Brevet FR2908173A1 — publié le 20080509

Dispositif actionnable de blocage en rotation d'un arbre par rapport à un corps, notamment pour transmission de véhicule automobile. L'invention concerne le domaine des dispositifs de blocage d'arbre par rapport à un corps, notamment pour transmission de véhicule automobile. Des transmissions de véhicule, utilisant des trains d'engrenage épicycloïdaux, peuvent être équipés d'un frein sur l'une des entrées du train épicycloïdal pour modifier le rapport de transmission. Le freinage nécessaire va jusqu'à l'immobilisation relative d'un arbre par rapport à un corps. Le blocage nécessaire doit pouvoir supporter des couples importants, pouvant être supérieur au couple du moteur entraînant le véhicule. On connaît, dans des boîtes à changement de vitesse, des dispositifs à crabots. Ce type de dispositifs nécessite des synchroniseurs pour réduire la vitesse relative entre l'arbre et le corps avant de pouvoir enclencher les crabots. Il est souhaitable d'avoir un dispositif capable d'être enclenché, même lorsque l'arbre à bloquer présente une vitesse de rotation importante par rapport au corps. On connaît également des dispositifs de frein à disque où un arbre, muni d'un disque, est freiné en rotation par rapport à un étrier fixé sur le véhicule. Des plaquettes sont pressées par un piston hydraulique contre le disque. L'inconvénient de ce dispositif est que, pour résister à un couple élevé, l'effort à fournir sur les plaquettes est très important. Cela suppose un système de mise en pression d'un circuit d'huile. De plus, les freins à disque nécessitent d'être refroidis généralement par de l'air. Dans certaines transmissions, telles que des transmissions à dérivation de puissance, il n'y a pas de synchroniseur, ni d'actionneur de fourchette. La variation du rapport de transmission est continue. Ce type de transmission utilise des machines électriques. Pour utiliser un dispositif actionnable de blocage en rotation d'un arbre dans ce type 2908173 2 de transmission, il est souhaitable que l'actionnement du dispositif n'utilise pas de vérin nécessitant un circuit d'huile sous pression. I1 serait avantageux d'utiliser l'énergie électrique disponible. I1 existe également des ralentisseurs électromagnétiques 5 installés, par exemple, sur des camions. Ce type de dispositif nécessite également d'être refroidi par de l'air extérieur et ne parvient pas à immobiliser totalement l'arbre. De plus, un dispositif de blocage d'arbre nécessitant un refroidissement par de l'air est complexe à intégrer dans une transmission et peut poser des problèmes 10 d'étanchéité supplémentaires. L'invention propose un dispositif actionnable de blocage d'arbre par rapport à un corps qui remédie aux inconvénients précédents et notamment qui permette un couple de blocage élevé, tout en réduisant l'effort nécessaire pour actionner le dispositif. 15 Selon un mode de réalisation, le dispositif actionnable de blocage en rotation d'un arbre par rapport à un corps, notamment pour transmission de véhicule automobile, comprend au moins au moins un disque de frottement lié en rotation à l'arbre, au moins une surface de frottement liée en rotation au corps, et un piston, lié en rotation au 20 corps et mobile axialement pour pousser le disque et la surface de frottement l'un contre l'autre. Le dispositif comprend au moins une bille et une plaque d'appui, fixe en translation par rapport au corps et entraînée en rotation par un moyen d'actionnement. La plaque ou le piston, est muni d'une rampe, inclinée par rapport à l'arbre, sur 25 laquelle la bille est destinée à rouler en appui sur le piston et sur la plaque d'appui. Dans un tel dispositif, la rampe inclinée permet de transformer un mouvement de rotation en mouvement axial. Ce type de transformation permet de démultiplier l'effort axial. Le roulement de 30 la bille permet que cette démultiplication se fasse sans frottement. Ainsi, l'effort axial exercé entre le disque et la surface du corps peut-être très élevé avec un couple réduit pour l'entraînement en rotation de la plaque d'appui. 