Brevet FR2933463A1 — publié le 20100108

ACTIONNEUR ELECTROMECANIQUE DE PASSAGE DE VITESSES A TROIS ETAGES DE REDUCTION La présente invention propose un actionneur électromécanique pour boîte de vitesses robotisée. Plus précisément, elle propose un actionneur électromécanique de passage de vitesses pour boîte de vitesses, comportant une unité motrice de passage apte à déplacer en rotation un axe de commande interne de la boîte de vitesse entre une position de repos stable, et au moins une position de rapport engagé stable, par l'intermédiaire de moyens de réduction de vitesse et de progressivité. Cette invention trouve une application privilégiée, mais non exclusive, sur une boîte de vitesses robotisée à passages sous couple équipée de dispositifs de couplage de type coupleur conique auto-assisté, et d'un embrayage d'entrée, telle qu'illustrée par la publication WO 2007/128929) Sans sollicitation extérieure, le coupleur conique décrit dans cette publication, est ouvert. Sa mise en action consiste à lui appliquer un effort extérieur permanent pendant la synchronisation, et pendant la transmission du couple moteur. Le pilotage est préférentiellement réalisé en effort, et une progressivité de la montée en effort est indispensable. Cette progressivité est assurée par l'actionneur du coupleur, grâce à un dispositif déformable intercalé dans la chaîne d'application de l'effort de celui-ci. On connait un actionneur approprié à la fermeture des coupleurs coniques, par la publication FR 2 813 935. Un tel actionneur est un multiplicateur de couple, et la démultiplication est obtenue à l'aide d'un engrenage de type roue et vis sans fin. Il est mécaniquement irréversible, et son irréversibilité repose sur un médiocre rendement mécanique. Cet actionneur est stable dans toutes les positions, mais les positions neutres et de verrouillage de vitesse, ne sont pas précises. Par ailleurs, en cas de défaillance du calculateur ou du système d'alimentation, lors d'un changement de rapport, l'actionneur restera dans une position qui peut correspondre à une position de fermeture partielle d'un ou deux dispositifs de couplage, qui peut conduire à la destruction de l'un ou des deux coupleurs, et même, à la destruction de la boîte de vitesses. Pour garantir un rendement énergétique optimum de la boîte de vitesses, il est nécessaire que l'actionneur, en dehors de ses périodes de travail (ouverture et fermeture des dispositifs de couplage) soit stable mécaniquement, et ne consomme pas d'énergie électrique. Au contraire, pendant ses périodes de travail, il doit avoir un rendement mécanique élevé. Pour améliorer la sureté de fonctionnement de la boîte de vitesses et de ses composants, il est préférable d'avoir un actionneur qui relâche le dispositif de couplage. La présente invention a pour but d'apporter une réponse à ces exigences, et propose un actionneur électromécanique, non pas irréversible, mais stable uniquement dans ses positions de rapport engagé et de neutre. Dans ce but, elle propose que le mécanisme de réduction de mouvement soit à trois étages. Un premier niveau de transformation de mouvement de rotation horizontal en un mouvement de rotation vertical constitué par un engrenage à renvoi conique, qui assure un premier niveau de réduction. Un deuxième niveau de réduction est constitué par un train épicycloïdal. - 3 - Un troisième niveau de réduction est constitué par un engrenage à denture droite entre un pignon de sortie et un secteur d'entraînement de l'axe de commande interne. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe verticale de 10 l'actionneur dans le plan perpendiculaire au moteur, le doigt d'actionnement étant en position haute, - la figure 2 est une vue en coupe verticale de l'actionneur dans le plan perpendiculaire au moteur, le doigt d'actionnement étant en position basse, 15 - la figure 3 est une vue en coupe verticale de l'actionneur dans le plan du moteur, - la figure 4 est une vue de dessus de la roue conique et de la bille dans le cran de verrouillage, et - la figure 5 montre le détail du billage dans son 20 cran. Sur la figure 1, on voit le carter 1 de l'actionneur proposé, et son couvercle de fermeture 2. Le couvercle 2 porte une couronne fixe 3, intervenant dans la réduction du mouvement d'entraînement pour le passage des vitesses, 25 mouvement qui entre dans l'actionneur par une roue d'entrée conique 4. A droite du schéma, apparaît le moteur de sélection des lignes de vitesses 6. Le mécanisme de réduction inclut deux flasques 7a, 7b d'entrée et des satellites 8 (par 30 exemple au nombre de trois). Un voile de sortie 9 est placé entre ces derniers. Un système de