Brevet FR3021724A1 — publié le 20151204

"BOITE DE VITESSES POUR VEHICULE AUTOMOBILE" [0001] La présente invention concerne une boîte de vitesses pour véhicule automobile, comprenant un barillet de commande mobile en rotation. [0002] Une boîte de vitesses comprend un arbre sur lequel sont montés des pignons libres. Cet arbre est qualifié d'arbre secondaire, par opposition à l'arbre primaire qui porte des pignons fixes. [0003] Chaque pignon libre définit avec un pignon fixe un rapport de vitesse. Les pignons libres sont en rotation libre vis-à-vis de l'arbre secondaire correspondant sauf quand un crabot et un synchroniseur viennent solidariser l'un des pignons avec l'arbre pour engager le rapport de vitesse correspondant. Le synchroniseur est couramment actionné par une fourchette mobile en translation. L'ensemble formé par les crabots, le synchroniseur et la fourchette constitue un moyen de couplage de l'arbre et du pignon. [0004] Le mouvement de translation de la fourchette lui est donné, dans les systèmes qui nous intéressent ici, par un barillet de commande mobile en rotation. La transformation de la rotation du barillet en translation de la came est opérée à l'aide d'une piste portée par le barillet, qui est orientée pour produire un effet de came (ou effet de rampe). [0005] On connaît par exemple un tel système du document FR 2 970 311. Il est divulgué dans ce document que la piste du barillet interagit avec un téton d'actionnement (ou crosse de commande) solidaire de la fourchette. [0006] Dans une boîte de vitesses à double embrayage, deux arbres secondaires sont présents. Les pignons libres définissant, dans une telle boîte à double embrayage, les rapports de vitesse pairs sont portés par un arbre secondaire, alors que ceux définissant les rapports de vitesse impairs sont portés par l'autre arbre secondaire. [0007] Dans un système de boîte de vitesses à barillet, il est nécessaire, quand il est souhaité passer d'un rapport de vitesse initial à un rapport cible qui n'est pas immédiatement voisin du rapport initial, d'engager successivement tous les rapports séparant ces deux rapports. Cela est obtenu par une course en rotation du barillet adaptée pour que les rapports soient passés les uns après les autres en fonction de la géométrie des pistes et des fourchettes. Par exemple, un passage de rapport de la 6eme à la 3eme vitesse, descendant, est particulièrement pénalisant, car il convient de désenclencher la 3021724 2 6eme, mais aussi d'enclencher et de désenclencher successivement la 5eme et la 4eme, avant d'être en mesure d'enclencher la 3eme. La même difficulté se présente avec un passage de la 7eme à la 5eme ou de la 7eme à la 4eme. [0008] L'invention a pour objet de surmonter cet inconvénient des dispositifs de l'art 5 antérieur, et de proposer un système pour lequel les passages de rapport de vitesse soient plus rapides et moins complexes. [0009] A cet effet, l'invention propose une boîte de vitesses pour véhicule automobile comprenant au moins trois pignons définissant des rapports de vitesse parmi lesquels l'un est bas, l'autre intermédiaire et le troisième haut, ladite boîte comprenant de plus des 10 moyens de couplage mobiles en translation pour coupler lesdits pignons pour engager un rapport de vitesse correspondant, la boîte comprenant de plus un barillet de commande mobile en rotation pour commander les translations desdits moyens de couplage à l'aide de pistes de commande respectives présentes à la surface du barillet, caractérisée en ce que la boîte comprend des moyens pour désengager le moyen de couplage 15 correspondant au rapport de vitesse intermédiaire de la piste respective du barillet quand une commande de commutation entre les rapports haut et bas (commande de changement de rapport de vitesse) est transmise à ladite boîte. [0010] Grâce à ces moyens de désengagement, il est possible de commuter plus rapidement la boîte de vitesses d'un rapport à un autre avec saut de rapport, notamment 20 dans le cas d'une transition