Brevet FR2893689A1 — publié le 20070525

Boîte de vitesses à transition rapide. L'invention concerne le domaine des boîtes de vitesses utilisées en particulier dans les véhicules automobiles. De telles boîtes comprennent plusieurs arbres parallèles munis d'une pluralité de pignons et notamment deux arbres primaires reliés alternativement au moteur par deux embrayages. Dans ce domaine, la demande de brevet DE 198 21 164 (Volkswagen) a décrit une boîte de vitesses à arbres parallèles, comprenant deux arbres primaires coaxiaux entraînés chacun par un embrayage. Chacun des rapports de la boîte de vitesses nécessite l'enclenchement d'un système de synchronisation spécifique ne correspondant qu'à un seul rapport de vitesse. Dans une telle boîte, l'abandon d'un rapport au profit d'un rapport adjacent suppose trois étapes. Il faut enclencher le système de synchronisation du rapport adjacent puis faire basculer le couple moteur d'un embrayage à l'autre et enfin, déclencher le système de synchronisation du rapport abandonné. Le fait de devoir enclencher un système de synchronisation jusqu'alors inactif est une opération particulièrement longue. Le système de synchronisation patine jusqu'à ce qu'une série d'organes jusqu'alors en repos se mette en rotation. Ce patinage doit vaincre l'inertie desdits organes et notamment l'embrayage resté libre. Un système de synchronisation n'est pas prévu pour patiner sous un couple important, or l'embrayage présente une inertie élevée de sorte que l'enclenchement d'un système de synchronisation nécessite un temps incompressible. Une temporisation est nécessaire entre l'ordre de changer un rapport et sa réalisation effective afin de réaliser successivement les trois étapes nécessaires De plus, dans la boîte de vitesses décrite, la transition de première à marche arrière est particulièrement longue et nécessite quatre étapes. Il faut faire passer l'embrayage de première au point mort, puis déclencher le système de synchronisation de première, enclencher le système de synchronisation de marche arrière avec le temps incompressible déjà noté, et enfin remettre en prise 'l'embrayage commun à la première et à la marche arrière. Une telle boîte de vitesses présente l'inconvénient d'introduire une discontinuité de couple importante entre le rapport de première et le rapport de marche arrière, ceci est particulièrement pénalisant pour les manoeuvres en parking où le conducteur du véhicule doit freiner le véhicule en même temps qu'il passe de la première à la marche arrière ou réciproquement. L'invention propose une boîte de vitesses qui résout ces inconvénients, qui permet une transition rapide d'un rapport à un autre rapport et notamment entre le rapport de première et de marche arrière. Selon un mode de réalisation, la boîte de vitesse de véhicule automobile, à arbres parallèles, munis d'une pluralité de pignons et comprend un arbre primaire plein, et un arbre primaire creux, coaxiaux et reliés alternativement au moteur du véhicule par deux embrayages. La boîte de vitesses comprend également un arbre secondaire muni d'un pignon d'attaque engrenant avec une couronne de différentiel du véhicule, d'un pignon principal engrenant avec une denture d'un des arbres primaires, et d'un système de synchronisation principal apte à solidariser de manière sélective la rotation du pignon principal et du pignon d'attaque. La boîte de vitesses comprend aussi un arbre intermédiaire muni d'un premier pignon intermédiaire lié en rotation avec l'arbre primaire plein, d'un deuxième pignon intermédiaire lié en rotation avec l'arbre primaire creux, au moins l'un des deux pignons 3 intermédiaires étant libre en rotation par rapport à l'arbre intermédiaire, et d'un système de synchronisation intermédiaire apte à solidariser de manière sélective la rotation des deux pignons intermédiaires. Dans une telle boîte de vitesses, on peut actionner simultanément les systèmes de synchronisation principal et intermédiaire. Lorsqu'on entraîne l'arbre primaire équipé de la denture engrenant avec le pignon principal, la boîte de vitesses présente un certain rapport de transmission, Lorsqu'on entraîne l'autre arbre intermédiaire, la boîte de vitesses présente un autre rapport de transmission. La transition entre les deux rapports ne nécessite pas d'enclencher de système de synchronisation et peut être très rapide. Il suffit de basculer, l'adhérence d'un des deux embrayages sur l'autre, ceux-ci étant dimensionnés pour supporter le patinage nécessaire à une transition rapide. Avantageusement, un des pignons intermédiaires est monté fixe sur l'arbre intermédiaire. La boîte