2908173 3 Selon un autre mode de réalisation, la plaque d'appui est apte à tourner autour de l'arbre et présente une position angulaire de repos où le disque est libre en rotation et une position angulaire d'actionnement où le disque est pressé contre la surface de frottement, la bille roulant 5 sur la rampe inclinée sur une partie au moins de la course de rotation entre les deux positions angulaires. Selon une variante, le dispositif comprend un ressort de rappel angulaire apte à ramener la plaque d'appui dans la position angulaire de repos. Dès que le moyen d'actionnement n'est plus actif, le ressort 10 de rappel angulaire peut entraîner ledit moyen d'actionnement en sens inverse du sens d'actionnement du dispositif. C'est le cas notamment lorsque le moyen d'actionnement est un moteur électrique. En cas de coupure du courant ou de dysfonctionnement électrique, le ressort de rappel entraîne en sens inverse le moteur électrique et permet au 15 dispositif de débloquer l'arbre. Dans le cas où le dispositif est utilisé pour bloquer un arbre de sortie du moteur thermique du véhicule, cet avantage améliore la sécurité en permettant le redémarrage du véhicule. Avantageusement, le moyen d'actionnement comprend un moteur 20 électrique. Ce mode de réalisation permet d'utiliser l'énergie électrique disponible, par exemple dans les transmissions à dérivation de puissance. Avantageusement, la plaque d'appui comprend un secteur angulaire muni de dentures, le moyen d'actionnement comprenant au 25 moins une roue d'engrenage engrenant avec les dentures du secteur angulaire Selon une autre variante, le dispositif comprend un moyen de rappel axial du piston apte à maintenir la bille en appui entre le piston et la plaque d'appui. Cela permet de supprimer des jeux mécaniques et 30 améliore la libération du disque de frottement. Selon encore une variante, le dispositif comprend une pluralité de billes réparties angulairement autour de l'arbre, la plaque d'appui comprenant une pluralité de rampes inclinées correspondant aux billes. Les rampes présentent un même angle d'inclinaison par rapport à 2908173 4 l'axe. Cela permet d'exercer un effort de pression axiale plus homogène sur le disque de frottement et d'éviter des points d'usure prématurés. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend un 5 système multidisques à huile dont une pluralité de disques est liée en rotation au corps et une autre pluralité de disques est liée en rotation à l'arbre. Cela permet d'intégrer l'ensemble du dispositif à l'intérieur de la transmission. L'huile assure le refroidissement des disques. Avec un tel système multidiques à huile, le dispositif peut résister, en position 10 de blocage, à un couple très élevé. Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci porte sur une transmission pour véhicule automobile, comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le corps est fixe par rapport à un carter et l'arbre est un arbre d'entrée 15 relié à un moteur thermique du véhicule. Avantageusement, la transmission est du type à dérivation de puissance et destinée à être reliée à deux machines électriques. Avec une telle transmission, le démarrage du véhicule peut utiliser les puissances des deux machines électriques qui prennent appui sur le 20 dispositif de blocage pour entraîner le véhicule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, selon lequel : 25 - la figure 1 est une coupe du dispositif de blocage selon le plan I-I de la figure 3 et illustrant un moyen d'actionnement du dispositif ; - la figure 2 est une vue de la plaque d'appui vue selon la direction II indiquée en figure 1 ; 30 - la figure 3 est une vue du piston vu selon la direction III indiquée en figure 1 ; - la figure 4 est une coupe de détail de la rampe inclinée selon le plan IV-IV de la figure 2 ; et 2908173 5 - la figure 5 illustre une transmission équipée d'un dispositif de blocage. Comme illustré sur la figure 1, un arbre d'entrée 1 d'une transmission, non représentée, traverse un carter 2 de la transmission. 5 Un moteur électrique 3 entraîne un arbre d'entraînement 4 par un système de réduction 5. De gauche à droite sur la figure 1, l'arbre d'entrée 1 est équipé d'un moyeu 6, d'un corps d'entraînement 7, d'un palier à roulement 8 et d'un joint à lèvre 9. Un système multidiques à huile 10, 10 concentrique à l'arbre 1 comprend une première pluralité de disques 11 coulissant dans des rainures axiales 12 du carter 2. Le système multidisques 10 comprend également une deuxième pluralité de disques 13 coulissant dans des rainures axiales 14 d'un flasque 15 monté sur le corps d'entraînement 7 et solidaire en rotation de l'arbre 15 1 grâce à des cannelures 16. La cloison 17 est montée fixe par rapport au carter 2 et présente une partie tubulaire 17a perpendiculaire à la cloison 17 et un épaulement 17c s'étendant radialement. La partie tubulaire 17a dans laquelle tourne le moyeu 6 comprend un diamètre de centrage extérieur 20 17b apte à recevoir de gauche à droite sur la figure une plaque d'appui 18, une pluralité de billes 19 et un piston discal 10. Le moyeu 6 est muni d'un flasque 6a entraînant un organe de la transmission non représenté, tel qu'une couronne de train d'engrenage