Brevet FR2965877A1 — publié le 20120413

B 10-2456FR 1 Boîte de vitesses compacte à six pignons et double embrayage L'invention se situe dans le domaine des boîtes de vitesses pour véhicule automobile, et plus particulièrement dans le domaine des boîtes de vitesses dites « automatiques » ou « pilotées ». Afin de réduire la consommation en carburant des véhicules et leurs émissions de COz, les boîtes de vitesses automatiques traditionnelles à convertisseur de couple sont de plus en plus souvent remplacées par des systèmes de transmission à double embrayage. Chaque embrayage étant associé à un arbre primaire portant soit uniquement des rapports pairs, soit uniquement des rapports impairs, il est possible de présélectionner le prochain rapport à passer sur un arbre primaire dont l'embrayage est ouvert, pendant que l'on continue jusqu'au dernier moment à transmettre le couple sur l'autre arbre primaire, en prise avec le volant moteur. Ces systèmes de transmission, dont l'agencement mécanique est relativement similaire à celui des boîtes de vitesses classiques à commande manuelle, permettent d'allier le confort d'une boîte de vitesses automatique, et le rendement d'une boîte de vitesses manuelle. Cependant, l'encombrement axial nécessaire pour loger un double embrayage est sensiblement plus important que celui nécessaire à loger un embrayage simple. Les exigences des utilisateurs allant en outre dans le sens d'une augmentation du nombre de rapports de vitesses disponibles (classiquement 6 rapports et même jusqu'à 8 rapports de vitesses), les nouvelles boîtes de vitesses à double embrayage tendent à être particulièrement encombrantes, lourdes et coûteuses. De telles boîtes de vitesses sont par exemple décrites dans la demande de brevet européenne EP 2042 783 ou dans la demande de brevet européenne EP 2161 476, qui décrivent toutes deux une transmission avec un arbre secondaire portant soit cinq, soit six pignons de marche avant, et deux arbres primaires portant l'un des pignons de vitesse paires, et l'autre des pignons de vitesse impaires. Le document EP 2161 476 propose de ne placer que des pignons fixes sur les arbres primaires, et des pignons fous sur l'arbre secondaire. Le document EP 2042 783 propose de disposer un pignon fou sur chacun des arbres primaires, les autres pignons étant des pignons fixes, et d'alterner pignons fixes et pignons fous sur l'arbre secondaire. Ces dispositifs restent axialement encombrants, puisqu'il faut notamment prévoir au moins une largeur de pignon supplémentaire pour placer les pignons primaire et secondaire de la marche arrière, ainsi qu'une largeur, supérieure ou égale à celle d'un pignon, pour placer le dispositif de blocage de la transmission en position parking (appelé "roue de parking"). L'invention a pour objet de proposer une architecture optimisée de boîte de vitesses automatique à cinq rapports plus marche arrière, permettant de minimiser le coût, la masse, l'encombrement axial ainsi que l'encombrement frontal de la boîte de vitesses. L'invention a également pour but de proposer une architecture de boîte de vitesses qui permette d'utiliser un grand nombre de composants communs, notamment les axes et pignons de l'arbre secondaire et de l'axe de renvoi de marche arrière, ainsi que le carter de la boîte de vitesses, pour fabriquer d'une part, une boîte de vitesses automatique à double embrayage, et pour fabriquer d'autre part, une boîte de vitesses mécanique avec un seul embrayage. A cette fin, une boîte de vitesses de véhicule automobile, à double embrayage, comporte un premier embrayage apte à solidariser un premier arbre primaire avec un arbre moteur, et un second embrayage apte à solidariser un second arbre primaire avec le même arbre moteur. Les deux arbres primaires sont coaxiaux et portent des pignons engrenant directement ou indirectement avec six pignons placés sur un même arbre secondaire. Les deux arbres primaires et l'arbre secondaire portent en tout trois baladeurs, soit