de vitesses peut aussi comprendre un autre arbre secondaire, non coaxial avec l'arbre intermédiaire, et muni d'un autre pignon d'attaque engrenant avec la couronne de différentiel précitée. Avantageusement, la boîte de vitesses présente, lorsque les systèmes de synchronisation principal et intermédiaire sont actionnés simultanément, deux rapport de transmission joints, l'un entre l'arbre primaire plein et le différentiel, l'autre entre l'arbre primaire creux et le différentiel. Selon un mode particulier de réalisation de la boîte de vitesses, les deux liens de rotation entre chacun des deux pignons intermédiaires et l'arbre primaire correspondant, sont tous les deux directs ou mettent chacun en jeu un nombre impair d'engrènements, les deux rapport joints étant des rapports de marche avant. Avantageusement, le différentiel étant situé dans une zone avant de la boîte de vitesses, le ou les pignons d'attaque sont situés à l'extrémité avant de l'arbre secondaire correspondant, et le pignon principal précité est situé immédiatement à côté du pignon d'attaque correspondant. Avantageusement l'arbre intermédiaire est équipé d'un pignon de renvoi engrenant avec un pignon de marche arrière monté sur un arbre secondaire de manière à établir un rapport de marche arrière. Selon un autre mode particulier de réalisation de la boîte de vitesses, le lien de rotation entre l'un des deux pignons intermédiaires et l'arbre primaire correspondant est direct ou met en jeu un nombre impair d'engrènements, le lien de rotation de l'autre pignon intermédiaire avec l'arbre primaire correspondant étant indirect, mettant en jeu un nombre pair d'engrènements, de sorte que les deux rapports joints sont un rapport de marche avant et un rapport de marche arrière. Avantageusement le pignon principal engrène avec l'un des pignons intermédiaires précités. Un autre aspect de l'invention consiste en un procédé de transmission de couple moteur pour véhicule automobile, utilisant une boîte de vitesses équipée de deux arbres primaires alternativement reliés au moteur par deux embrayages, d'un système de synchronisation principal apte à solidariser de manière sélective la rotation d'un des arbres primaires avec un différentiel du véhicule, d'un système de synchronisation intermédiaire apte à solidariser de manière sélective la rotation des deux arbres primaires. Un tel procédé comprend successivement les étapes suivantes : -Actionner les systèmes de synchronisation principal et intermédiaire, -Faire adhérer l'un des embrayages pour établir l'un des rapports de transmission, 5 - Basculer l'adhérence d'un embrayage sur l'autre pour changer de rapport de transmission. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de deux modes de réalisation du moteur pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation d'une boîte de vitesses à transition rapide de première à marche arrière ; et - la figure 2 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation d'une boîte de vitesses à transition rapide de première à seconde. Comme illustré sur la figure 1, un premier mode de réalisation de boîte de vitesses comprend un carter, un différentiel 2 relié aux roues du véhicule, un dispositif d'embrayage 3 relié à un arbre moteur 4, une ligne primaire 5, un premier arbre secondaire 6, un deuxième arbre secondaire 7 et un arbre intermédiaire 8. Conventionnellement, dans la présente description, on appellera avant , le côté droit de la figure correspondant au côté de la boîte de vitesses où est implanté le différentiel 2, et arrière le côté opposé. La ligne primaire 5 comprend un arbre primaire plein 9 entraîné en rotation par un embrayage hydraulique 10, et un arbre primaire creux 11 entraîné en rotation par un embrayage hydraulique 12. Les deux embrayages hydrauliques 10 et 12 et les deux arbres 6 primaires 9 et 11 sont coaxiaux. Les deux arbres secondaires 6 et 7 et l'arbre intermédiaire 8 sont parallèles à la ligne primaire 5. Un premier pignon d'attaque 13 est monté fixe sur le premier arbre secondaire 6. Un deuxième pignon d'attaque 14 est monté fixe sur le deuxième arbre secondaire 7. Les deux pignons d'attaque engrènent une même couronne de différentiel 15. La ligne primaire 5 comprend, de gauche à droite sur la figure 1, successivement trois dentures 18, 19 et 20 montées fixes sur l'arbre primaire plein 9, puis trois dentures 21, 22 et 23 montées fixes sur l'arbre primaire creux 11. Le premier arbre secondaire 6 est équipé successivement, de gauche à droite sur la figure 1, d'un pignon de troisième 24, d'un système de synchronisation double 25, d'un pignon de cinquième 26 et d'un pignon