Brevet FR3093157A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : ENSEMBLE DE MARCHE ARRIERE ET BOITE DE VITESSES COMPRENANT UN TEL ENSEMBLE [0001] L'invention concerne le domaine des boîtes de vitesses de véhicules automobiles. [0002] La plupart des véhicules automobiles sont dotés d'une boîte de vitesses proposant un rapport de vitesses en marche arrière. Selon une conception classique, le rapport de vitesses en marche arrière est mis en oeuvre au moyen d'un train de pignons dédié doté d'un pignon baladeur et dépourvu d'un système de synchronisation. [0003] Une boîte de vitesse est classiquement associée à une grille de sélection d'un rapport de vitesses. On a représenté sur les figures IA et 1B deux exemples répandus de grilles de sélection associées à des boîtes de vitesses. Plus précisément, l'exemple de grille de la figure 1A est associé à une boîte de vitesses proposant cinq rapports de vitesses en marche avant et un rapport de vitesses en marche arrière. L'exemple de grille représenté sur la figure 1B est associé à une boîte de vitesses proposant six rapports de vitesses en marche avant et un rapport de vitesses en marche arrière. [0004] Bien que les grilles représentées sur les figures 1A et 1B apportent globalement sa- tisfaction, elles peuvent engendrer une certaine confusion. Comme cela ressort des figures 1A et 1B, le rapport de marche arrière de la grille de la figure 1A est positionné à l'emplacement du sixième rapport de vitesses en marche avant de la grille de sélection de la figure 1B. De cc fait, il arrive qu'un utilisateur d'un véhicule utilisant la grille de la figure 1A et habitué à utiliser la grille de la figure 1B enclenche le rapport de marche arrière alors qu'il s'attend à enclencher un sixième rapport de vitesses en marche avant. Cette confusion est d'autant plus grave qu'elle survient à une vitesse importante, lorsque le moteur est en surrégi me avec le cinquième rapport de vitesses en marche avant enclenché. [0005] Lorsqu'une telle confusion se produit, l'écart des vitesses de denture des différents pignons associés à la marche arrière est très important. L'énergie dissipée au cours du choc qui s'ensuit est proportionnelle au carré de la vitesse relative des deux dentures. Cette énergie peut détruire la denture de crabotage de la marche arrière, entraîner une pollution de la boîte de vitesses ou détruire d'autres pièces de la chaîne cinématique par écaillage. [0006] Pour pallier cet inconvénient, il a été proposé un système doté d'un câble pouvant être tiré par une gâchette située sous le pommeau de levier de vitesses. Selon ce système, la gâchette doit être tirée vers le haut pour permettre d'enclencher le rapport de marche arrière. Cependant, l'implantation de ce système en usine est complexe et ne garantit pas 100 % de refus des passages de rapports en marche arrière non désirés. 2 [0007] Selon une autre solution, un loqueteau mécanique oblige à repasser au point mort avant d'engager la marche arrière. Mais une telle solution n'empêche pas l'utilisateur d'enclencher le rapport de vitesses de marche arrière ensuite alors que le véhicule continue de circuler à une vitesse élevée. [0008] L'invention vise à solutionner les problèmes précités. [0009] Plus précisément, l'invention vise à empêcher l'enclenchement d'un rapport de marche arrière par un utilisateur qui pense enclencher un rapport de vitesses de marche avant. [0010] A cet effet, il est proposé un ensemble de marche arrière pour boîte de vitesses de véhicule automobile, comprenant un arbre s'étendant le long d'un axe de révolution, un pignon libre en rotation sur l'arbre et apte à se déplacer en translation axiale par rapport à l'arbre, et un moyen d'interdiction du mouvement de translation du pignon par rapport à l'arbre. [0011] Selon une caractéristique générale de cet ensemble, le moyen d'interdiction comprend une masselotte excentrique par rapport à l'axe de révolution. [0012] La masselotte excentrique permet d'interdire le mouvement de translation du pignon