Brevet FR2928431A1 — publié le 20090911

DISPOSITIF DE SYNCHRONISATION A PILOTAGE HYDRAULIQUE INTEGRE, POUR BOITE DE VITESSES DE VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne des dispositifs de synchronisation par frottement, pour synchroniser des vitesses de pignons portés par des arbres, en particulier pour boîte de vitesses de véhicules automobiles. Les boîtes de vitesses manuelles des véhicules automobiles comportent un arbre primaire lié au moteur du véhicule par un embrayage, et un ou deux arbres parallèles récepteurs liés aux roues motrices du véhicule. L'arbre primaire peut être relié à chaque arbre récepteur par des couples de pignons formant un engrenage, transmettant le mouvement de l'un à l'autre suivant différents rapports de démultiplication, correspondant respectivement à autant de rapports de vitesse. Un des pignons de chaque engrenage est solidaire de l'arbre le supportant, l'autre pignon de l'engrenage est monté libre en rotation, il peut être rendu solidaire de son arbre par le coulissement axial d'un manchon de synchronisation. Ce coulissement réalise d'abord une synchronisation de la vitesse du pignon libre avec celle de l'arbre le supportant, par un dispositif de synchronisation comportant des cônes de frottement, puis un crabotage par l'engagement de dents assurant la solidarisation complète du pignon sur l'arbre. Chaque manchon de synchronisation peut commander l'engagement d'un rapport disposé axialement d'un côté du manchon, ou de deux rapports disposés de chaque côté. Les boîtes de vitesses manuelles sont généralement commandées par un levier de vitesses, qui après sélection d'un des manchons de synchronisation, transmet un mouvement de passage à ce manchon, par une fourchette comportant des doigts d'appui qui s'ajustent dans une rainure circulaire du manchon. Ces boîtes de vitesses peuvent être automatisées. Elles comportent alors des actionneurs, électriques ou hydrauliques notamment, commandés par un calculateur de contrôle de la transmission, qui agissent par l'intermédiaire de tringles de commande sur les fourchettes de passage pour les déplacer axialement. Cette disposition permet d'utiliser une boîte de vitesses du type manuelle, pour en faire facilement une version automatisée. Toutefois elle a pour inconvénient de comporter une liaison entre l'actionneur et le manchon de passage, contenant un certain nombre de composants intermédiaires avec différents accouplements entre eux, qui apportent des jeux, des frottements ainsi qu'une certaine flexibilité compliquant le pilotage du manchon. Une solution connue présentée notamment dans le document EP-B1-1518059, propose un vérin hydraulique annulaire intégré autour de l'arbre qui porte le pignon libre, pour actionner directement et suivant l'axe, le dispositif de synchronisation et de crabotage. Ce vérin hydraulique comporte une entrée d'huile par l'arbre pour remplir la chambre hydraulique, et assurer le déplacement du piston ainsi que sa mise en pression, le piston étant rappelé ensuite en position d'origine par des ressorts de rappel. Un inconvénient principal de ce vérin de commande intégré est qu'avec la rotation de l'arbre, l'huile résiduelle contenue dans le piston étant entraînée aussi en rotation, par la force centrifuge on crée une pression dynamique dans l'huile, qui s'ajoute à la pression de commande et qui vient perturber la commande du piston. Cette pression dynamique peut aussi gêner le recul du piston. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un dispositif de synchronisation pouvant être piloté avec précision, à partir d'une pression hydraulique. Elle propose à cet effet un dispositif de synchronisation à pilotage hydraulique intégré, en particulier pour boîte de vitesses automobile, comportant un arbre portant un pignon libre en rotation, et un vérin hydraulique annulaire lié à l'arbre, actionnant des moyens de frottement assurant une synchronisation de la vitesse du pignon libre, caractérisé en ce que l'arbre comporte deux arrivées de fluide pour alimenter deux chambres disposées axialement de chaque côté du piston annulaire du vérin hydraulique. Un avantage du dispositif de synchronisation suivant l'invention, est qu'en disposant deux chambres hydrauliques de part et d'autre du piston, il permet de garder des volumes de fluide résiduels de chaque côté de ce piston, dont les pressions dynamiques dues à la rotation peuvent s'équilibrer. Le dispositif selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Selon une caractéristique principale de l'invention, le dispositif de synchronisation comporte un moyeu lié en rotation à l'arbre, qui supporte un corps de vérin en forme de cloche annulaire ouverte axialement vers le pignon. Avantageusement, le moyeu comporte deux passages sensiblement radiaux, reliés d'un côté aux deux chambres du vérin, et de l'autre côté à des conduits internes de l'arbre. Avantageusement, le vérin hydraulique comporte un corps de vérin réalisé par une tôle mise en forme, qui est fixée directement sur le moyeu. Avantageusement, le piston est réalisé à partir d'une tôle mise en forme, qui se termine radialement vers l'extérieur par des dentures externes poussant axialement sur une bague comportant des surfaces de frottement coniques. Des ressorts de rappel hélicoïdaux peuvent être disposés axialement 25 dans la chambre avant du vérin, pour exercer une force axiale permanente de rappel sur le piston. Selon une disposition particulière, le dispositif de synchronisation comporte deux vérins axialement en opposition l'un par rapport à l'autre, et tournés chacun vers un pignon libre. