utiliser des dispositifs de couplage et des pignons fous identiques pour des rapports différents. Ainsi, les pignons 93 du rapport de sixième et 83 du rapport de cinquième peuvent être identiques ainsi que les pignons 84 et 94 pour respectivement les rapports de troisième et quatrième. En revanche, les pignons de descente 51 et 61 engrenant avec la couronne de différentiel ont alors un nombre de dents différent, le rapport du nombre de dents de deux pignons 51 et 61 correspondant dans ce cas, au saut des rapports quatrième sur troisième et sixième sur cinquième. En se référant aux figures 1 et 3, le cheminement du couple du moteur à la couronne de différentiel sur le rapport de marche arrière est le suivant. Le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 20 par l'embrayage 40 fermé. Puis, de la denture fixe 22 au premier pignon intermédiaire de marche arrière 91 lié au second pignon intermédiaire 90, puis du second pignon intermédiaire de marche arrière 91 au pignon fou 82 de marche arrière qui le transmet à l'arbre secondaire 50 par l'intermédiaire du crabot double 100 en position crabotée sur le pignon 82 de l'arbre secondaire bas 50 qui le transmet, par l'intermédiaire du pignon de descente 51, à la couronne 70. Le cheminement du couple du moteur à la couronne de différentiel sur le rapport de première est le suivant. Le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 20 par l'embrayage 40 fermé, puis de la denture fixe 21 au pignon fou 81, puis du pignon fou 81 à l'arbre secondaire 50 par le crabot double 100 en position craboté sur le pignon 81, et enfin, de l'arbre secondaire 50 au pignon fixe 51, qui le transmet à la couronne 70. Le cheminement du couple du moteur à la couronne de différentiel sur le rapport de deuxième est le suivant. Le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 20 par l'embrayage 40 fermé, puis du pignon fou 25 couplé à l'arbre primaire via le dispositif de couplage 103 (coupleur conique auto assisté) couplé au pignon fixe 85, puis du pignon fixe 85 à l'arbre secondaire 50, et enfin, de l'arbre secondaire 50 au pignon fixe 51, qui le transmet à la couronne 70. Le cheminement de couple sur le rapport de troisième est le suivant. Le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 20 par l'embrayage 40 fermé. Puis de la denture fixe 24 au pignon fou 84, qui transmet le couple à l'arbre secondaire bas 50 par l'intermédiaire du dispositif de couplage double 101, qui transmet le couple par l'intermédiaire du pignon de descente 51 à la couronne 70. Le cheminement de couple sur le rapport de quatrième est le suivant. Le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 20 par l'embrayage 40 fermé. Puis de la denture fixe 24 au pignon fou 94, qui transmet le couple à l'arbre secondaire haut 60 par l'intermédiaire du dispositif de couplage double 102, qui transmet le couple, par l'intermédiaire du pignon de descente 61, à la couronne 70. Le cheminement de couple sur le rapport de cinquième est le suivant. Le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 20 par l'embrayage 40 fermé. Puis de la denture fixe 23 au pignon fou 83, qui transmet le couple à l'arbre secondaire bas 50 par l'intermédiaire du dispositif de couplage double 101, qui transmet 2895481 - 10 - le couple par l'intermédiaire du pignon de descente 51 à la couronne 70. Le cheminement de couple sur le rapport de sixième est le suivant. Le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 20 5 par l'embrayage 40 fermé. Puis de la denture fixe 24 au pignon fou 94, qui transmet le couple à l'arbre secondaire haut 60 par l'intermédiaire du dispositif de couplage double 102, qui transmet le couple par l'intermédiaire du pignon de descente 61 à la couronne 70. 10 Dans le mode de réalisation des figures 2 et 4, les rapports de première et de marche arrière sont agencés sur l'arbre secondaire haut 60. Il en est de même des rapports impairs. Les distances entre les axes de l'arbre primaire 20 et des arbres secondaires 50 et 60 sont égales. Le pignon d'attaque 15 61 possède alors moins de dents que le pignon 51. Le pignon fixe 85 du rapport de deuxième reste sur l'arbre secondaire bas 51. L'avantage de cette disposition des pignons, est une facilité de réalisation de la commande d'engagement des rapports, notamment la commande du groupe de synchronisation et de 20 crabotage 106 des rapports de première et de marche arrière dont l'axe de passage manuel est en partie supérieure de la boîte, alors que selon l'architecture des figures 1 et 3, la commande doit contourner l'ensemble des pignons. Cette disposition facilite la réalisation de la commande interne, car elle se situe en position 25 haute de la boîte. Pour le reste, l'architecture et le fonctionnement de la boîte des figures 2 et 4, est similaire à celui des figures 1 et 3. REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesses à arbres parallèles et à engrenages à passages sous couple comprenant au moins un arbre primaire (20) portant un ensemble de dentures fixes (21, 22, 23, 24), et deux arbres secondaires non concentriques (50, 60) qui portent des pignons fous engrenant avec lesdites dentures fixes et susceptibles d'être couplés sélectivement avec l'arbre qui les porte par des dispositifs de couplage pour engager les différents rapports de la boîte, les deux arbres secondaires entraînant une même couronne de différentiel (70), par deux pignons respectifs (51, 61) de descente sur celle-ci, caractérisée en ce que les dispositifs de couplage (101, 102, 103) des pignons fous des rapports de rang supérieur à un, sont des coupleurs coniques auto assistés. 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que le pignon fou de première (81) est monté sur une roue libre (810). 3. Boîte de vitesses selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les pignons fous des rapports de rang supérieur de même parité (83, 84 ; 93, 94) sont groupés par deux à l'exception du pignon f ou de deuxième (25) qui est isolé. 4. Boîte de vitesses selon la revendication 1, 2, ou 3, caractérisée en ce qu'elle ne comporte qu'un seul arbre d'entrée (20) relié au moteur par un seul embrayage d'entrée (40). 5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le coupleur conique du rapport de deuxième (103) est porté par l'arbre primaire (20), 2895481 - 12 - tandis que les autres coupleurs coniques (101, 102) sont agencés sur les deux arbres secondaires (50, 60). 6. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un dispositif de synchronisation 5 et de crabotage (100) est disposé entre les pignons fous de première (81) et de marche arrière (82). 7. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les entraxes de chaque arbre secondaire (50, 60) avec les arbres primaires (20) sont différents, 10 et en ce que les deux pignons d'attaque (51, 61) de la couronne de différentiel sont identiques. 8. Boîte de vitesses selon la revendication 7, caractérisée en ce que tous les pignons fous des rapports impairs (83, 84) ainsi que le pignon fixe de deuxième (85) sont sur l'arbre secondaire 15 (50) présentant le pignon de descente (51) le plus court, tandis que les pignons (93, 94) des autres rapports pairs sont sur l'autre arbre secondaire (60). 9. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les entraxes de chaque arbre secondaire 20 (50, 60) avec l'arbre primaire (20) sont égaux, et en ce que les deux pignons d'attaque (51, 61) de la couronne de différentiel sont de taille différente. 10. Boîte de vitesses selon la revendication 9, caractérisée en ce que le groupe de première et de marche arrière est sur 25 l'arbre secondaire haut.