en fonction de la vitesse de rotation du pignon. Ainsi, un tel ensemble de marche arrière peut interdire l'engagement de la marche arrière en tenant compte d'une vitesse de déplacement du véhicule de sorte à empêcher le passage d'un rapport de marche arrière alors qu'un passage de rapport de marche avant était attendu. [0013] Dans un mode de réalisation, la masselotte est apte à se déplacer en translation radiale par rapport au pignon entre une position de ven-ouillage et une position de déverrouillage, le centre de gravité de la masselotte en position de déven-ouillage étant situé entre l'axe de révolution et le centre de gravité de la masselotte en position de verrouillage, le moyen d'interdiction comprenant un moyen de rappel élastique apte à rappeler la masselotte vers sa position de déverrouillage. [0014] De préférence, le moyen de rappel élastique comprend un ressort à lame. [0015] Dans un autre mode de réalisation, le moyen de rappel élastique comprend un ressort hélicoïdal. [0016] Un tel mode de réalisation est avantageux dans la mesure où le réglage de la vitesse de rotation du pignon à partir de laquelle le moyen d'interdiction est activé peut se faire en modifiant la tare du ressort hélicoïdal. [0017] Selon un mode de réalisation, l'arbre comprend une rainure annulaire, la masselotte comprenant une paroi interne définissant un alésage cylindrique, l'alésage cylindrique recevant l'arbre, la masselotte comprenant une nervure s'étendant radialement vers l'intérieur depuis la paroi interne, la nervure pouvant être reçue dans la rainure annulaire. [0018] On réalise ainsi un moyen d'interdiction du déplacement qui est peu encombrant et 3 efficace. [0019] Avantageusement, l'épaisseur de la rainure annulaire selon la direction axiale égale l'épaisseur de la nervure selon la direction axiale multipliée par un coefficient compris entre 1,1 et 1,4. [0020] Un tel choix facilite la réinsertion de la nervure dans la rainure lors d'un passage depuis un état inactif à un état actif du moyen d'interdiction. [0021] Selon un autre mode de réalisation, la masselotte comprend un corps principal formant sensiblement un cylindre de directrice parallèle à l'axe de révolution, la section axiale du corps principal comprenant une portion circulaire et deux portions rectilignes. [0022] On réalise ainsi facilement une masselotte présentant un centre de gravité excentré et pouvant coulisser par rapport au pignon. [0023] Selon un mode de réalisation, le pignon comprend une protubérance formant un logement de forme complémentaire à la forme de la masselotte, l'ensemble comprenant un couvercle destiné à être disposé sur la protubérance de sorte à fermer le logement. [0024] Avantageusement, la masselotte présente une rainure radiale, le couvercle comprenant une languette axiale destinée à être reçue dans la rainure radiale. [0025] La languette axiale favorise le guidage et fournit une butée pour le déplacement de la masselotte ou, lorsqu'il est utilisé un moyen de rappel élastique étant un ressort à lame ou un ressort hélicoïdal, un siège pour le ressort. [0026] Selon un autre aspect, il est proposé une boîte de vitesses pour véhicule automobile comprenant un ensemble tel que défini ci-dessus. [0027] D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la desciiption suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : [0028] [fig.1A] [0029] [fig.113] auxquelles il a déjà été fait référence, illustrent des grilles de sélection de l'art antérieur, [0030] [fig.2] représente une architecture d'une boîte de vitesses selon un aspect de l'invention, [0031] [fig.3] est une vue en éclaté d'un ensemble de marche arrière de la boîte de vitesses de la figure 2, [0032] [fig.4] est une vue axiale d'une masselotte de l'ensemble de marche arrière de la figure 3, [0033] [fig.5] est une vue en coupe de l'ensemble de marche arrière de la figure 3 en position déverrouillée, et [0034] [fig.6] est une vue en coupe de l'ensemble de marche arrière de la figure 3 en position verrouillée. [0035] On