deux baladeurs à crabots doubles, c'est à dire aptes chacun à solidariser l'arbre qui les porte avec deux pignons fous distincts, et un baladeur à crabot simple, c'est-à-dire apte à solidariser l'arbre qui le porte avec un seul pignon fou. Le premier arbre primaire porte un des baladeurs doubles, et l'arbre secondaire porte un baladeur double et un baladeur simple. De manière préférentielle, le premier arbre primaire porte au plus trois pignons, soit un pignon fixe et deux pignons fous, engrenant chacun directement avec un pignon de l'arbre secondaire. Avantageusement, le second arbre primaire ne porte que des pignons fixes, aptes à engrener respectivement avec deux pignons situés sur l'arbre secondaire et avec un pignon situé sur un troisième arbre. Selon un mode de réalisation préféré, deux pignons engrenant l'un avec un pignon de l'arbre secondaire et l'autre avec un pignon du troisième arbre, sont obtenus par usinage sur le second arbre primaire d'une seule denture. Avantageusement, l'arbre secondaire porte trois pignons fixes et trois pignons fous. Le troisième arbre peut être fixe par rapport à un carter de la boîte de vitesses. Selon un mode de réalisation préféré, le troisième arbre porte deux pignons fous aptes être liés à l'aide d'un système de crabots. L'arbre secondaire peut se trouver plus haut que les arbres primaires en position de montage dans le véhicule. La boîte de vitesses peut ne pas comporter de circuit de refroidissement de l'huile de lubrification de la boîte. Avantageusement, une roue de parking est disposée sur l'arbre secondaire à une position axiale en regard d'un pignon du troisième arbre. Dans ce qui précède comme dans la suite de la description, on entend par pignon fixe, aussi bien un pignon solidarisé à l'aide de cannelures sur un arbre, qu'une zone d'un arbre usinée de manière à ménager une denture pouvant engrener avec un autre pignon. Selon un autre aspect, une boîte de vitesses automobile à embrayage simple, comporte exactement trois arbres de transmission, soit un arbre primaire portant des pignons engrenant avec six pignons placés sur un arbre secondaire, et un troisième arbre fixe, l'arbre primaire comportant quatre pignons fixes et deux pignons fous, et l'arbre secondaire comportant exactement trois pignons fous. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs, et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma cinématique d'une boîte de vitesses à double embrayage suivant l'invention, - la figure 2 est un schéma cinématique d'une boîte de vitesses à simple embrayage suivant l'invention. Tel qu'illustré sur la figure 1, une boîte de vitesses pilotée 4 pour véhicule automobile est disposée à l'intérieur d'un carter 5. Elle comprend un premier arbre primaire 1, un deuxième arbre primaire 2 coaxial au premier arbre primaire 1, et entourant le premier arbre primaire 1 sur une partie de sa longueur. Le premier arbre primaire 1 et le deuxième arbre primaire 2 peuvent être solidarisés ou désolidarisés, indépendamment l'un de l'autre, d'un volant moteur 9, par l'intermédiaire respectivement d'un premier embrayage 7, et d'un deuxième embrayage 8. Pour des raisons d'encombrement, le premier embrayage 7 et le deuxième embrayage 8 sont de manière préférentielle des embrayages multidisques humides, c'est-à-dire des embrayages dans lesquels une pile de disques métalliques lubrifiés est amenée en compression, suivant les besoins, par un système hydraulique composé de pistons et de plateaux. La boîte de vitesses 4 comprend un arbre secondaire unique 3, parallèle aux arbres primaires 1 et 2, et mobile en rotation à l'intérieur du carter 5. La boîte de vitesses 4 comprend également un axe 6 de renvoi de marche arrière, parallèle aux arbres 1 et 3 et encastré à l'intérieur du carter 5. Sur l'arbre secondaire 3 est assemblé un pignon d'attaque 20 transmettant la rotation de l'arbre secondaire 3 à un différentiel 10 relié aux roues du véhicule (non représentées). Sur l'axe 