descendante, car le rapport intermédiaire n'est pas engagé, et par conséquent pas désengagé, pendant la commutation. La technologie de barillet de commande peut néanmoins être utilisée. [0011] Avantageusement, la boîte de vitesses selon la présente invention peut comprendre au moins l'une des caractéristiques techniques suivantes : 25 - la boîte de vitesses comprend des moyens d'adaptation de la rotation du barillet pendant ladite commutation pour minimiser le parcours angulaire du barillet correspondant à la commutation, compte tenu du désengagement du moyen de couplage correspondant au rapport de vitesse intermédiaire ; - la boîte de vitesses comprend un système de stabilisation s'appuyant sur le carter 30 de la boîte et qui stabilise le moyen de couplage correspondant au rapport de 3021724 3 vitesse intermédiaire quand celui-ci est désengagé de la piste du barillet correspondante ; - la boîte de vitesses comprend une fourchette, comprise dans ou constituant le moyen de couplage correspondant au rapport de vitesse intermédiaire, chargée de 5 transmettre un mouvement de la translation de la piste du barillet vers une circonférence autour de l'arbre, la boîte comprenant de plus un chargé de synchroniser la rotation du pignon correspondant au rapport intermédiaire et celle de l'arbre au moment du couplage, ledit synchroniseur comprenant un système de stabilisation qui stabilise ladite fourchette quand le moyen de couplage est 10 désengagé de la piste ; - les moyens pour désengager le moyen de couplage comprennent un calculateur de la boîte de vitesses comprenant un moyen de calcul d'une commande et de contrôle d'un moyen mécanique de désengagement du moyen de couplage ; - les moyens pour désengager le moyen de couplage comprennent un billage 15 appliqué contre la piste par un ressort en compression, et s'appuyant sur une fourchette de commande comprise dans le moyen de couplage ; - les moyens pour désengager sont activés quand une commande de commutation descendante entre les rapports haut et bas est transmise à ladite boîte ; et - les pignons sont placés sur deux arbres différents. 20 [0012] L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant une boîte de vitesses telle que précédemment décrite. [0013] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple 25 illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 présente un barillet de commande de boîte de vitesses ; - la figure 2 présente un système de couplage de l'arbre et des pignons d'une boîte de vitesses comprenant un barillet de commande, selon l'art antérieur ; 3021724 4 - la figure 3 présente le système de couplage de l'arbre et des pignons d'une boîte de vitesses comprenant un barillet, conformément à un mode de réalisation de l'invention. - la figure 4 présente un aspect d'un mode de réalisation de l'invention. 5 [0014] En figure 1, on a représenté un barillet de commande 100 de boîte de vitesses de véhicule automobile. Il s'agit d'une pièce de forme générale cylindrique, de section circulaire et d'axe X-X, et dont la surface circonférentielle externe porte des pistes, ici au nombre de trois, référencées 110, 120 et 130. Ces pistes, qui peuvent avoir un profil en U, sont par exemple le résultat d'un usinage de la matière du barillet, et s'étendent 10 globalement sur une circonférence de celui-ci. Elles sont constituées de différentes sections se succédant sur des secteurs angulaires successifs. Certaines sections s'étendent dans un plan perpendiculaire à l'axe du barillet, alors que d'autres sections (rampes) s'étendent dans un plan incliné par rapport à l'axe du barillet. [0015] Le barillet 100 peut être animé, par rapport au carter de la boîte de vitesses, d'un 15 mouvement de rotation R autour de l'axe X-X, du fait de l'action d'un moteur électrique, par exemple. Chacune des pistes 110, 120, 130 constitue alors un guide pour un téton d'actionnement (ou crosse de commande) de fourchette correspondant. Les fourchettes ne sont pas représentées en figure 1, mais on y distingue le téton 211 qui est guidé dans la piste 110, le téton 221 qui est guidé dans la piste 120 et le téton 231 qui est guidé dans 20 la piste 130. [0016] Ainsi, trois fourchettes sont commandées par le barillet 100. Néanmoins, le barillet 100 pourrait ne commander que deux fourchettes, ou, au contraire, commander un plus grand nombre de fourchettes. Le barillet sert à commander une séquence de passage de rapports de vitesse. 