a schématiquement représenté sur la figure 2 une architecture de boîte de vitesses 1. Comme il sera détaillé par la suite, la boîte de vitesses 1 présente un rapport de marche arrière avec couplage par un pignon baladeur. En d'autres termes, le crabotage est assuré directement par la denture de transmission de puissance et il n'est pas prévu de moyen de synchronisation des pignons de marche arrière. [0036] Un arbre primaire 2 et un arbre secondaire 4 sont pivotants par rapport à un bâti 6 autour de deux axes parallèles respectifs. L'arbre 2 est doté d'un pignon fixe 8 de premier rapport de vitesses, d'un pignon fixe 10 de deuxième rapport de vitesses, d'un pignon fixe 12 de troisième rapport de vitesses, d'un pignon fixe 14 de marche arrière, d'un pignon fixe 16 de quatrième rapport de vitesses et d'un pignon fou 18 de cinquième rapport de vitesses. L'arbre 4 est doté d'un pignon fou 20 de premier rapport de vitesses, d'un pignon fou 22 de deuxième rapport de vitesses, d'un pignon fou 24 de troisième rapport de vitesses, d'un pignon fixe 26 de marche arrière, d'un pignon fou 28 de quatrième rapport de vitesses et d'un pignon fixe 30 de cinquième rapport de vitesses. La boîte de vitesses comporte des synchroniseurs à crabots (non représentés) permettant de lier en rotation le pignon fou 18 avec l'arbre 2 ou les pignons fous 20, 22, 24 et 28 avec l'arbre 4. De la sorte, les rapports de vitesses en marche avant peuvent être enclenchés. [0037] La boîte de vitesses comporte un ai-bre 32 solidaire du bâti 6. Un pignon inter- médiaire 34 est monté pivotant sur l'arbre 32 et apte à se déplacer par rapport au bâti 6 en translation selon la direction de l'arbre 32. Du fait de l'épaisseur importante du pignon 14, le pignon 34 est toujours en prise et donc toujours entraîné par l'arbre 2. Le pignon 34 peut coopérer avec le pignon 26 de sorte à enclencher un rapport de marche arrière. L'arbre 32 et le pignon 34 vont maintenant être décrits plus en détail en référence aux figures 3 à 6. [0038] La boîte de vitesses 1 comprend un ensemble de marche arrière 36 représenté sur les figures 3 à 6. En particulier, l'ensemble 36 comporte l'arbre 32 et le pignon 34. [0039] L'arbre 32 forme sensiblement un cylindre de révolution autour d'un axe de ré- volution 38. Plus précisément, l'arbre 32 forme un cylindre à base circulaire de diamètre d32 autour de l'axe 38. [0040] On définit une base vectorielle orthononnale directe 37 attachée au pignon 36. La base 37 est constituée d'un vecteur X, d'un vecteur Y et d'un vecteur Z. Le vecteur X est parallèle à l'axe 38 et aux directions des arbres 2 et 4. [0041] Dans la présente demande, sauf indication contraire, les ternies « axial », « axialement », « radial » et « radialement » seront compris comme se référant à l'axe de révolution 38. [0042] Par ailleurs, le ternie « cylindre » sera compris selon sa définition usuelle, à savoir une surface constituée par les droites de direction donnée qui rencontrent une courbe donnée. [0043] L'arbre 32 comporte une rainure annulaire 40. La rainure 40 s'étend radialement vers l'intérieur depuis la surface cylindrique extérieure de l'arbre 32. Plus particulièrement, l'épaisseur e4o de la rainure 40 selon la direction radiale est sensiblement la même sur toute sa circonférence autour de l'axe 38. [0044] L'ensemble 36 comporte une masselotte 42. La masselotte 42 est symétrique par rapport à un plan contenant l'axe 38 et perpendiculaire au vecteur Z. Le plan de coupe des figures 5 et 6 est le plan de symétrie de la masselotte 42. [0045] La masselotte 42 comporte un corps principal 44. Le corps 44 forme un cylindre dirigé par le vecteur X. Comme cela est visible sur la figure 4, la section axiale du corps 44 est délimitée par une portion circulaire 46, par une portion rectiligne 48, par une portion circulaire 50 et par une portion rectiligne 52. Plus précisément, la portion 46 forme un arc de cercle et la portion 50 forme un demi-cercle. Les portions 48 et 52 sont perpendiculaires au vecteur Z. [0046] Le