de marche arrière 27. Le pignon de troisième 24 et le pignon de cinquième 26 sont montés libres en rotation sur le premier arbre secondaire 6 et coopèrent avec le système de synchronisation double 25. Le pignon de marche arrière 27 est monté fixe sur le premier arbre secondaire 6. Le deuxième arbre secondaire 7 comporte successivement, de gauche à droite sur la figure 1, un système de synchronisation simple 28, un pignon de sixième 29, un pignon de quatrième 30, un système de synchronisation principal 31, et un pignon principal 32. Les pignons de sixième 29, de quatrième 30 et le pignon principal 32, sont montés libres en rotation sur le deuxième arbre secondaire 7. Le pignon principal 32 et le pignon de quatrième 30 coopèrent avec le système de synchronisation principal 31. Le pignon de sixième 29 coopère avec le synchroniseur simple 28. L'arbre intermédiaire 8 est équipé successivement, de gauche à droite sur la figure 1, d'un premier pignon intermédiaire 33, d'un deuxième pignon intermédiaire 34, d'un système de synchronisation intermédiaire 35, d'un pignon de renvoi 36. Le premier pignon intermédiaire 33 est monté fixe sur l'arbre intermédiaire 8, le deuxième pignon intermédiaire 34 et le pignon de renvoi 36 sont montés libres en rotation sur l'arbre intermédiaire 8 et coopèrent avec le système de synchronisation intermédiaire 35. Les systèmes de synchronisation 25, 31 et 35 peuvent prendre alternativement trois positions, à savoir une position neutre, une position actionnée d'un côté, et une position actionnée de l'autre. Dans la position neutre, les deux pignons avec lesquels le système de synchronisation coopère, restent libres en rotation. Dans une position actionnée, l'un des pignons est solidarisé en rotation avec l'arbre sur lequel le système de synchronisation est monté et l'autre pignon reste libre en rotation. Le système de synchronisation simple 28 comprend deux positions, une position neutre et une position actionnée avec le pignon de sixième 29. La denture 18 engrène avec le pignon de troisième 24. La denture 19 engrène avec le premier pignon intermédiaire 33. La denture 20 engrène avec le pignon de cinquième 26. La denture 21 engrène avec le deuxième pignon intermédiaire 34 ainsi qu'avec le pignon de sixième 29. La denture 22 engrène avec le pignon de quatrième 30. La denture 23 engrène avec le pignon principal 32. Le pignon de marche arrière 27 engrène avec le pignon de renvoi 36. Les rapports de transmission de seconde et de quatrième sont établis lorsque l'embrayage hydraulique 12 est en prise et que le système de synchronisation principal 31 solidarise la rotation du pignon principal 32 ou du pignon de quatrième 30. De même, les rapports de troisième et de cinquième sont établis lorsque l'embrayage hydraulique 10 est en prise et que le système de synchronisation 8 double 25 solidarise la rotation du pignon de troisième 24 ou du pignon de cinquième 26. Le rapport de sixième est établi lorsque l'embrayage hydraulique 12 est en prise et que le système de synchronisation simple 28 solidarise la rotation du pignon de sixième 29. Tous les rapports de seconde, de troisième, de quatrième, de cinquième et de sixième sont des rapports directs, pour lesquels le couple moteur transite par un seul engrènement entre une denture d'un des arbres primaires et un pignon d'un des arbres secondaires. Les rapports de première et de seconde sont joints, en ce sens que la chaîne cinématique, qui permet l'établissement de chacun de ces rapports, possède une partie commune, à savoir l'arbre primaire 11, la denture 23, le pignon principal 32, le système de synchronisation principal 31, le deuxième arbre secondaire 7, le pignon d'attaque 14, et la couronne 15 de différentiel 2. Le rapport de première est un rapport indirect, dont la chaîne cinématique nécessite en plus de la précédente partie commune une succession d'engrènements passant par l'arbre primaire plein 9, la denture 19, le premier pignon intermédiaire 33, le système de synchronisation intermédiaire 35, l'arbre intermédiaire 8, le deuxième pignon intermédiaire 34, et la denture 21 de l'arbre primaire creux 11. La transition entre les rapports de première et de seconde est très rapide. Lorsque le système de synchronisation principal 31 solidarise le pignon principal avant 32 et que le système de synchronisation intermédiaire 35 solidarise les deux pignons intermédiaires 33 et 34, il suffit de basculer le couple moteur depuis l'embrayage hydraulique 10 vers l'embrayage hydraulique 12 ou inversement, pour changer de rapport. Le palier à rouleaux 16 pourrait également être situé entre le pignon