25 [0017] En fonction de sa position en rotation, le barillet 100 va amener le téton 211 dans différentes sections de la piste 110. Deux sections de la piste 110 sont visibles en figure 1. La section 111 est une section dans un plan incliné par rapport à l'axe de rotation du barillet 100, et le guidage du téton 211 dans cette section 110 en rotation impose, par un effet de came (effet de rampe), une translation par rapport au carter de la boîte de vitesses 30 dans une direction T parallèle à l'axe XX, au téton 211 et à la fourchette que celui-ci commande. Par contre, quand, du fait d'une rotation supplémentaire du barillet 100 autour de son axe, le téton 211 parvient dans la section 112 de la piste 110, celle-ci étant dans un 3021724 5 plan perpendiculaire à l'axe du barillet 100, la rotation de celui-ci n'entraîne plus en translation le téton 211 et la fourchette associée. [0018] Le téton 221 est guidé par la piste 120. Trois sections 121, 122 et 123 de la piste 120 sont visibles sur la figure 1. La rotation du barillet 100 amène successivement le téton 5 221 dans chacune de ces sections de la piste 120. Les sections 121 et 123 étant dans deux plans perpendiculaires à l'axe de rotation du barillet 100, quand le téton 221 se situe dans l'une ou l'autre de ces sections, la rotation du barillet 100 ne lui impose aucun mouvement de translation. A l'inverse, la section 122 étant dans un plan incliné par rapport à l'axe de rotation du barillet 100, par un effet de came, quand le téton 221 est dans la 10 section 122, la rotation du barillet 100 entraîne une translation du téton 221. [0019] En figure 2, un barillet 100 à deux pistes est représenté. On a également fait figurer les fourchettes qu'il commande, ainsi que les pignons finalement couplés à l'arbre par l'action du barillet de commande. [0020] On retrouve, comme en figure 1, une première piste sur le barillet 100, constituée 15 d'une section 111 induisant un effet de came et une section 112 n'induisant pas d'effet de came. On retrouve également une deuxième piste comprenant une section à effet de came 122 et une section sans effet de came 121. Les tétons 211 et 221 (ou crosses de commande) sont guidés par les deux pistes, respectivement. Ils commandent des fourchettes 213 et 223, respectivement par l'intermédiaire d'axes de fourchette 212 et 222. 20 [0021] Les axes de fourchette 212 et 222 sont des pièces allongées parallèlement à l'axe X-X de rotation du barillet et sur lesquelles sont fixés à distance l'un de l'autre le téton correspondant, et les becs de fourchette correspondants. [0022] Chacune des fourchettes 213 et 223 comporte deux becs dont les extrémités constituent des faces d'appui axiales pour agir par un appui suivant une direction parallèle 25 à l'axe X-X sur des manchons de synchronisation d'un synchroniseur 320, respectivement 420. [0023] Les synchroniseurs 320 et 420 ont pour fonction de coupler, ou de découpler, des pignons 310, 311 ou respectivement 410, 411 définissant des rapports de vitesse, avec un arbre secondaire 1000 de la boîte de vitesses. 30 [0024] L'arbre 1000 de la boîte de vitesses est parallèle à l'axe X-X de rotation du barillet 100, et également à l'axe de fourchette 212, respectivement 222. 