6 de renvoi de marche arrière, sont disposés deux pignons fous 16 et 17. Les pignons fous 16 et 17 sont fixes axialement par rapport à l'axe 6 de renvoi de marche arrière, et peuvent être solidarisés en rotation l'un par rapport à l'autre à l'aide d'un manchon à crabot 18. Le pignon fou 16 engrène avec un pignon fixe de marche arrière 26, assemblé sur l'arbre secondaire sensiblement au centre de cet arbre secondaire 3. On peut par exemple considérer que le pignon fixe de marche arrière 26 est au centre de l'arbre secondaire 3 si sa distance par rapport au pignon d'attaque 20 ou par rapport à un roulement d'extrémité de l'arbre secondaire 3 (non représenté) est comprise entre 0,4 et 0,6 fois la distance entre ce pignon d'attaque 20 et le roulement d'extrémité de l'arbre 3. Le pignon fou 17 engrène avec un pignon 12b représentant une portion axiale d'une denture 12 usinée à la surface de l'arbre secondaire 2. La largeur axiale de la denture 12 est supérieure à la largeur du pignon 17, par exemple au moins égale à deux fois la largeur du pignon 17. Une roue de parking 19, solidaire en rotation de l'arbre secondaire 3, est disposée sur cet arbre secondaire 3 en regard du pignon fou 17, c'est à dire sensiblement à la même position axiale que le pignon fou 17. La roue de parking 19 comporte un ou plusieurs reliefs 30, permettant d'y insérer l'extrémité d'un levier (non représenté) de blocage en rotation de l'arbre secondaire par rapport au carter 5. Au niveau de son extrémité opposée à l'embrayage 8, le deuxième arbre primaire 2 comporte un pignon fixe 14 réalisé de manière monobloc avec l'arbre primaire 2. On ne s'éloigne pas du cadre de l'invention si le pignon fixe 14 n'est pas monobloc avec l'arbre 2, par exemple si le pignon fixe 14 est rapporté sur l'arbre 2 au moyen d'une cannelure et est maintenu axialement par un clip. Le pignon fixe 14 engrène avec un pignon fou 24 disposé sur l'arbre secondaire 3, entre le pignon fixe 26 de marche arrière et la roue de parking 19. Entre le pignon fou 24 et la roue de parking 19, est disposé un second pignon fou 22 engrenant avec un pignon 12a représentant une portion axiale de la denture 12 du second arbre primaire 2. Un baladeur 29 disposé entre les pignons fous 22 et 24 permet de solidariser l'arbre secondaire 3 en rotation alternativement soit du pignon fou 22, soit du pignon fou 24, ou de laisser ces deux pignons fous libres en rotation par rapport à l'arbre secondaire 3. Sur l'arbre secondaire 3, au niveau de l'extrémité opposée au pignon d'attaque 20, est disposé un pignon fou 21 engrenant avec un pignon fixe 11, réalisé de manière monobloc à l'extrémité du premier arbre primaire 1. Le pignon fou 21 peut être solidarisé ou désolidarisé en rotation de l'arbre secondaire 3 par un baladeur à crabot 27 disposé à côté du pignon fou 21, entre le pignon fou 21 et le pignon d'attaque 20. Entre le baladeur 27 et le pignon fixe 26 de marche arrière, sont disposés sur l'arbre secondaire 3 deux pignons fixes 23 et 25, les deux pignons 23 et 25 étant réalisés en une seule pièce cannelée sur l'arbre secondaire 3. Les pignons 23 et 25 peuvent également être réalisés séparément au lieu d'être réalisés d'une seule pièce, ce qui simplifie la réalisation des cannelures intérieures, beaucoup moins longues qu'une cannelure unique. Deux pignons fous 13 et 15, assemblés sur l'arbre primaire 1 entre le pignon fixe 11 et l'extrémité 14 du deuxième arbre primaire 2, engrènent respectivement avec les pignons fixes 23 et 25 de l'arbre secondaire 3. Un baladeur à crabot 28, disposé entre les pignons fous 13 et 15, permet de solidariser l'un ou l'autre de ces pignons fous en rotation avec le premier arbre primaire 1, ou de laisser ces deux pignons fous libres en rotation par rapport au premier arbre primaire 1. Les rapports d'engrenage ente les différents pignons fixes et pignons fous sont choisis de manière à ce que l'on trouve ainsi dans l'ordre, en partant de l'extrémité de la boîte 4 opposée