épicycloïdal. Comme illustré sur les figures 1, 2 et 4, la plaque d'appui 18 25 comprend une partie en couronne 21 et un secteur angulaire 22 s'étendant radialement à l'extérieur de la couronne 21. La partie de couronne 21 comprend six logements 23 présentant chacun un fond plat 24, une rampe inclinée 25 d'un côté et un rebord perpendiculaire 26 de l'autre. La pluralité de billes 19 comprend six billes 19a 30 disposées dans chacun des logements 23 et maintenues dans une position relative les unes par rapport aux autres grâce à une cage 27 laissant chacune des billes 19a libre en rotation. Le secteur angulaire 22 est muni dans sa partie périphérique de dentures 28 aptes à engrèner avec des dentures complémentaires 29 de l'arbre 2908173 6 d'entraînement 4. Le secteur angulaire 22 est délimité par deux bords radiaux 22a. Un ressort de rappel angulaire 30 est inséré entre un bord radial 22a et une butée angulaire 31 du carter 2. Comme illustré sur les figures 1 et 3, le piston 20 comprend, vu 5 du côté III, un orifice central 32 destiné à glisser axialement le long du diamètre de centrage 17b, et une rainure en V circulaire 33 destinée à recevoir la pluralité de billes 19. En périphérie de la forme discale, sont réparties (à 120 ) trois clavettes 34 destinées à coulisser dans les rainures 12 du carter 2 et trois excroissances 35 à 120 également. Vu 10 du côté II, le piston 20 comprend une surface d'appui sur chacune des excroissances 35 destinée à recevoir trois ressorts de rappels axiaux 36. Le piston 20 présente également une couronne d'appui 37 destinée à appuyer sur le système multidiques 10. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif. 15 Lorsque le moteur électrique 3 entraîne à travers le système de réduction 5 l'arbre d'entraînement 4 et le secteur angulaire 22 dans un sens de rotation positif indiqué sur la figure 2, le piston discal 20 est immobile en rotation et les billes 6 roulent sur le fond plat 24 jusqu'à ce que la bille 19a entre en contact avec la rampe inclinée 25. Lorsque 20 la plaque d'appui 18 poursuit son mouvement de rotation positif, la bille 19a continue à rouler entre la rampe inclinée 25 et la rainure en V 33. La plaque d'appui 18 est maintenue axialement par l'épaulement axial 17c. La bille 19a remonte le long de la rampe inclinée 25 et repousse le piston 20 vers le système multidisques 10. Les six billes 25 19a étant réparties à 60 environ, chacune repousse de la même manière et au même moment le piston 20 de sorte que celui-ci se déplace parallèlement à lui-même le long de l'axe de l'arbre 1. Le moteur électrique 3 peut poursuivre le mouvement de rotation jusqu'à ce que l'effort de compression du système multidisques 10 ait atteint 30 le niveau nécessaire pour garantir le blocage souhaité pour l'arbre d'entrée 1. En cas de panne de courant, le moteur électrique 3 est libre en rotation et le ressort de rappel angulaire 30 pousse la plaque d'appui 18 à revenir vers la position de repos. Les trois ressorts de rappel 2908173 7 axiaux 36 contribuent également à ramener le piston 20 dans la position de repos en pressant le piston 20 de manière que les billes soient incitées à descendre le long des rampes inclinées 25. Le système de réduction 5 illustré sur la figure 1 présente 5 l'avantage d'être réciproque. I1 est composé par exemple d'un train épicycloïdal 5a où le moteur électrique 3 entraîne le planétaire du train épicycloïdal 5a, la couronne est fixe dans le carter 2 et le porte-satellite entraîne un couple d'engrenage 5b dont l'un est solidaire de l'arbre d'entraînement 4. Un tel système de réduction est réversible et 10 permet, dans un volume restreint, un rapport de réduction important. Comme illustré sur la figure 5, une transmission relie, du point de vue cinématique, un moteur thermique 40, une première machine électrique 41, une deuxième machine électrique 42 à des roues 43 du véhicule. Le moteur thermique 40 présente un amortisseur de couple 15 non représenté relié à l'arbre d'entrée 1 de la transmission. Un dispositif de blocage 44 tel que décrit aux figures 1 à 4 entoure l'arbre 1 d'entrée de la transmission. Un premier train épicycloïdal 45 relie la première machine électrique 41 à l'arbre d'entrée 1 et présente une troisième entrée 45c. Un deuxième train épicycloïdal 46 relie la 20 deuxième machine électrique 42 à l'arbre d'entrée 1 et aux roues 43 du véhicule. Un dispositif de changement de mode 47 relie la troisième entrée 45c du train épicycloïdal 45 à l'arbre de la deuxième machine électrique 42. Le dispositif de changement de mode 47 comprend un train épicycloïdal 48 à trois entrées 48a, 48b, 48c et deux dispositifs 