billage 10, est associé à la roue d'entrée 4. Le voile de sortie 9 reçoit des ressorts de progressivité 11, liés aux flasques 7a, 7b. Sous les flasques 7a, 7b, un pignon 12, est en prise avec un secteur d'entraînement 13 de l'axe de commande interne de commande des vitesses 14, de la boîte, qui porte un doigt d'entraînement 15. Le pignon de sortie 12 est guidé par l'axe de la roue d'entrée conique 4, et comporte une extension radiale 12a, terminée par des extensions axiales 12b formant des crans de liaison et d'entraînement par le voile 9. Enfin, on a référencé un joint d'étanchéité 16 de l'axe 14 dans le carter, et le ressort de rappel en 10 sélection 17 enroulé autour de l'axe 14. On retrouve les éléments mentionnés ci-dessus sur la figure 2, sur laquelle on a référencé en plus le capteur 18 et la cible de position angulaire 19 du doigt d'actionnement 15, qui peuvent être nécessaires pour 15 piloter en position ce doigt, pour le passage de certains rapports, tels que la première ou la marche arrière. Entre la figure 1 et la figure 2, l'axe de commande 14 est passé en position basse, sous l'action de l'unité motrice de sélection 25. A droite du schéma, on voit aussi le capteur 20 de sélection 22 associé à l'axe de commande 14, et l'aimant 23 associé à celui-ci. La figure 3 montre le moteur de passage 21 et son pignon conique de sortie 5, qui transmet le mouvement de celui-ci à la roue d'entrée conique 4 citée précédemment. 25 La roue dentée et le pignon d'entrée engrènent ainsi mutuellement par des dentures coniques. Enfin, les figures 4 et 5 se rapportent au système de billage 10. Elles montrent le cran 26 de la roue conique, qui reçoit la bille 27 du système 10. 30 En d'autres termes, l'actionneur électromécanique de passage de vitesses pour boîte de vitesses proposé, comporte une unité motrice de passage 21, apte à déplacer en rotation un axe de commande interne 14 de la boîte de vitesse entre une position de repos stable et au moins une position de rapport engagé stable par l'intermédiaire de moyens de réduction de vitesses et de progressivité. Le carter 1 contient et soutient un mécanisme de transformation de mouvement constitué de divers engrenages cités ci-dessus, et un axe de sortie qui est l'axe de commande interne de la boîte 14, avec son doigt d'actionnement 15. L'axe 14 sélectionne les lignes de vitesses de la boîte lorsqu'il se déplace en translation sous l'impulsion du moteur de sélection 25, et passe une vitesse sur la ligne sélectionnée lorsqu'il se déplace en rotation sous l'impulsion du moteur de passage 21. Le couvercle 2 referme le carter 1, soutient le mécanisme de transformation de mouvement à engrenages, supporte le moteur électrique de passage 21, le moteur électrique de sélection 6, et le ou système de billage 10, assurant le verrouillage en position de l'actionneur. Le mécanisme de réalisation du mouvement, dit de passage, est à trois étages. Un premier étage de transformation de mouvement de rotation horizontal en un mouvement de rotation vertical est assuré par l'engrenage à renvoi conique 4, 5. Le pignon d'entrée 5 et la roue 4 effectuent cette transformation, et constituent le premier étage de réduction de vitesse de l'unité motrice de passage 21, de l'ordre de cinq à sept. Le second niveau de réduction est constitué d'un train épicycloïdal dont l'entrée de mouvement s'effectue par un planétaire, dont la denture 6a est taillée dans un axe 6 portant la roue d'entrée 4. Ce train assure une nouvelle réduction de l'ordre de six à huit, et comprend : une entrée de mouvement par le pignon planétaire 6a, une sortie de mouvement par le porte satellite 7a, 29 guidé par l'axe 6 portant la roue conique, et dont les axes 29 sont des excroissances du premier flasque d'entrée - 6 - 7a, ou flasque 7a du dispositif de progressivité de l'actionneur, et - un élément fixe constitué par une couronne 3, montée dans le couvercle 2 de l'actionneur. Les moyens de progressivité de l'actionneur 7a, 7b, 11, 9, 12 sont guidés par l'axe 6 portant la roue conique d'entrée 4 et le pignon de sortie 12. Ils comprennent : - un premier flasque d'entrée 7a, faisant office de porte-satellite, - un second flasque d'entrée 7b, lié au premier 7a en rotation par des cannelures, - les ressorts à boudins agencés 11 entre ces deux flasques 7a et 7b, et entraînés en rotation par ceux-ci, - le voile 9 également agencé entre les flasques, centré sur le premier flasque 7a, et entraîné par les ressorts 11, et - le pignon de sortie 12, également guidé par l'axe 6, comportant une extension radiale 12a terminée par des extensions axiales 12b, qui forment des crans de liaison et d'entraînement