FR2925945A1 - Systeme de synchronisation d'une boite de vitesses comportant un frein et vehicule equipe d'un tel systeme - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un véhicule à système de synchronisation d'une boîte de vitesses et son procédé de commande.Le véhicule selon l'invention comprend un moteur (10), une boîte de vitesses (12) comportant un arbre primaire (26) et un arbre secondaire (28).Le système comprend un frein (59) interposé entre l'arbre primaire (26) et un carter (30) de la boîte de vitesses (12) et qui peut être activé pour freiner l'arbre primaire (26) quand la vitesse de ce dernier doit être abaissée jusqu'à atteindre une vitesse cible déterminée par la vitesse de l'arbre secondaire (28). Le système comporte en outre un élément d'actionnement synchronisé d'une part du manchon (56, 57, 58) entre sa position découplée et sa position accouplée et d'autre part du frein (59) entre une position active et une position inactive.

Description

"SYSTEME DE SYNCHRONISATION D'UNE BOITE DE VITESSES COMPORTANT UN FREIN ET VEHICULE EQUIPE D'UN TEL SYSTEME"

La présente invention est relative à des systèmes de synchronisation d'une boîte de vitesses et à des véhicules équipés d'un tel système de synchronisation. Elle concerne en particulier de tels systèmes utilisés dans une boîte de vitesses à manchons à crabots, en absence de synchroniseur à élément de synchronisation par friction. Dans des boîtes de vitesses séquentielles à crabots, les changements de rapport sont généralement commandés par un barillet de forme cylindrique qui commande la translation de fourchettes liées au barillet par des pions insérés dans des pistes de guidage. La rotation du barillet entraîne la translation d'une ou plusieurs fourchettes afin d'assurer le désengagement d'un rapport par passage d'un manchon en position découplée, et l'engagement d'un autre rapport, par passage d'un manchon en position accouplée. Dans une boîte de vitesses à manchons à crabots associés à un barillet de commande, chaque engagement de rapport provoque un choc dû au fait que, en absence de synchroniseur à élément de synchronisation par friction, le manchon rencontre le pignon fou du rapport à engager alors qu'ils évoluent à des vitesses de rotation différentes. Un inconvénient est que le choc est source de bruit, de perturbation de la chaîne de traction et d'usure des crabots à cause de vitesses différentielles trop importantes. Le document WO9110079 décrit un véhicule équipé d'une boîte de vitesses pilotée dans laquelle est prévu un système de synchronisation. Ce système comporte un arbre additionnel portant des pignons additionnels et un sous-système à deux embrayages agissant tant pour freiner l'arbre primaire lors d'un changement de rapport supérieur, ou montée de rapport, que pour accélérer l'arbre primaire lors d'un changement de rapport inférieur ou rétrogradage, des moyens électromagnétiques de commande étant disposés entre les embrayages pour les commander. Ce système a pour inconvénients d'être encombrant à cause des deux embrayages, onéreux et complexe à cause des moyens de commande et des capteurs de vitesse nécessaires au fonctionnement des embrayages. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients.

A cet effet, l'invention a pour objet une boîte de vitesses pour véhicule qui comporte un arbre primaire, un arbre secondaire et une pluralité de paires de pignons engrenés déterminant chacune un rapport de démultiplication de marche avant et comportant chacune un premier pignon solidaire de l'un des arbres et un deuxième pignon monté fou à rotation sur l'autre arbre, au moins un manchon à crabots alternativement en position accouplée en liant à rotation un des deuxièmes pignons et son arbre et en position découplée libre à rotation par rapport au deuxième pignon, et comportant un système de synchronisation des vitesses de rotation des arbres permettant le passage du manchon de sa position découplée à sa position accouplée en ajustant les vitesses de rotation du deuxième pignon et du manchon à crabots à accoupler. Le système de synchronisation comprend un frein qui est interposé entre l'arbre primaire et un carter de la boîte de vitesses et qui peut être activé pour freiner l'arbre primaire quand la vitesse de ce dernier doit être abaissée jusqu'à atteindre une vitesse cible déterminée par la vitesse de l'arbre secondaire. Le système de synchronisation comporte en outre un élément d'actionnement synchronisé d'une part du manchon entre sa position découplée et sa position accouplée et d'autre part du frein entre une position active et une position inactive.