aux embrayages 7 et 8 : - sur le premier arbre primaire 1 : le pignon fixe 11 de première vitesse, le pignon fou 13 de troisième vitesse, le baladeur 28 commun aux pignons 13 et 15, le pignon fou 15 de cinquième vitesse, puis un intervalle permettant l'engrenage des pignons 16 et 26 de marche arrière, - ensuite sur le second arbre primaire 2 : le pignon fixe 14 de quatrième vitesse, puis la denture 12 dont une première portion axiale 12a engrène avec le pignon fou 22 de seconde vitesse, et dont une seconde portion 12b engrène avec le pignon fou 17 de descente de marche arrière, - parallèlement sur l'arbre secondaire 3, on trouve dans l'ordre à partir de l'extrémité opposée au pignon d'attaque 20 : le pignon fou 21 de première vitesse, le baladeur à crabot 27 associé à ce pignon fou 21, le couple de pignons fixes 23 puis 25 respectivement de troisième et de cinquième vitesses, le pignon fixe 26 de marche arrière, le pignon fou 24 de quatrième vitesse, le baladeur à crabot 29 commun à la quatrième et à la deuxième vitesse et le pignon fou 22 de seconde vitesse, et la roue de parking 19. La roue de parking 19 se trouve interposée entre le pignon fou 22 de deuxième vitesse et le pignon d'attaque 20, sensiblement en regard du pignon 17 de descente de marche arrière situé sur l'arbre fixe 6 de renvoi de marche arrière. Le pignon 17 de descente de marche arrière engrenant avec l'arbre primaire 2 dédié aux vitesses paires, il est possible de présélectionner la marche arrière alors que la première vitesse est engagée, si bien que le temps de passage entre la première vitesse et la marche arrière est réduit au temps nécessaire pour réaliser la bascule entre les embrayages 7 et 8. On facilite ainsi les manoeuvres de créneau pour garer le véhicule. Le fait de placer sur l'arbre primaire impair 1, le baladeur permettant de sélectionner soit la troisième, soit la cinquième vitesse (au lieu de placer ce baladeur sur l'arbre secondaire) permet de réduire le diamètre extérieur du pignon de cinquième vitesse sur l'arbre secondaire 3. En effet ce pignon 25 est un pignon fixe, donc son diamètre extérieur n'est pratiquement limité que par le diamètre extérieur de l'arbre secondaire 3. On peut ainsi augmenter la plage de réduction de la cinquième vitesse, pour ne pas être pénalisé par l'absence d'une sixième vitesse. L'architecture décrite ci-dessus permet d'optimiser à la fois les coûts de fabrication, l'encombrement axial et l'encombrement frontal de la boîte de vitesses 4. On note par exemple que le deuxième arbre primaire 2 intègre, lors de sa fabrication, à la fois le pignon fixe 14 et la denture 12, cette dernière permettant d'engrener à la fois avec le pignon de descente de marche arrière 17 et le pignon fou de seconde 22. Le pignon fixe 11 de première vitesse est monobloc avec le premier arbre primaire 1, ce qui contribue également à la réduction des coûts de fabrication. L'axe de renvoi de marche arrière 6 étant encastré dans le carter, cet arbre est nettement moins coûteux à fabriquer qu'un arbre rotatif. Le système à deux pignons fous 16 et 17, de renvoi de marche arrière, permet de placer axialement sur l'arbre secondaire 3, le pignon fixe de marche arrière 26, entre les pignons fous de vitesse paires 22, 24 et les pignons fixes de vitesse impaires 23, 25. Le décalage axial nécessaire entre les pignons fous 17 de descente de marche arrière, et le pignon fou 22 de deuxième vitesse, est exploité sur l'arbre secondaire 3, en plaçant la roue de parking 19 face au pignon de descente de marche arrière 17. La boîte de vitesses selon l'invention ne comporte ainsi que trois axes de rotation, soit l'axe de renvoi de marche arrière, l'axe de l'arbre secondaire et l'axe commun au premier arbre primaire 1 et au second arbre primaire 2. La configuration à trois axes de rotation permet d'optimiser l'entre-axes entre l'arbre secondaire et l'arbre différentiel ainsi que l'encombrement de la boîte transversalement à ces axes. La boîte de