par le voile 9. L'axe de commande interne de la boîte 14 (portant à son extrémité le doigt d'entraînement 15), porte dans sa partie centrale une collerette dentée 13 sur une partie de sa périphérie. La collerette 13 reçoit le mouvement du pignon de sortie 12 du dispositif de progressivité. Ce dernier engrènement constitue un troisième niveau de réduction à denture droite entre la sortie de l'ensemble de progressivité, et l'axe de commande interne de la boîte. Il apporte une multiplication complémentaire du couple de l'ordre deux fois, et permet d'atteindre au doigt de sortie d'atteindre un niveau d'effort élevé. Le système de réduction de mouvement à trois étages de l'actionneur, assure un rendement mécanique élevé, un comportement réversible et nécessite donc un moteur de capacité réduite. Les mouvements de l'axe 14 et du doigt 15 sont réalisés à partir des moteurs de sélection 25 (translation) et du moteur de passage 21 (rotation). Le moteur de sélection 25 est porté par le couvercle 2. Son axe est fileté. Il coopère directement avec un filetage réalisé dans l'axe de sortie. Le ressort de rappel 17, prend appui en bas sur la rondelle 28, et en haut sur le secteur d'entraînement 13 rapporté sur l'axe de sortie, de manière à le repousser vers le haut en position stable. Les déplacements du doigt de sortie 15 sont contrôlés de la façon suivante. Pour le déplacement en sélection, un aimant 23 porté par la collerette 13 sur l'axe 14, coopère avec des cellules hall appartenant à un capteur 22 supporté par le carter. Il y aura autant de cellules que de positions de sélection (2 dans le mode de réalisation présenté). Pour le déplacement angulaire (passage), un codeur 19 porté par le pignon de sortie du dispositif de progressivité coopère avec un capteur 18 adéquat supporté par le carter 1. Son installation sur le pignon de sortie permet de bénéficier de la multiplication du mouvement par la denture de sortie, et ainsi d'accroître le niveau de précision et de résolution du système de contrôle. Pour assurer des positions précises et stables au neutre et en rapport engagé, cet actionneur comporte un billage 10 à haut rendement (type utilisé en boîte manuelle à billage centralisé) fixé sur le couvercle. Ce système de billage 10 est fixe et coopère avec un cran unique 23 dégagé dans la roue d'entrée conique 4, donc dans une pièce rotative appartenant à la chaîne cinématique de transmission de mouvement entre l'unité motrice de passage 21 de l'actionneur, et l'axe de commande interne de la boîte 14. - 8 - Le cran 23 est creusé dans la roue 4. Il coopère avec le pignon d'entrée 5 entraîné par l'axe de sortie du moteur 21. Il détermine la position neutre et les positions vitesse engagée, par des tours complets de la roue 4, dans un sens ou dans l'autre. La course de la position neutre à la position de verrouillage d'un rapport est toujours un nombre de tours déterminé du moteur 21 (en rapport avec le ratio de l'engrenage conique 5, 4). Le passage de la position neutre aux positions de rapport engagé, ainsi que le retour à la position neutre à partir de celles-ci s'effectuant donc par des tours complets de la roue d'entrée, le même cran de la roue d'entrée déterminant à lui seul, l'ensemble de ces positions. La sortie du neutre nécessite la rotation de la roue d'entrée d'une certaine valeur, et cette valeur est très inférieure à celle qui est nécessaire pour la mise en position de léchage du dispositif de couplage. Il faut noter également que l'entrée dans le cran (pour le verrouillage ou le retour au neutre) nécessite la même rotation que la sortie de celui-ci, en sens inverse. Le maintien de la bille 27 dans le cran verrouillage est assuré uniquement par le billage 10, car ce dernier est dimensionné pour développer, au niveau de la roue conique 4, un couple qui est supérieur à celui des ressorts de progressivité 11 dans leur état de compression maximale (ce qui explique la difficulté à sortir du neutre et sa forte stabilité). Toutefois, la sortie du cran verrouillage 26 ne requiert qu'une faible charge du moteur (différence entre les couples antagonistes des ressorts de progressivité et du billage), le moteur retenant ensuite la charge des ressorts. A ce sujet, l'implantation de la progressivité sur un étage intermédiaire, qui est réalisée selon l'invention, diminue d'autant la contrainte sur les - 9 - ressorts. Le couple vu par les ressorts est, de ce fait, divisé environ par deux. En résumé, l'actionneur proposé comporte un mécanisme de réduction de déplacement (multiplication de couple) à trois étages . - un niveau d'entrée de transformation de mouvement de rotation horizontal en un mouvement de rotation vertical constitué d'un engrenage à renvoi conique 5, 4. un second niveau de réduction constitué d'un train 10 épicycloïdal comprenant : i. une entrée de mouvement par le planétaire dont la denture 6a est taillée dans l'axe 6 portant la roue conique d'entrée 4, ii. une sortie de mouvement par le porte satellite 15 7a guidé par le même axe 6, et dont les axes 28 sont des excroissances du premier flasque 7a d'entrée du dispositif de progressivité, et iii. un élément fixe constitué par une couronne 3 montée dans le couvercle 2 de l'actionneur. 