3021724 6 [0025] Ainsi, un mouvement de rotation R du barillet 100 autour de son axe de rotation X-X provoque, quand un téton est engagé dans une section à effet de came de la piste correspondante, une translation T de la fourchette correspondante, l'actionnement du (ou d'un des deux) synchroniseur(s) que celle-ci commande et l'enclenchement d'un rapport 5 de vitesse. [0026] On précise que le barillet 100 représenté est en mesure de commander deux fourchettes et que l'invention s'applique naturellement à un barillet pouvant commander un autre nombre de fourchettes. [0027] En figure 2, selon l'art antérieur, le téton 211 (respectivement 221), quand il n'est 10 pas entraîné en translation par la section à effet de came 111 (respectivement 122), interagit avec les bords et le fond de la section 112 (respectivement 121) dans laquelle il évolue, qui est dimensionnée pour le maintenir en position par contact. Ainsi, lorsqu'une fourchette est sollicitée, les autres fourchettes sont maintenues au neutre et stabilisées dans cette position. 15 [0028] En figure 3, les éléments correspondant d'une boîte de vitesses selon l'invention sont présentés. [0029] L'axe de fourchette 212 porte un billage 261 (ou crosse de commande rétractable), agissant dans une direction perpendiculaire à l'axe de fourchette 212, et dont l'extrémité (sa bille) est insérée dans la piste correspondante du barillet 100 et maintenue 20 contre celle-ci par un ressort du billage 261. [0030] Ainsi, le billage 261 couple en mouvement le barillet 100 et la fourchette 213. De plus il maintient en position la fourchette 213 et son axe 212, par contact avec les parois de la piste du barillet 100. [0031] Le billage 261 remplace le téton 211 de l'art antérieur. Il comporte une bille 25 appuyée par un ressort en compression contre la piste du barillet, le ressort pouvant être piloté pour que l'ensemble du billage 261 s'efface, découplant le barillet 100 et la fourchette 213, les mouvements de l'un n'entrainant alors plus de mouvement de l'autre. Pour obtenir ce résultat, la bille est rétractée, pour ne plus assurer de contact avec le barillet. 30 [0032] L'axe de fourchette 222 porte, de la même manière, un billage 262 qui insère son extrémité dans la piste correspondante du barillet 100 et couple en mouvement le barillet 3021724 7 et la fourchette 223. Le billage 262 agit également pour maintenir en position la fourchette 223 et son axe 222, par contact avec les parois de la piste du barillet 100. La bille du billage 262 peut aussi être rétractée, pour ne plus assurer de contact avec le barillet. [0033] Les billages 261 et 262 sont pilotés respectivement par des moyens de pilotage 5 271 et 272 qui commandent, en fonction de la commutation de rapport de vitesse que doit effectuer la boîte, la rétractation (ou effacement) du billage correspondant si la fourchette correspond à un rapport de vitesse qui n'est pas (ou à deux rapports qui ne sont pas) le rapport initial ou le rapport visé au final. [0034] Une telle rétractation entraine le désengagement de la fourchette correspondante 10 (ou désolidarisation de la fourchette vis-à-vis du barillet) et l'absence de transformation de tout mouvement de rotation du barillet en un mouvement de rotation de la fourchette (le rapport de vitesse commandé par la fourchette n'est donc pas enclenché ou désenclenché), ainsi que l'absence de tout frottement entre le barillet et les éléments de la fourchette (son téton ou ici son billage) stabilisant celle-ci. 15 [0035] Le billage 261 est représenté engagé dans la piste correspondante du barillet, ate le billage 262 est représenté désengagé de la piste correspondante. [0036] Pour stabiliser les fourchettes 213 et 223, la boîte de vitesses selon l'invention comprend des systèmes de stabilisation 550 et 500 (ou moyens de stabilisation), montés pour stabiliser les ensembles composés d'une part du billage 261, de l'axe 212 et de la 20 fourchette 213, et d'autre part du billage 262, de l'axe 222 et de la fourchette 223, quand le billage 261 ou 262 correspondant est rétracté. [0037] Le système de stabilisation 500 est composé, dans le mode de réalisation présenté, d'un ressort 501 et d'une bille 502. Ces éléments interagissent avec une série de bossages portés par l'axe 222. Les bossages peuvent par exemple être au nombre et 25 quatre et ils sont référencés 511, 512, 513 et 514 sur la figure. La bille 502 est guidée axialement, par exemple par un élément solidaire du carter 520 de la boîte de vitesses, et le ressort 501 la presse contre les bossages 511, 514 portés par l'axe 222. Un tel système a pour effet de diminuer les possibilités de mouvement de l'ensemble formé par le billage 221, l'axe 222 et la fourchette 223, y compris quand le billage 261 est rétracté. De manière 30 générale, le système de stabilisation 500 agit soit sur la fourchette 223, soit sur l'axe de fourchette 222 quand celui-ci existe. 