vitesses 4 ne comportant que trois axes de rotation, et en particulier un seul arbre secondaire, il est possible de positionner l'arbre secondaire au-dessus de l'arbre primaire. La roue de parking 19 placée sur l'arbre secondaire 3, lui-même placé en partie supérieure de la boîte 4, est ainsi aisément accessible pour un levier de parking (non représenté). Du fait de cette position "haute" de l'arbre secondaire 3, on réduit en outre les forces de traînée liées au barbotage dans l'huile des pignons de l'arbre secondaire 3. La pompe à huile (non représentée) utilisée pour lubrifier les embrayages 7 et 8, peut être utilisée pour lubrifier également les éléments mobiles (roulements des pignons et de l'arbre) de l'arbre secondaire 3.L'effet de traînée étant réduit, on peut augmenter le volume d'huile de lubrification présent en partie inférieure du carter, par exemple jusqu'à des volumes d'huile de 380 à 400m1. L'augmentation de volume d'huile, ainsi que la lubrification par arrosage (au lieu d'une lubrification par barbotage) facilitent le refroidissement de l'huile de lubrification. Dans le cas de moteurs de petite cylindrée, le refroidissement de l'huile de lubrification par contact avec le carter 5 et avec l'air ambiant peut suffire, et la boîte de vitesses 4 peut alors être réalisée sans radiateur de refroidissement de l'huile de lubrification. Enfin, dans le cadre des réductions de coûts de développement de véhicule, il est possible d'utiliser l'architecture de la boîte 4 décrite ci-dessus, en la modifiant légèrement, pour fabriquer des boîtes de vitesses à simple embrayage, comme représenté sur la figure 2. On remplace pour cela, par exemple, les arbres primaires 1 et 2 par un arbre primaire unique 31, qui peut correspondre à un arbre primaire 1 de la boîte de vitesse 4 selon la figure 1, sur lequel on a assemblé un pignon fixe 14 et un pignon élargi 12 spécifiques. On conserve les pignons fous 13, 15 de la boîte de vitesses de la figure 1, ainsi que leur baladeur associé 28. On conserve l'arbre secondaire 3 et l'axe 6 de renvoi de marche arrière, avec leurs pignons et baladeurs associés, ainsi qu'avec la roue de parking 19. On conserve un seul embrayage 7, qui pourra être piloté de manière à effectuer les passages de vitesses suivant les mêmes stratégies que pour une boîte de vitesses robotisée à simple embrayage, c'est-à-dire en déplaçant les baladeurs à crabot 27, 28, 29 et 18 pendant les phases où l'embrayage 7 est débrayé. On obtient ainsi une boîte de vitesses qui n'offre pas la prestation de passage de vitesses sous couple, mais qui est d'autant moins chère à fabriquer que son coût de développement est déjà amorti par le développement de la boîte de vitesses à double embrayage décrite en première partie. L'objet de l'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits, et peut se décliner en de nombreuses variantes, notamment en ce qui concerne l'intégration ou non des pignons fixes aux arbres dont ils sont solidaires, les modèles de baladeurs utilisés, les positions dans l'espace des trois axes de rotation, c'est-à-dire l'axe des deux arbres primaires, l'axe de l'arbre secondaire et l'axe de renvoi de marche arrière. On reste également dans le cadre de l'invention si on remplace le baladeur 27 par un système à roue libre permettant de lier en rotation le pignon 21 à l'arbre secondaire 3 tant que l'arbre 3 n'est pas entraîné en rotation par un autre pignon que le pignon 21, et laissant le pignon 21 "en roue libre" autour de l'axe 3 quand celui-ci est entraîné à une vitesse supérieure à celle du pignon 21 par un des pignons 22, 23, 24 ou 25. Le système de roue libre peut être par exemple un modèle connu du type roue libre à rouleaux ou roue libre à rochets. On peut envisager une variante de la boîte 4 où l'arbre secondaire 3 se trouve en dessous des arbres primaires 1 et 2. Un radiateur de refroidissement de l'huile de lubrification peut être prévu pour améliorer encore le refroidissement de la boîte de