20 - un troisième niveau à denture droite entre la sortie d'un dispositif de progressivité et un axe de sortie portant un doigt d'actionnement. L'ensemble de progressivité guidé par l'axe portant 6 la roue conique 4 et constitué : 25 a. d'un premier flasque d'entrée 7a faisant office de porte-satellite b. d'un second flasque d'entrée 7b lié au premier en rotation, c. de ressorts à boudins 11 agencés entre ces deux 30 flasques et entraînés en rotation par ceux-ci, d. d'un voile 9 également agencé entre les flasques 7a, 7b, centré sur le premier, et entraîné par les ressorts 11, et - 10 - e. d'un pignon de sortie 12 également guidé par l'axe 6 de la roue conique, comportant une extension radiale 12a terminée par des extensions axiales 12b formant des crans de liaison et d'entraînement par le voile. Cet ensemble de progressivité est situé sur un étage intermédiaire, de l'actionneur, ce qui diminue d'autant la contrainte sur les ressorts. Enfin, l'axe de commande interne 14, qui porte à son extrémité un doigt d'entraînement 15 (par exemple d'un crabot de fourchette de commande interne de boîte de vitesses) porte, dans sa partie centrale, une collerette partielle dentée 13. Cette collerette, qui reçoit le mouvement du pignon de sortie 12, constitue un secteur d'entraînement de l'axe de commande 14. Pour assurer les positions précises et stables au neutre et en rapport engagé, cet actionneur comporte un système de billage à haut rendement 10, fixé sur le couvercle 2 de l'actionneur. Ce billage coopère avec un cran unique 26 creusé dans la roue de couplage conique 4. Le cran 26 détermine la position neutre, et par un tour complet dans un sens ou dans l'autre, les positions de vitesse engagée. REVENDICATIONS1. Actionneur électromécanique de passage de vitesses pour boîte de vitesses, comportant une unité motrice de passage (21) apte à déplacer en rotation un axe de commande interne de la boîte de vitesse (14) entre une position de repos stable et au moins une position de rapport engagé stable par l'intermédiaire de moyens de réduction de vitesse et de progressivité, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme de réduction de mouvement à trois étages. 2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente un niveau d'entrée de transformation de mouvement de rotation horizontal en un mouvement de rotation vertical constitué d'un engrenage à renvoi conique (5, 4), qui assure un premier niveau de réduction. 3. Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le renvoi conique s'effectue entre un pignon conique de sortie (5) de l'unité motrice de passage (21), et une roue d'entrée de l'actionneur (4) à denture conique. 4. Actionneur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un second niveau de réduction constitué d'un train épicycloïdal. 5. Actionneur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le train épicycloïdal présente une entrée de mouvement par le planétaire dont la denture (6a) est taillée dans l'axe (6) portant la roue d'entrée (4). 6. Actionneur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le train épicycloïdal présente une couronne fixe (23) taillée dans un couvercle de carter (2) de l'actionneur.- 12 - 7. Actionneur selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il présente une sortie de mouvement par un porte satellite (7a). 8. Actionneur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le porte satellite (7a) est guidé par l'axe (6) portant la roue conique d'entrée (4) et en ce que ses axes (28) sont des excroissances du premier flasque d'entrée (7a) du dispositif de progressivité. 9. Actionneur selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il présente un troisième niveau de réduction, constitué par un engrenage à denture droite à denture droite entre un pignon de sortie (12) et un secteur (13) d'entraînement de l'axe de commande interne (14). 10. Actionneur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le pignon de sortie (12) est l'élément de sortie d'un dispositif de progressivité de l'actionneur, porté par l'axe (6) de la roue d'entrée (4).