Dans divers modes de réalisation de la boîte de vitesses selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes . - l'élément d'actionnement synchronisé est un barillet rotatif qui comporte au moins une partie cylindrique délimitant au moins une piste radiale d'actionnement d'un manchon recevant un doigt relié au manchon et une piste radiale d'actionnement du frein recevant un doigt relié au frein, les pistes sont décalées axialement les unes par rapport aux autres et comportent au moins une partie rectiligne perpendiculairement à l'axe de rotation du barillet et au moins une partie de déviation axiale inclinée par rapport à la partie rectiligne de façon à guider les doigts en les déplaçant axialement en fonction de la rotation du barillet pour respectivement activer le frein et déplacer le manchon entre ses positions accouplée et découplée et la partie de déviation axiale de la piste d'actionnement du frein est alignée, suivant une direction parallèle à l'axe de rotation du barillet, avec une partie de la piste d'actionnement du manchon précédant, dans le cas d'une rotation du barillet dans un sens de montée de rapport, un tronçon de piste dans lequel le doigt positionne le manchon en position accouplée ; - les pistes comportent une succession de parties rectilignes et de parties de déviation axiale ; - la piste d'actionnement du frein comporte dans chaque partie de déviation axiale, un bossage de déviation conformé de manière à constituer un obstacle au doigt pour le décaler axialement en actionnant le frein lors d'une rotation du barillet dans un sens de montée de rapport et à former une rampe suivant la direction radiale et autorisant un coulissement rectiligne du doigt sur le bossage lors d'une rotation du barillet dans un sens de rétrogradage ; - le frein est interposé entre un axe fixe solidaire du carter parallèlement à l'arbre primaire et un pignon de frein qui est monté fou sur l'axe fixe et qui est engrené avec un pignon solidaire de l'arbre primaire et le frein comporte au moins un disque solidaire de l'axe fixe et au moins un disque solidaire du pignon de frein en étant axialement mobile relativement au pignon sous la commande du doigt associé à la piste d'actionnement du frein ; - le pignon solidaire de l'arbre primaire est un pignon de renvoi distinct des pignons des paires de pignons de marche avant ; - l'axe fixe porte, monté fou et à l'opposé du pignon de frein, l'un de deux pignons de marche arrière dont l'autre pignon est solidaire de l'arbre secondaire ; -le pignon de frein est solidaire d'un tambour relié de façon débrayable au pignon de marche arrière monté fou sur l'axe fixe ; - le frein peut être activé en freinant l'arbre primaire avant le passage du manchon à crabots de sa position découplée à sa position accouplée lors d'une montée de rapport de vitesse ; - le frein peut être activé en freinant l'arbre primaire avant le passage du manchon à crabots de sa position découplée à sa position accouplée lors de l'engagement d'un premier rapport de marche avant ; - un manchon de premier rapport de marche avant étant pourvu d'un synchroniseur à éléments de friction, la piste d'actionnement recevant le doigt relié au manchon de premier rapport comporte des parties de déviation à rétrogradage dans lesquelles une protubérance est conformée de manière à constituer un obstacle au doigt pour le décaler axialement en actionnant partiellement le synchroniseur, c'est-à-dire sur une course limitée interdisant l'opération de crabotage, lors d'une rotation du barillet dans un sens de rétrogradage et à former une rampe autorisant un coulissement du doigt sur la protubérance lors d'une rotation du barillet dans un sens de montée de rapport. Par ailleurs, l'invention a également pour objet un véhicule comportant un moteur et au moins une roue motrice, caractérisé en ce qu'il comporte une boîte de vitesses selon l'invention entre le moteur et la roue motrice. Selon un mode de réalisation du véhicule, l'arbre