25 de frein 47a et 47b. L'entrée 48a est reliée à l'entrée 45c. L'entrée 48b est reliée à l'arbre de la deuxième machine électrique 42. Le frein 47a relie les entrées 48b et 48c. Le dispositif de frein 47b relie l'entrée 48c au carter 2 du véhicule. Lorsque le dispositif de blocage 44 immobilise l'arbre 1 30 d'entrée de la transmission, la puissance de la première machine électrique 41 rejoint les roues 43 du véhicule par l'intermédiaire successif du premier train épicycloïdal 45, du dispositif de changement de mode 47 et du deuxième train épicycloïdal 46. De même, la puissance de la deuxième machine électrique 42 contribue en parallèle 2908173 8 à l'entraînement des roues 43 du véhicule. Le dispositif de blocage 44 étant alors soumis à un couple de résistance. Cette utilisation du dispositif actionnable de blocage est particulièrement avantageuse, elle permet d'utiliser une transmission à dérivation de puissance avec 5 une phase de démarrage du véhicule uniquement à partir des machines électriques. Dans un autre mode de réalisation du dispositif actionnable de blocage, le piston 20 est en deux parties, une première partie comprenant la rainure en V circulaire 33 fixe par rapport au carter 2 et 10 une deuxième partie comprenant la couronne d'appui 37 fixe par rapport à la première pluralité de disques 11. Une butée à billes est installée entre les deux parties du piston 20 de sorte que le corps par rapport auquel est bloqué l'arbre 1 peut être mobile en rotation par rapport au carter 2 de la transmission. Ainsi, un dispositif de blocage 15 peut également être utilisé comme frein 47a ou 47b dans le dispositif de changement de mode 47. REVENDICATIONS 1 -Dispositif actionnable de blocage en rotation d'un arbre (1) par rapport à un corps (2), notamment pour transmission de véhicule automobile, comprenant au moins au moins un disque (13) de frottement lié en rotation à l'arbre (1), au moins une surface (Il) de frottement liée en rotation au corps (2), et un piston (20), lié en rotation au corps (2) et mobile axialement pour pousser le disque (13) et la surface de frottement (11) l'un contre l'autre, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une bille (19a) et une plaque d'appui (18), fixe en translation par rapport au corps (2) et entraînée en rotation par un moyen d'actionnement (3, 5, 4) ; la plaque (18) ou le piston (20), étant munis d'une rampe (25), inclinée par rapport à l'arbre (1), sur laquelle la bille (19a) est destinée à rouler en appui sur le piston (20) et sur la plaque d'appui (18). 2 -Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la plaque d'appui (18) est apte à tourner autour de l'arbre (7) et présente une position angulaire de repos où le disque (13) est libre en rotation et une position angulaire d'actionnement où le disque (13) est pressé contre la surface de frottement (11), la bille (19a) roulant sur la rampe inclinée (25) sur une partie au moins de la course de rotation entre les deux positions angulaires. 3 -Dispositif selon la revendication 2, comprenant un ressort de rappel angulaire (30) apte à ramener la plaque d'appui (18) dans la position angulaire de repos. 4 -Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen d'actionnement (3) comprend un moteur électrique (3). 5 -Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque d'appui (18) comprend un secteur (22) angulaire muni de dentures (28), le moyen d'actionnement comprenant au moins une roue d'engrenage (29) engrenant avec les dentures (28) du secteur angulaire (22). 2908173 10 6 -Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un moyen de rappel axial (36) du piston (20) apte à maintenir la bille (19a) en appui entre le piston (20) et la plaque d'appui (18). 5 7 -Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité (19) de billes (19a) réparties angulairement autour de l'arbre (1), la plaque d'appui (18) comprenant une pluralité de rampes inclinées (25) correspondant aux billes (19a) ; les rampes (25) présentant un même angle d'inclinaison par rapport à 10 l'axe (1). 8 -Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un système multidisques (10) à huile dont une pluralité de disques (11) est liée en rotation au corps (2) et une autre pluralité de disques (13) est liée en rotation à l'arbre (1). 15 9 -Transmission pour véhicule automobile, comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le corps est fixe par rapport à un carter (2) et l'arbre (1) est un arbre d'entrée relié à un moteur thermique (40) du véhicule. 10- Transmission selon la revendication 9, du type à dérivation 20 de puissance, destinée à être reliée à deux machines électriques (41, 42).