3021724 8 [0038] Le système de stabilisation 550 est composé de la même manière, et s'appuie sur le même carter ou élément solidaire du carter 520. [0039] L'invention peut aussi être mise en oeuvre dans une boîte de vitesses où le billage 261 remplaçant le téton d'actionnement 221 n'est pas relié à la fourchette 223 par 5 un axe de fourchette 222. Dans ce cas, le billage 261 peut par exemple être fixé à un manchon coulissant sur un axe fixe, et entrainant la fourchette. Dans cette hypothèse, le système de stabilisation 500 agit par exemple sur les becs de la fourchette 223. [0040] Dans tous les cas, le système de stabilisation 500 est libre en rotation vis-à-vis du barillet, et agit par exemple en s'appuyant sur le carter 520 de la boîte de vitesses ou sur 10 un élément fixé au carter 520, ou cinématiquement équivalent au carter. Le même commentaire s'applique au système de stabilisation 550. [0041] L'invention peut être mise en oeuvre avec un système de stabilisation 500 qui ne soit pas basé ou uniquement basé sur un couple constitué d'un ressort et d'une bille. En particulier, un système piloté peut être utilisé, et il est alors prévu que celui-ci s'efface 15 quand la fourchette 223 doit être déplacée pour enclencher le rapport de vitesse correspondant. Ainsi, le système de stabilisation 500 est coordonné avec la commande de rotation du barillet 100 pour stabiliser la fourchette 223 quand celle-ci est désengagée du barillet et ne pas la stabiliser quand elle est déplacée pour engagement d'un rapport de vitesse. Ainsi, le système de stabilisation 500 est représenté sur la figure, appliqué pour 20 stabiliser la fourchette 223 car le billage 262 est désengagé de la piste du barillet correspondante, et le système de stabilisation 550 est représenté effacé (retracté), car le billage 261 est engagé dans la piste correspondante. [0042] L'invention peut être mise en oeuvre avec un système, placé dans chaque synchroniseur, qui stabilise les fourchettes une par une quand elles sont désengagées du 25 barillet. Il peut s'agir d'un synchroniseur à billage intégré. [0043] Le mode de réalisation comprend de plus un système de pilotage en rotation 2000 qui pilote la rotation du barillet 100 avec une stratégie de contrôle en position angulaire. Le barillet 100 peut comporter toutes les pistes des fourchettes de commande de tous les rapports de vitesse de la boîte. Le système de pilotage 2000 définit le parcours 30 angulaire le plus court possible du barillet 100 pour passer du rapport de vitesse initial au rapport de vitesse final lors de la commutation commandée. 3021724 9 [0044] L'ensemble composé des systèmes de pilotage 271, 272 et 2000 commande la solidarisation de la fourchette correspondant au rapport de vitesse visé avec le barillet 100, en replaçant la fourchette dans la piste correspondant tout en optimisant la rotation du barillet 100 en ayant écarté les fourchettes correspondant à des rapports de vitesse qui 5 ne doivent pas être désenclenchés ou enclenchés lors de la commutation concernée. [0045] Grâce à l'invention, le temps de commutation d'un rapport de vitesse à un autre est abaissé, dans le cas des commutations descendantes avec saut de rapport. [0046] La boîte peut être pilotée, ou à double embrayage. Dans le cadre d'une boîte à double embrayage, possédant deux arbres secondaires 1000 et 1001, les fourchettes 10 peuvent avoir la disposition représentée en figure 4 autour du barillet 100, représenté dans un plan