primaire est lié à rotation au moteur par l'intermédiaire d'un embrayage et l'arbre secondaire est lié à rotation à la roue motrice, et le système de synchronisation comprend en outre un dispositif de rétrogradage qui est apte à commander une accélération du moteur, lorsque le frein est inactif et l'embrayage est dans une position fermée, pour augmenter la vitesse de l'arbre primaire jusqu'à atteindre une vitesse cible déterminée par la vitesse de l'arbre secondaire, alors que le manchon est en position découplée de manière que l'arbre primaire tourne indépendamment de l'arbre secondaire. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins joints sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un groupe moto propulseur de véhicule comportant un système de synchronisation d'une boîte de vitesses selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un barillet permettant de commander le déplacement de deux fourchettes de changement de rapport dans une boîte de vitesses selon l'invention ; - les figures 3A à 3F sont des vues développées à 35 plat du barillet de la figure 2 montrant le profil du fond de pistes de guidage du barillet coopérant à coulissement avec des doigts de fourchette situés dans diverses positions dans un sens antihoraire de rotation du barillet ; - la figure 4 est une vue schématique en section transversale d'une partie de l'une des pistes du barillet de la figure 2 et du doigt coulissant dans cette dernière dans un sens horaire de rotation du barillet ; - la figure 5 est vue développée à plat d'une première variante de réalisation du barillet, montrant le profil du fond des pistes et les doigts dans leur position correspondant à celles de la figure 3C dans un sens antihoraire de rotation du barillet ; - la figure 6 est vue du mode de réalisation de la figure 5 dans laquelle le barillet est montré dans un 15 sens horaire de rotation ; - la figure 7 est vue développée à plat d'une deuxième variante de réalisation du barillet. Le véhicule auquel se rapporte l'invention comporte un groupe moto propulseur ayant un moteur 10 présentant 20 un arbre de sortie 10A et une boîte de vitesses pilotée 12, entre lesquels un embrayage piloté 14 est interposé. Des moyens de pilotage non représentés, tels qu'un calculateur, pilotent le fonctionnement automatique de la boîte de vitesses. Les moyens de pilotage pilotent 25 également des moyens d'actionnement de l'embrayage 14 pour l'ouvrir et le fermer. Un différentiel 16 est disposé en sortie de la boîte de vitesses afin d'entraîner des roues motrices du véhicule par l'intermédiaire de deux transmissions 18. 30 La boîte de vitesses 12 comporte un arbre primaire 26 et un arbre secondaire 28 qui sont montés à rotation par l'intermédiaire de paliers dans un carter 30. Selon le mode de réalisation représenté, les arbres 26 et 28 portent six paires de pignons engrenés en 35 permanence pour déterminer un rapport de démultiplication, à savoir les pignons référencés 40 et 41 pour le premier rapport de marche avant du véhicule ou première vitesse, 42 et 43 pour le deuxième rapport, 44 et 45 pour le troisième rapport, 46 et 47 pour le quatrième rapport, 48 et 49 pour le cinquième rapport, 50 et 51 pour le sixième rapport. Chaque paire de pignons de marche avant comporte un pignon dit fixe qui est solidaire de l'un des arbres et un pignon dit fou monté à rotation sur l'autre des arbres par l'intermédiaire d'un palier. Ainsi, sur l'arbre primaire 26, les pignons fixes sont les pignons des premier 40, deuxième 42, troisième 44 et quatrième 46 rapports, et sur l'arbre secondaire 28, les pignons fixes sont les pignons des cinquième 49 et sixième 51 rapports. La boîte de vitesses comporte trois manchons à crabots 56, 57 et 58 respectivement montés entre les pignons fous 41 et 43, entre les pignons fous 45 et 47 et entre les pignons fous 48 et 50 afin d'accoupler chacun de ces pignons fous et l'arbre 26 ou 28 qui lui correspond pour qu'un rapport soit engagé.