corps 44 comporte une paroi interne 54. La paroi 54 est cylindrique et dirigée par le vecteur X. La section axiale de la paroi 54 comprend deux portions circulaires 56 et 58. Les portions 56 et 58 forment deux demi-cercles ayant le même diamètre (156s. Le diamètre (15.6s est très légèrement supérieur au diamètre dv. La portion circulaire 56 est centrée autour de l'axe 38. Le centre (non représenté) de la portion circulaire 58 est décalé par rapport à l'axe 38 selon la direction du vecteur Y et en sens opposé au sens du vecteur Y. La section axiale de la paroi 54 comporte deux portions latérales 60 rectilignes joignant les portions circulaires 56 et 58. Les plans de la paroi 54 correspondant aux poilions 60 sont perpendiculaires au vecteur Z. [0047] La masselotte 42 comporte une nervure 62 s'étendant radialement vers l'intérieur depuis la paroi 54. Plus précisément, la nervure 62 s'étend depuis les portions 58 et 60 radialement vers l'intérieur. La nervure 62 est radialement délimitée à l'intérieur par une surface cylindrique à section circulaire autour de l'axe 38 et de diamètre ds.6R. Plus précisément, la section axiale de la surface radiale intérieure de la nervure 62 et la portion 56 forment un cercle complet. De la sorte, la nervure 62 et la paroi cylindrique générée par la portion 56 forment un alésage cylindrique à base circulaire recevant l'arbre 32. [0048] L'épaisseur e62 de la nervure 62 sur la direction du vecteur X peut être calculée à partir de l'équation : 6 [0049]e C40 69 [0050] le coefficient a étant compris entre 1,1 et 1,4. Dans l'exemple illustré, le coefficient a est sensiblement égal à 1,25. L'épaisseur e4.4 du corps 44 selon la direction du vecteur X est sensiblement égale au double de l'épaisseur e62. [0051] La masselotte 42 comporte un bourrelet 64 s'étendant radialement vers l'extérieur depuis la portion 50 et latéralement vers l'extérieur depuis les portions 48 et 52 du corps 44. Plus précisément, le bourrelet 64 est délimité par une surface cylindrique extérieure 66 dirigée par le vecteur X. La surface 66 est constituée par une portion à base circulaire et deux portion planes perpendiculaires au vecteur X semblables aux portions 50, 48 et 52 respectives. Le bourrelet 64 est par ailleurs délimité par un chanfrein 68 notamment visible sur la vue en éclaté de la figure 3 et sur les vues en coupe des figures 5 et 6. [0052] La masselotte 42 comporte une rainure radiale 70. La rainure 70 est rectiligne et oblongue selon la direction du vecteur Y. La rainure 70 s'étend sur toute l'épaisseur axiale de la masselotte 42. La rainure 70 s'étend depuis la portion 46 selon la direction du vecteur Y et en sens opposé au sens du vecteur Y. La rainure 70 est délimitée par deux plans (non référencés) perpendiculaires au vecteur Z. L'épaisseur selon la direction du vecteur Z, qui correspond à la distance entre les deux plans précités, est notée em. La rainure 70 est aussi délimitée par un plan 72 perpendiculaire au vecteur Y. [0053] En référence aux figures 4 à 6, on a schématiquement représenté le centre de gravité 74 dc la masselotte 42. En particulier, le centre de gravité 74 est décalé par rapport à l'axe 38 selon la direction et le sens du vecteur Y. La nervure 62 est opposée au centre de gravité 74 par rapport à l'axe 38. [0054] Comme référencé sur la figure 3, le pignon 34 comporte un corps annulaire 76 doté d'une denture droite 78 s'étendant radialement vers l'extérieur depuis une surface cylindrique extérieure (non référencée) du corps 76. Le corps 76 est radialement délimité par une surface cylindrique intérieure 80 à section axiale circulaire de diamètre d80 très légèrement supérieur au diamètre 432. De la sorte, la surface 80 délimite un alésage cylindrique de révolution formant un logement pour recevoir l'arbre 32 et il est réalisé une liaison mécanique à pivot glissant d'axe 38 entre le corps annulaire 78 et l'arbre 32. [0055] Le pignon 34 comporte une protubérance 82 s'étendant selon la direction du vecteur X et en sens opposé au vecteur