principal 32 et le pignon d'attaque 14, de même qu'entre le pignon de marche arrière 27 et le pignon d'attaque 13. Tous les pignons du deuxième arbre secondaire 7 engrènent avec des dentures de l'arbre primaire creux 11. L'encombrement axial de l'arbre primaire plein 9, situé en arrière du pignon 29 du deuxième arbre secondaire 7, comprend l'encombrement des dentures 18, 19 et 20 et du système de synchronisation double 25. L'encombrement du deuxième arbre secondaire 7 en arrière du pignon 29 est limité au système de synchronisation simple 28 et est donc beaucoup plus court que la ligne primaire 5. On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 2 sur laquelle les éléments similaires portent sur les mêmes références. Les arbres primaires 9, 11, les embrayages 10, 12, l'arbre intermédiaire 8, et la couronne 15 de différentiel 2 qui portent les mêmes références ont les mêmes fonctions que dans le mode de réalisation précédent. La boîte de vitesses comprend un premier arbre secondaire 47, muni à son extrémité avant d'un premier pignon d'attaque 48, et un deuxième arbre secondaire 49, muni à son extrémité avant d'un deuxième pignon d'attaque 50. Les deux pignons d'attaque 48, 50 engrènent avec la couronne 15 de différentiel 2. De gauche à droite sur la figure 2, l'arbre primaire plein 9 comprend successivement les dentures 51, 52, puis 53. L'arbre primaire creux 11 comprend les dentures 54, puis 55. Le premier arbre secondaire 47 comprend successivement, de gauche à droite, un pignon principal 56, un système de synchronisation principal 57, un pignon de sixième 58. Le deuxième arbre secondaire 49 comprend, de gauche à 10 droite, un pignon de troisième 59, un système de synchronisation double 60, un pignon de cinquième 61, un pignon de quatrième 62, un système de synchronisation double 63 et un pignon de seconde 64. L'arbre intermédiaire 8 comprend, de gauche à droite, un premier pignon intermédiaire 65, un système de synchronisation intermédiaire 66 et un deuxième pignon intermédiaire 67. Le premier pignon intermédiaire 65 est monté fixe sur l'arbre intermédiaire 8, et le deuxième pignon intermédiaire 67 est monté libre en rotation, apte à être solidarisé avec le premier pignon intermédiaire grâce à l'actionnement du système de synchronisation intermédiaire 66. Le pignon principal 56 engrène avec la denture 51 et avec le premier pignon intermédiaire 65. La denture 52 engrène avec le pignon de troisième 59. La denture 53 engrène avec le pignon de cinquième 61. La denture 54 engrène avec le pignon de quatrième 62. La denture 55 engrène avec le pignon de seconde 64 et avec le deuxième pignon intermédiaire 67. Les rapports de troisième et de cinquième sont établis lorsque l'embrayage hydraulique 10 est en prise et que le système de synchronisation double 60 solidarise le pignon de troisième 59 ou le pignon de cinquième 61 avec le deuxième arbre secondaire 49. Les rapports de quatrième et de seconde sont établis lorsque l'embrayage hydraulique 12 est en prise et que le système de synchronisation double 63 solidarise le pignon de quatrième 62 ou bien le pignon de seconde 64 avec le deuxième arbre secondaire 49. Le rapport de sixième est établi lorsque l'embrayage hydraulique 12 est en prise et que le système de synchronisation principal 57 solidarise le pignon de sixième avec le premier arbre secondaire 47. Le rapport de première est un rapport direct, établi dès que le système de synchronisation principal 57 solidarise le pignon principal 11 56 avec le premier arbre secondaire 47 et que l'embrayage hydraulique 10 est en prise, et ceci quelle que soit la position du système de synchronisation intermédiaire 66. Le rapport de marche arrière est un rapport indirect pour lequel le couple moteur transite depuis l'embrayage hydraulique 10 vers le différentiel 2 en passant par la denture 55, le deuxième pignon intermédiaire 67, le système de synchronisation intermédiaire 66, le premier pignon intermédiaire 65, le pignon principal 56, le système de synchronisation principal 57, le pignon d'attaque 48 et la couronne de différentiel 15. Lorsque le système de synchronisation principal 57 et le système de synchronisation intermédiaire 66 sont actionnés, il est possible de passer du rapport de première au rapport de marche arrière en basculant l'adhérence depuis l'embrayage hydraulique 10 vers l'embrayage hydraulique 12 ou inversement. Cette transition entre les deux rapports se fait sans interruption du couple et sans temporisation, car aucun mécanisme interne à la boîte de vitesses ne nécessite d'être enclenché durant la phase de changement de rapport. Il serait