Chaque manchon est monté mobile axialement sur son arbre et est solidaire à rotation de cet arbre, entre une position découplée et une position accouplée dans laquelle des crabots internes de chaque manchon (non représentés) sont en prise avec des crabots 52 du pignon fou correspondant. Pour pouvoir passer de sa position découplée à sa position accouplée, un système de synchronisation permet à chaque manchon 56, 57 ou 58 d'avoir approximativement la même vitesse de rotation que le pignon 41, 43, 45, 47, 48 ou 50 avec lequel il doit s'engrener par l'intermédiaire des crabots correspondants. Dans l'invention, le système de synchronisation comporte des actionneurs de déplacement des manchons à crabots 56, 57, 58. Comme il sera décrit plus en détail ultérieurement en relation avec les figures 2 et 3A à 3F, les actionneurs comportent un barillet 61 qui est un élément déplaçant des fourchettes 68, 69 liées aux manchons en étant piloté par les moyens de pilotage automatique de la boîte de vitesses, par exemple pour opérer un changement de rapport commandé par le conducteur dans un mode impulsionnel de fonctionnement de la boîte pilotée. Le système de synchronisation comporte également un frein 59 pouvant être commandé pour les montées de rapport ou l'engagement d'un premier rapport de marche avant. Le système de synchronisation comporte en outre un dispositif permettant le rétrogradage d'un rapport de vitesse. Pour le rétrogradage, le dispositif met en oeuvre les moyens de pilotage, les moyens d'actionnement de l'embrayage 14 et les actionneurs de déplacement des manchons à crabots 56, 57, 58. De préférence, le frein 59 comporte un corps 60 en forme générale de tambour à une extrémité duquel est disposé un pignon de frein 62 engrené en permanence avec un pignon fixe de renvoi 63 qui est solidaire de l'arbre primaire. Le pignon de frein 62 est montée fou à rotation par l'intermédiaire d'un palier 66 sur un axe fixe 64 solidaire du carter 30, parallèlement à l'arbre primaire 26. La paroi périphérique du tambour 60 délimite un logement interne cylindrique comportant des premiers disques formés par une série de plaques radiales annulaires de freinage 70 qui sont fixées à translation par une liaison de type cannelure à leur périphérie à la face interne de la paroi périphérique et qui sont traversées coaxialement par l'axe 64. En regard des plaques 70, le frein comporte une série de disques de freinage 72 qui sont solidaires de l'axe fixe 64 perpendiculairement à ce dernier et qui sont de ce fait fixes par rapport au carter 30. Quand le frein est inactif, les disques 72 ne sont pas en contact avec les plaques 70 et il n'y a par conséquent pas de freinage. Des organes d'actionnement permettent de rendre le frein 59 actif, en rapprochant les disques 72 et les plaques 70 pour les amener en contact de friction pour freiner l'arbre primaire 26 par l'intermédiaire du pignon 62 et du pignon 63, et ce indépendamment de l'arbre secondaire et de la chaîne de traction qui en est solidaire. Ces organes d'actionnement, qui comprennent le barillet 61 comme élément commun avec les actionneurs de déplacement des manchons, seront décrits plus en détail ultérieurement en relation avec les figures 2 et 3A à 3F. La boîte de vitesses comprend un pignon intermédiaire de marche arrière 80 monté fou sur l'axe fixe 64 et qui engrène avec un autre pignon de marche arrière solidaire de l'arbre secondaire 28, ce dernier pignon n'étant pas représenté sur la figure 1. Un synchroniseur de marche arrière 82 est monté entre le tambour 60 et le pignon de marche arrière 80, en étant disposé à l'opposé du pignon fou 62. Le synchroniseur 82 est de type classique, avec une couronne et un anneau de friction non représentés. En position découplée du synchroniseur 82 de marche arrière, le tambour 60 et le pignon 80 tournent à des vitesses différentes, et à sa position accouplée, le tambour 60 et le pignon 80 tournent à la même vitesse. Concernant les actionneurs de déplacement des manchons, seuls sont représentés dans les figures 2 et 3A à 3F ceux permettant le déplacement des manchons 56, 57.

Ceux permettant le déplacement du manchon 58 fonctionnent sur le même principe. Les séquences de déplacement des manchons à crabots 56, 57 sont obtenues par les fourchettes 68 et 69 qui sont actionnées par le barillet 61.