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 présente de manière schématique, une commande automatisée d'un manchon de synchronisation avec un vérin hydraulique externe, selon l'art antérieur ; et - la figure 2 présente en demi coupe axiale, un arbre de boîte de vitesses comportant deux synchroniseurs selon l'invention, liés à deux pignons libres. La figure 1 présente un dispositif de synchronisation double comportant un moyeu central 6 lié en rotation à un arbre 2, ce moyeu supportant sur son diamètre extérieur un manchon de synchronisation 4 entraîné par des cannelures axiales, permettant un coulissement sous l'effet d'une fourchette de commande 20 en prise dans une rainure circulaire extérieure. Deux pignons 10 de diamètres différents, sont montés libre en rotation sur l'arbre 2, axialement de part et d'autre du moyeu central 6, pour transmettre un couple suivant deux rapports de vitesse différents, à un arbre parallèle non représenté. Entre le moyeu central 6 et chaque pignon 10, se trouve un dispositif de synchronisation comportant une bague de synchronisation 12 dont l'alésage conique s'ajuste sur une surface conique du pignon correspondant 10, pour former des surfaces de frottement. Cette bague de synchronisation 12 comporte des dentures radialement externes, qui reçoivent une poussée axiale venant du manchon de synchronisation 4 tant qu'une différence de vitesse existe entre l'arbre 2 et le pignon 10. Cette poussée axiale s'appliquant sur les surfaces coniques de frottement, génère un couple qui tend à synchroniser les deux vitesses de rotation. Une fois les vitesses de rotation quasiment synchronisées, le manchon continue sa course axiale et vient en prise sur des dents externes 14 liées au pignon 10, pour assurer un crabotage de ce pignon. Un dispositif de maintien en position centrale du manchon 4, comporte une bille 16 qui coulisse radialement dans un logement, poussée vers l'extérieur par un ressort pour venir se loger dans un creux interne du manchon et assurer un léger maintien dans cette position. La fourchette 20 coulisse axialement dans le carter de la boîte de vitesses. Elle comporte d'un côté des doigts d'appui qui s'ajustent en deux points diamétralement opposés, dans une rainure circulaire du manchon, et d'un autre côté, une rainure recevant un doigt de passage 18 porté par l'axe 24 d'un vérin hydraulique 34. Le vérin hydraulique de commande 34 est à double effet. II comporte un piston 32 coulissant dans un corps 26, et séparant axialement deux chambres hydrauliques alimentées chacune par une alimentation 28, 30, comprenant une vanne de régulation. On commande ainsi un mouvement axial ainsi qu'un effort, sur le manchon 4 dans un sens ou dans l'autre, par l'intermédiaire de la fourchette de commande 24. II est intéressant pour piloter en douceur le passage des vitesses, de maîtriser avec précision les déplacements et les efforts sur le manchon de passage 4. Or ces contrôles sont plus difficiles à assurer avec des composants intermédiaires entre le manchon 4 et le vérin 34, comme la fourchette 24, qui induisent des jeux dans les liaisons, notamment entre le doigt de passage 18 et la rainure le recevant, ainsi que des flexions et des frottements supplémentaires. II faut alors en tenir compte dans les programmes gérant ces passages, ce qui entraîne une complexité. De plus, la précision obtenue sur le contrôle de la position et de l'effort, est réduite. La figure 2 présente un dispositif de synchronisation double, comportant un moyeu central 6 commun, de forme cylindrique, lié en rotation à l'arbre 2, qui supporte sur son diamètre extérieur deux corps de vérins annulaires 42 axialement opposés l'un par rapport à l'autre, et en appui dos à dos l'un sur l'autre. Chaque corps de vérin 42 a une forme de cloche annulaire réalisée à partir d'une tôle mise en forme, ouverte axialement vers l'extérieur, et comprenant un alésage cylindrique, ce qui représente un moyen de réalisation économique. Un piston 44 coulisse axialement avec étanchéité, dans l'alésage du corps de vérin 42 et sur le moyeu central 6. Le moyeu central 6 comporte de plus deux jeux de deux passages radiaux 48, 50, qui permettent à partir de conduits internes de l'arbre 2, d'alimenter les deux chambres de chaque vérin. Un passage arrière 48 alimente la chambre arrière qui pousse le piston 44 du côté avant, vers son pignon libre 10, et un passage avant 50 alimente la chambre avant pour un recul de ce piston vers l'arrière. De plus, des ressorts de rappel hélicoïdaux 46 