perpendiculaire à son axe. Les billages 261, 262 et 263 sont disposés en des secteurs angulaires distincts et éloignés autour du barillet. Les fourchettes 213 et 233, qui sont entrainées par les billages 261 et 263 agissent sur des pignons libres coopérant avec l'arbre 1000, alors que la fourchette 223, entrainée par le billage 262 agit sur des pignons 15 libres coopérant avec l'arbre 1001. Les fourchettes 213 et 233 sont décalées l'une par rapport à l'autre angulairement autour de l'arbre 1000. [0047] D'autres implantations des fourchettes sur un ou deux arbres secondaires sont compatibles avec l'invention. [0048] L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation présenté, mais s'étend à 20 toutes les variantes dans le cadre de la portée des revendications. REVENDICATIONS1. Boîte de vitesses pour véhicule automobile comprenant au moins trois pignons (310, 311, 410, 411) définissant des rapports de vitesse parmi lesquels l'un est bas, l'autre intermédiaire et le troisième haut, ladite boîte comprenant de plus des moyens de couplage (213, 223, 233) mobiles en translation pour coupler lesdits pignons pour l'engagement du rapport de vitesse correspondant, la boîte comprenant de plus un barillet de commande (100) mobile en rotation pour commander les translations desdits moyens de couplage (213, 223, 233) à l'aide de pistes de commande respectives présentes à la surface du barillet (100), caractérisée en ce que la boîte comprend des moyens (2000) pour désengager le moyen de couplage (223) correspondant au rapport de vitesse intermédiaire de la piste respective du barillet quand une commande de commutation entre les rapports haut et bas est transmise à ladite boîte. 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, comprenant des moyens d'adaptation de la rotation du barillet (100) pendant ladite commutation pour minimiser le parcours angulaire du barillet (100) correspondant à la commutation, compte tenu du désengagement du moyen de couplage (223) correspondant au rapport de vitesse intermédiaire. 3. Boîte de vitesses selon la revendication 1 ou la revendication 2, comprenant un système de stabilisation (500, 550) s'appuyant sur le carter de la boîte et qui stabilise le moyen de couplage (223) correspondant au rapport de vitesse intermédiaire quand celui-ci est désengagé de la piste du barillet (100) correspondante. 4. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une fourchette, comprise dans ou constituant le moyen de couplage correspondant au rapport de vitesse intermédiaire, chargée de transmettre un mouvement de la translation de la piste du barillet vers une circonférence autour de l'arbre, la boîte comprenant de plus un synchroniseur (320, 420) chargé de synchroniser la rotation du pignon 3021724 11 correspondant au rapport intermédiaire et celle de l'arbre (1000, 1001) au moment du couplage, ledit synchroniseur (320, 420) comprenant un système de stabilisation qui stabilise ladite fourchette quand le moyen de couplage est désengagé de la piste. 5 5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle les moyens (2000) pour désengager le moyen de couplage comprennent un calculateur de la boîte de vitesses comprenant un moyen de calcul d'une commande et de contrôle d'un moyen mécanique de désengagement du moyen de couplage. 6. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle les moyens 10 (2000) pour désengager le moyen de couplage comprennent un billage appliqué contre la piste par un ressort en compression, et s'appuyant sur une fourchette de commande comprise dans le moyen de couplage. 7. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle les pignons sont placés sur deux arbres différents (1000, 1001). 15 8. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle les moyens (2000) pour désengager sont activés quand une commande de commutation descendante entre les rapports haut et bas est transmise à ladite boîte. 9. Véhicule automobile comprenant une boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 8. 20