possible d'implanter le système de synchronisation intermédiaire 66 sur l'un des arbres secondaires, dès lors que la synchronisation des deux pignons intermédiaires 65 et 67 reste indépendante de la rotation dudit arbre secondaire. REVENDICATIONS 1-Boîte de vitesses de véhicule automobile, à arbres parallèles munis d'une pluralité de pignons et comprenant un arbre primaire plein (9), et un arbre primaire creux (11), coaxiaux et reliés alternativement au moteur du véhicule par deux embrayages (10, 12), un arbre secondaire (7, 47) muni d'un pignon d'attaque (14, 48) engrenant avec une couronne (15) de différentiel (2) du véhicule, d'un pignon principal (32, 56) engrenant avec une denture (23, 51) d'un des arbres primaires (11, 9), et d'un système de synchronisation principal (31, 57) apte à solidariser de manière sélective la rotation du pignon principal (32, 56) et du pignon d'attaque (14, 48), caractérisée par le fait qu'elle comprend un arbre intermédiaire (8) muni d'un premier pignon intermédiaire (33, 65) lié en rotation avec l'arbre primaire plein (9), d'un deuxième pignon intermédiaire (34, 67) lié en rotation avec l'arbre primaire creux (11), au moins l'un (34, 67) des deux pignons intermédiaires étant libre en rotation par rapport à l'arbre intermédiaire (8), et d'un système de synchronisation intermédiaire (35, 66) apte à solidariser de manière sélective la rotation des deux pignons intermédiaires (33-34, 65-67). 2-Boîte de vitesses selon la revendication 1, dans laquelle un des pignons intermédiaires (33, 65) est monté fixe sur l'arbre intermédiaire (8). 3-Boîte de vitesses selon la revendication 1 ou 2, comprenant un autre arbre secondaire (6, 49), non coaxial avec l'arbre intermédiaire (8), et muni d'un autre pignon d'attaque (13, 50) engrenant avec la couronne de différentiel (15) précitée. 4-Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, présentant, lorsque les systèmes de synchronisation principal (31, 57) et intermédiaire (35, 66) sont actionnés simultanément, deux rapport de transmission joints, l'un entre l'arbre primaire plein (9) et le différentiel (2), l'autre entre l'arbre primaire creux (11) et le différentiel (2). 5-Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les deux liens de rotation entre chacun des deux pignons intermédiaires (33, 34) et l'arbre primaire correspondant (9, 11), sont tous les deux directs ou mettent chacun en jeu un nombre impair d'engrènements, les deux rapports joints étant des rapports de marche avant. 6-Boîte de vitesses selon la revendication 5, dans laquelle, le différentiel (2) étant situé dans une zone avant de la boîte de vitesses, le ou les (13, 14) pignons d'attaque sont situés à l'extrémité avant de l'arbre secondaire correspondant (6, 7), et le pignon principal (32) précité est situé immédiatement à côté du pignon d'attaque (14) correspondant. 7-Boîte de vitesses selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle l'arbre intermédiaire est équipé d'un pignon de renvoi (36) engrenant avec un pignon de marche arrière (27) monté sur un arbre secondaire (6) de manière à établir un rapport de marche arrière. 8-Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le lien de rotation entre l'un (67) des deux pignons intermédiaires (65, 67) et l'arbre primaire correspondant (11), est direct ou met en jeu un nombre impair d'engrènements, le lien de rotation de l'autre (65) pignon intermédiaire avec l'arbre primaire correspondant (9) étant indirect, mettant en jeu un nombre pair d'engrènements, de sorte que les deux rapports joints sont un rapport de marche avant et un rapport de marche arrière. 9-Boîte de vitesses selon la revendication 8, dans laquelle le pignon principal (56) engrène avec l'un (65) des pignons intermédiaires précités (65, 67). 10-Procédé de transmission de couple moteur pour véhicule automobile, utilisant une boîte de vitesses équipée de deux arbres primaires (9, 11) alternativement reliés au moteur par deux embrayages (10, 12), d'un système de synchronisation principal (31, 57) apte à solidariser de manière sélective la rotation d'un des arbres primaires (Il, 9) avec un différentiel (2) du véhicule, d'un système de synchronisation intermédiaire (35, 66) apte à solidariser de manière sélective la rotation des deux arbres primaires (9, 11), comprenant successivement les étapes suivantes : - Actionner les systèmes de synchronisation principal (31, 57), et intermédiaire (35, 66), - Faire adhérer l'un des embrayages (10, 12) pour établir l'un des rapports de transmission, - Basculer l'adhérence d'un embrayage sur l'autre pour changer de rapport de transmission.