Chacune des fourchettes 68, 69 a un corps 90, 91 monté coulissant le long d'un axe cylindrique fixe 94 parallèle aux arbres primaire 26 et secondaire 28. Chaque fourchette 68, 69 comporte deux branches 96 portées par leur corps 90, 91, les branches 96 de la fourchette 68 étant liées au manchon 56 et les branches 96 de la fourchette 69 étant liées au manchon 57. Le corps 90, 91 de chaque fourchette 68, 69 comporte, à l'opposé de ses branches 96, un doigt 98, 99 actionné par le barillet 61. Le barillet 61 est un cylindre rotatif dont l'axe de rotation A2 est parallèle à l'axe 94 et aux arbres de la boîte de vitesses. Le barillet est par exemple entraîné à rotation par un moteur électrique en réponse à des ordres donnés par les moyens de pilotage. Le barillet 61 comprend plusieurs pistes ou gorges radiales de guidage généralement circulaires 102, 103 et axialement décalées les unes par rapport aux autres. Chaque piste reçoit radialement un doigt 98, 99 solidaire de sa fourchette 68, 69. Il y a autant de pistes de guidage 102, 103 qu'il y a de doigts 98, 99. Ainsi, aux figures 2 et 3A à 3F, seules deux pistes de guidage 102, 103 associées respectivement à deux doigts de fourchettes 98, 99, sont représentées sur le barillet 61 qui est représenté partiellement, mais le barillet 61 comporte du côté de la piste 103, une piste supplémentaire non représentée pour l'actionnement du manchon à crabots 58 des cinquièmes et sixième rapports de vitesse. La rotation commandée du barillet 61 autour de son axe A2, permet de guider sélectivement les doigts 98, 99 dans des chicanes des pistes périphériques 102, 103 du barillet 61 pour provoquer des mouvements axiaux des doigts 98, 99 et le crabotage des crabots 52 par les fourchettes associées aux doigts 98, 99. En outre, comme il sera détaillé ultérieurement, pour commander le frein 59 de façon synchronisée aux montées de rapport commandées lors de la rotation du barillet 61, le barillet comporte une piste 106 qui fait partie des organes d'actionnement du frein, lesquels comportent un doigt 107 (figures 3A à 3F) relié au tambour 60 du frein 59, par exemple par l'intermédiaire d'une fourchette et d'un manchon non représentés. Les figures 3A à 3F, représentent une vue développée suivant un plan de la surface cylindrique du barillet 61 en montrant trois des quatre pistes de réception des quatre doigts radiaux. Chaque piste de guidage 102, 103 servant à l'actionnement des manchons 56, 57 comprend une partie neutre 102A, 103A qui est rectiligne perpendiculairement à l'axe A2 et qui correspond à la position découplée des crabots 52. Chaque piste 102, 103 comprend des parties de déviation axiale formées par des chicanes permettant de dévier axialement le doigt associé 98, 99 afin de positionner les manchons en position accouplée, lors de rotation du barillet 61 dans le sens de la flèche 61M pour les montées de rapport et dans le sens de la flèche 61R pour les changements de rapport en rétrogradant. La piste 102 comporte une chicane 110 pour le crabotage du manchon 56 avec le pignon 41 et une chicane 112 pour le crabotage du manchon 56 avec le pignon 43. La piste 103 comporte une chicane 114 pour le crabotage du manchon 57 avec le pignon 45 et une chicane 116 pour le crabotage du manchon 57 avec le pignon 47. Les chicanes 110 et 114 sont orientées axialement à l'opposé des chicanes 112 et 116 pour déplacer les doigts dans des sens opposés. Chaque chicane des pistes 102 et 103 permettant le crabotage comporte, raccordés entre eux : un tronçon incliné 120 à partir de la partie neutre 102A, 103A, un tronçon 122 décalée axialement et parallèle à la partie neutre, pour une position accouplée des crabots, et un tronçon incliné 124 jusqu'à la partie neutre. Les portions inclinées permettent les déplacements des manchons entre leur position découplée et leurs positions accouplées.