vitesses. La boîte de vitesses suivant l'invention offre de nouvelles alternatives pour réduire les coûts de développement, de fabrication tout en proposant un niveau de performances du véhicule amélioré. REVENDICATIONS1. Boîte de vitesses (4) de véhicule automobile, à double embrayage (7, 8), un premier embrayage (7) étant apte à solidariser un premier arbre primaire (1) avec un arbre moteur (9), et un second embrayage (8) étant apte à solidariser un second arbre primaire (2) avec le même arbre moteur (9), les deux arbres primaires (1,2) étant coaxiaux et portant des pignons (11, 13, 14, 15, 12a, 12b) engrenant directement ou indirectement avec six pignons (21, 22, 23, 24, 25, 26) placés sur un même arbre secondaire (3), les deux arbres primaires (1,2) et l'arbre secondaire (3) portant en tout au plus trois baladeurs (27, 28, 29), soit deux baladeurs à crabots doubles (28, 29), aptes chacun à solidariser l'arbre qui les porte avec deux pignons fous distincts, et un baladeur à crabot simple (27) ou un système de roue libre, apte l'un ou l'autre à solidariser l'arbre qui le porte (3) avec un seul pignon (21), caractérisé en ce que le premier arbre primaire (1) porte un des baladeurs doubles (28), et l'arbre secondaire(3) porte un baladeur double (29) et, soit un baladeur simple (27), soit un système de roue libre. 2. Boîte de vitesses suivant la revendication 1, dans laquelle le premier arbre primaire (1) porte au plus trois pignons, soit un pignon fixe (11) et deux pignons fous (13,15), engrenant chacun directement avec un pignon (21, 23, 25) de l'arbre secondaire (3). 3. Boîte de vitesses suivant l'une des revendications précédentes, dans laquelle le second arbre primaire (2) ne porte que des pignons fixes (14, 12a, 12b), aptes à engrener respectivement avec deux pignons (24, 22) situés sur l'arbre secondaire (3) et avec un pignon (17) situé sur un troisième arbre (6). 4. Boîte de vitesses suivant la revendication 3, dans lequel deux pignons (12a, 12b) engrenant l'un avec un pignon (22) de l'arbre secondaire et l'autre avec un pignon (17) du troisième arbre (6), sont obtenus par usinage sur le second arbre primaire (2) d'une seule denture (12). 5. Boîte de vitesses suivant l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'arbre secondaire (3) porte trois pignons fixes (23, 25, 26), et trois pignons fous (21, 22, 24) ou porte trois pignons fixes (23, 25, 26), deux pignons fous (22, 24) et un pignon à roue libre. 6. Boîte de vitesses suivant l'une des revendications 3 à 5, dans laquelle le troisième arbre (6) est fixe par rapport au carter (5) de la boîte. 7. Boîte de vitesses suivant la revendication 6, dans laquelle le troisième arbre (3) porte deux pignons fous (16, 17) aptes à engrener mutuellement à l'aide d'un système de crabots (18). 8. Boîte de vitesses suivant l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'arbre secondaire (3) se trouve plus haut que les arbres primaires (1, 2) en position de montage dans le véhicule. 9. Boîte de vitesses suivant l'une des revendications précédentes, ne comportant pas de circuit de refroidissement de l'huile de lubrification de la boîte. 10. Boîte de vitesses suivant l'une des revendications précédentes, comportant une roue de parking (19) disposée sur l'arbre secondaire (3) à une position axiale en regard d'un pignon (17) du troisième arbre (6). 11. Boîte de vitesses automobile à embrayage simple, comportant exactement trois arbres de transmission (31, 3, 6), soit un arbre primaire (31) portant des pignons (11, 12a, 12b, 13, 14, 15) engrenant directement ou indirectement avec six pignons (21, 22, 23, 24, 25, 26) placés sur un arbre secondaire (3), et un troisième arbre fixe (6), l'arbre primaire (31) comportant quatre pignons fixes (11, 12a, 12b, 14) et deux pignons fous (13, 15), et, l'arbre secondaire (3) comportant exactement trois pignons fous (21, 22, 24) ou l'arbre secondaire (3) comportant exactement deux pignons fous (22, 24) et un pignon à roue libre.