X depuis une face latérale du corps 76. La protubérance 82 est axialement délimitée par une surface plane 84. La protubérance 82 est radialement délimitée à l'extérieur par une surface cylindrique 86 à section axiale circulaire. La protubérance 82 est radialement délimitée à l'intérieur par une surface 88 sensiblement complémentaire des portions 48, 50, 52 et du bourrelet 64 de la 7 masselotte 42. Ainsi, la protubérance 82 est radialemcnt délimitée à l'intérieur par deux surface cylindriques (non référencées) dirigées par le vecteur X et jointes entre elles par un chanfrein (non référencé). De la sorte, la surface 88 forme un logement 90 recevant la masselotte 42. Les portions 48 et 52 et le bourrelet 64 glissent contre la paroi 88 de sorte à réaliser une liaison mécanique à glissière selon la direction du vecteur Y entre le pignon 34 et la masselotte 42. [0056] De référence à la figure 3, l'ensemble 36 comporte un couvercle 92. Le couvercle 92 est principalement constitué par un disque 94 comprenant un alésage intérieur cylindrique 96 à base circulaire de diamètre d568. [0057] Le couvercle 92 comporte une languette 98 s'étendant selon la direction et le sens du vecteur X depuis le disque 94. La languette est adjacente au contour radial extérieur du disque 94. Ainsi, la languette 98 forme sensiblement un plan perpendiculaire au vecteur Y et présente une épaisseur e98 selon la direction du vecteur Z sensiblement égale à l'épaisseur ego. [0058] Le couvercle 92 est monté sur le pignon 34. Plus précisément, le disque 94 est collé sur la surface 84 et la languette 98 est introduite dans la rainure 70. Le couvercle 92 ferme ainsi le logement 90 et la languette 98 améliore le guidage en liaison mécanique à glissière entre la masselotte 42 et le pignon 34. [0059] L'ensemble 36 comporte un ressort hélicoïdal 100. Le ressort 100 est dimensionné pour être reçu dans la rainure 70 et pour fonctionner en compression en étant intercalé entre la languette 98 et le plan 72. [0060] Le fonctionnement de l'ensemble 36 va maintenant être détaillé en référence aux figures 5 et 6. [0061] La figure 5 illustre l'ensemble 36 lorsque la vitesse de rotation w416 du pignon 34 par rapport au bâti 6 est nulle. Dans ce cas, le ressort 100 pousse la masselotte 42 selon la direction du vecteur Y et en sens opposé au sens du vecteur Y. Dans ces conditions, la nervure 62 est située hors de la rainure 40 et l'ensemble solidaire formé par le pignon 34, la masselotte 42 et le couvercle 92 peut se déplacer par rapport à l'arbre 32 en translation selon la direction du vecteur X. [0062] En référence à la figure 6, la vitesse CO 34/6 est non nulle et de valeur importante. Compte tenu de la position du centre de gravité 74 par rapport à l'axe 38, il apparait une force centrifuge s'exerçant sur la masselotte 42 et dirigée selon la direction et le sens du vecteur Y. La masselotte 42 comprime le ressort 100 et se déplace selon la direction et le sens du vecteur Y par rapport au pignon 34. De ce fait, la nervure 62 pénètre dans la rainure 40. En résultat, l'ensemble solidaire constitué par le pignon 34, la masselotte 42 et le couvercle 92 ne peut plus se déplacer en translation selon la direction du vecteur X par rapport à l'arbre 32. [0063] Ainsi, il est fourni à un moyen interdisant le déplacement en translation selon la 8 direction du vecteur X du pignon 34 par rapport à l'arbre 32, dès que la vitesse e)3416 dépasse un seuil de vitesse de rotation. Le réglage du seuil m. peut être fait en modifiant la masse de la masselotte 42, la position du centre de gravité 74 ou la raideur du ressort 100. [0064] Bien que l'exemple illustré comporte un ressort hélicoïdal, on peut bien entendu utiliser tout autre moyen de rappel élastique, notamment tout autre type de ressort, pour rappeler la masselotte 42 selon la direction du vecteur Y et en sens inverse au sens du vecteur Y afin de déverrouiller le mouvement de translation selon la direction du vecteur X lorsque la vitesse e)3416 devient inférieure au seuil 9