La piste 106 permettant l'actionnement du frein comprend une partie neutre 106A qui est rectiligne perpendiculairement à l'axe A2 du barillet 61 et qui correspond à la position inactive du frein et des parties de déviation 130. Chacune des parties de déviation 130 comporte, sur le principe des chicanes, un premier tronçon de guidage incliné 134, un tronçon axialement décalé 136 correspondant à une position active du frein et un deuxième tronçon de guidage incliné 138. Ces tronçons permettent le guidage du doigt 107 autour d'un bossage 131. Dans les parties de déviation 130, les surfaces latérales du côté concave (à gauche sur les figures) sont radiales, tout comme du côté convexe (à droite sur les figures) la surface latérale du tronçon incliné 134 et celle du tronçon décalé 136. Par contre, la surface 140 (figure 4) du côté convexe du tronçon incliné 138 n'est pas radiale mais elle présente un profil incliné en formant une rampe à partir du fond 142 de la rainure 106. Différentes phases de fonctionnement du système de synchronisation vont être maintenant décrites. A cet effet, les figures 3A à 3F montrent le déplacement relatif entre le doigt 98, 99 et 107 et les rainures 102, 103 et 106 pour expliciter la synchronisation de l'actionnement du frein et les changements de position des manchons. Durant ces phases, chaque ouverture et chaque fermeture de l'embrayage 14 sont effectuées par le biais des moyens d'actionnement de l'embrayage qui sont commandés par les moyens de pilotage. Le frein 59 est actionné par les organes d'actionnement comportant en particulier le barillet 61, sous la commande des moyens de pilotage. Les manchons de crabots 56, 57, 58 sont translatés par les actionneurs comportant en particulier le barillet 61, sous la commande des moyens de pilotage.

Préalablement à la phase d'engagement du premier rapport de marche, le véhicule est considéré à l'arrêt, ce qui implique que l'arbre secondaire 28 est à l'arrêt, que chacun des manchons de crabots est en positon découplée, que le synchroniseur 82 est en position découplée et que l'embrayage 14 est fermé. Comme l'embrayage est fermé l'arbre primaire 26 tourne au même régime que le moteur 10. Pendant la phase d'engagement du premier rapport de 10 marche avant, l'embrayage 14 est tout d'abord ouvert pour découpler l'arbre primaire 26 et le moteur 10. Le frein 59 est alors actionné pour arrêter rapidement l'arbre primaire par rotation du barillet 61 dans le sens antihoraire, indiqué par la flèche 61M, le 15 doigt 107 étant alors axialement décalé lors de son coulissement successivement dans les tronçons 134, 136 et 138. Les arbres primaire et secondaire étant tous les deux arrêtés, le manchon à crabots 56 est alors translaté 20 vers le pignon fou 41, par rotation du barillet 61 dans le sens antihoraire jusqu'à ce que le doigt 98 soit dans le tronçon décalé 122 en mettant le manchon 56 en position accouplée avec le pignon 41, c'est-à-dire jusqu'à ce que les crabots du manchon 56 et ceux 52 du 25 pignon 41 soient engrenées. Le rapport étant engagé quand le doigt 98 est dans le tronçon 122 de la chicane 110 (figure 3A), l'embrayage 14 peut alors être refermé progressivement pour la mise en mouvement du véhicule. Avantageusement, sous l'action du frein 59 commandé 30 par le barillet 61, les vitesses de rotation des arbres sont ajustés très rapidement du fait que le pignon 62 du frein agit directement sur le pignon de renvoi 63 qui est solidaire de l'arbre primaire. Ainsi, le frein doit vaincre seulement l'inertie de l'arbre primaire et des 35 pièces qui y sont liées, du corps 60 et du pignon 62, au bénéfice du temps de freinage. Du fait de l'ajustement rapide de la vitesse des arbres, le changement de rapport peut être effectué avec la rapidité d'un changement de rapport d'une boîte de vitesses manuelle à crabots de véhicule de compétition exécuté par un pilote expérimenté. Avantageusement, le manchon à crabots 56 est accouplé avec le pignon fou 41 sans choc, au bénéfice du confort, du silence de fonctionnement de la boîte de vitesses et de la réduction de l'usure de la boîte de vitesses. Pendant une phase de montée de rapport, par exemple pour passer du premier rapport de vitesse au deuxième rapport de vitesse comme représenté sur les figures 3A à 3F, l'embrayage 14 est ouvert.