disposés axialement, sont installés dans chaque chambre avant, pour ajouter une force de rappel permanente du piston 44 vers l'arrière. Le piston est réalisé à partir d'une tôle mise en forme, qui se termine radialement vers l'extérieur par des dentures externes 40 sortant du corps du vérin 42, et pouvant pousser axialement sur des dentures radialement externes 14 de la bague conique 12. Le fonctionnement du dispositif de synchronisation est le suivant. Une pression hydraulique dans la chambre arrière d'un vérin, applique une force axiale sur le piston 44 qui pousse à son tour axialement par les dentures externes 40 sur la bague de synchronisation 12, pouvant être simple comme présenté sur le synchroniseur de gauche, ou double avec la bague conique supplémentaire 52, comme présenté sur le synchroniseur de droite. L'effort axial est directement appliqué sur le synchroniseur en partant du vérin hydraulique, sans passer par des tringles intermédiaires. II représente donc assez fidèlement, avec le minimum de frottement, la pression hydraulique qui est précisément modulée au cours du passage, pour adapter le couple de synchronisation nécessaire. Une fois la synchronisation finie et si il existe un dispositif de crabotage, le piston avance pour craboter le rapport final, les dentures externes 40 du piston 44, s'engageant sur des dents de crabotage du pignon 10. En variante un dispositif de crabotage indépendant du dispositif de synchronisation, peut être disposé sur le pignon 10 La synchronisation de l'autre pignon 10 s'exerce de la même manière, avec son vérin axialement opposé. On réalise ainsi un dispositif compact permettant de synchroniser deux rapports de vitesse à partir de pressions hydrauliques, avec une grande précision de pilotage, que se soit pour la pression, la vitesse ou la position du manchon de synchronisation. Notamment le recul du piston 44 peut être commandé de manière plus rapide et précise qu'avec les simples ressorts de rappel 46. De plus, les deux chambres avant et arrière de chaque vérin restant en permanence remplies d'un fluide résiduel, une pression dynamique équivalente est établie en permanence de chaque côté du piston 44, ce qui crée un équilibre de ces forces dynamiques qui s'annulent. On n'a ainsi pas de perturbation de la force délivrée, quelque soit la vitesse de rotation de l'arbre 2. L'alimentation de ces vérins peut se faire à partir d'une pompe hydraulique et de distributeurs intégrés dans la boîte de vitesses. L'huile interne de la boîte peut être utilisée, ce qui représente une solution économique, le retour d'un éventuel débit de fuite d'huile revenant directement dans le carter. Par ailleurs en particulier dans le cas d'une boîte de vitesses disposant d'une machine électrique liée à l'arbre d'entrée, et comprenant une inertie assez élevée, on peut réaliser facilement un dispositif de synchronisation suivant l'invention, développant un couple élevé. REVENDICATIONS 1 ù Dispositif de synchronisation à pilotage hydraulique intégré, en particulier pour boîte de vitesses automobile, comportant un arbre (2) portant un pignon libre en rotation (10), et un vérin hydraulique annulaire lié à l'arbre, actionnant des moyens de frottement (12) assurant une synchronisation de la vitesse du pignon libre, caractérisé en ce que l'arbre (2) comporte deux arrivées de fluide (48, 50) pour alimenter deux chambres disposées axialement de chaque côté du piston annulaire (44) du vérin hydraulique. 2 ù Dispositif de synchronisation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyeu (6) lié en rotation à l'arbre (2), qui supporte un corps de vérin (42) en forme de cloche annulaire ouverte axialement vers le pignon (10). 3 ù Dispositif de synchronisation suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le moyeu (6) comporte deux passages sensiblement radiaux (48, 50), reliés d'un côté aux deux chambres du vérin, et de l'autre côté à des conduits internes de l'arbre (2). 4 ù Dispositif de synchronisation suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le vérin hydraulique comporte un corps de vérin (42) réalisé par une tôle mise en forme, qui est fixé directement sur le moyeu (6). 5 ù Dispositif de synchronisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston (44) est réalisé à partir d'une tôle mise en forme, qui se termine radialement vers l'extérieur par des dentures externes (40), poussant axialement sur une bague (12) comportant des surfaces de frottement coniques. 6 ù Dispositif de synchronisation suivant la revendication 5, caractérisé en ce que des ressorts de rappel hélicoïdaux (46) sont disposés axialement dans la chambre avant du vérin, pour exercer une force axiale permanente de rappel sur le piston (44).7 ù Dispositif de synchronisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de crabotage du pignon (10), mis en oeuvre en fin de course du piston (44). 8 ù Dispositif de synchronisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux vérins axialement en opposition l'un par rapport à l'autre, et tournés chacun vers un pignon libre (10).