Ensuite, le manchon 56 est découplé du pignon 41 par translation axiale du fait de la rotation du barillet 61 et du déplacement axial du doigt 98 engagé dans le tronçon incliné 124 de la chicane 110 (figures 3B et 3C). Alors que le doigt 98 est encore dans la portion 124, le doigt 107 est engagé simultanément dans le tronçon 134 (figure 3C) ce qui entraîne un rapprochement des plaques 70 et des disques 72 du frein 59. En continuant la rotation du barillet 61, le frein est alors immédiatement actionné dans une étape de freinage ayant pour but de freiner les inerties de l'arbre primaire 26, de ses pignons fixes 40, 42, 44 et 46, ainsi que l'inertie des pignons fous 41, 43, 45 et 47 qui sont engrenés avec lesdits pignons fixes. Pendant l'étape de freinage, le doigt 98 est dans la portion neutre 102A entre les chicanes 110 et 112, et le doigt 107 est dans le tronçon 136 (figure 3D). De ce fait, les plaques 70 et les disques 72 sont en contact de friction jusqu'à ce que l'arbre primaire 26 soit freiné à une vitesse de rotation cible déterminée de façon que le pignon fixe 42 engrené avec le pignon fou 43 entraîne ce dernier, compte tenu du rapport de démultiplication du deuxième rapport de vitesse, à la vitesse de rotation de l'arbre secondaire 28 entraîné par les roues du véhicule. Le temps de freinage est déterminé par la définition géométrique de la piste 103 ainsi que par la rotation du barillet, cette dernière n'étant pas nécessairement stoppée pendant le freinage. Quand les vitesses de rotation sont ajustées comme ci-dessus indiqué, le frein 59 est immédiatement rendu inactif par la poursuite de la rotation du barillet 61 entraînant la mise en correspondance du doigt 107 avec le tronçon 138 puis sa mise au neutre dans le tronçon 106A et le manchon à crabots 56 est couplé avec le pignon 43 par translation du fait de la mise en correspondance du doigt 98 avec le tronçon 120 puis avec le tronçon 122 de la chicane 112 (figure 3F). Ensuite, l'embrayage 14 est fermé. Avantageusement, l'intervalle de temps nécessaire au déplacement du manchon 56 entre ses deux positions accouplées est suffisant pour permettre dans le même temps d'effectuer le freinage de l'arbre primaire 26 entre sa vitesse initiale correspondant au régime du moteur 10 immédiatement avant la phase de montée de rapport et sa vitesse cible. Cette dernière est déterminée par la vitesse de l'arbre secondaire 28 immédiatement avant la phase de montée de rapport, en tenant compte du rapport de démultiplication de la paire de pignons 42 et 43. Pour un changement de rapport entre par exemple le quatrième rapport et le cinquième rapport, le processus est sur le même principe, deux manchons à crabots étant ici successivement actionnés, à savoir le manchon 57 qui est découplé du pignon 47 par translation avant le freinage du fait du déplacement axial du doigt 99 dans le tronçon 124 de la chicane 116 de la piste 103 et le manchon 58 qui est accouplé avec le pignon 47 par translation après le freinage. Ici, la vitesse cible de l'arbre primaire 26 est déterminée par celle de l'arbre secondaire 28 immédiatement avant la phase de montée de rapport, en tenant compte du rapport de démultiplication de la paire de pignons 48 et 49.

Pendant une phase d'engagement du rapport de marche arrière, les doigts 98, 99 et 107 dans les pistes 102, 103 et 106 sont au neutre. L'embrayage 14 est tout d'abord ouvert et le frein 59 est au repos. Comme l'arbre primaire 26 et le moteur sont découplés, le synchroniseur 82 est actionné de façon classique par coulissement de sa couronne pour l'engrener avec le ou les éléments de friction solidaires en rotation du pignon de marche arrière et égaliser progressivement par friction la vitesse du corps 60 avec celle du pignon 80 et enfin mettre ces derniers en prise. Le rapport de marche arrière étant engagé, l'embrayage 14 peut alors être refermé progressivement pour la mise en mouvement du véhicule. Un type de phase correspond à un changement de rapport en rétrogradant, dit rétrogradage, pendant lequel il y a passage d'un rapport de vitesse supérieur à un rapport de vitesse inférieur. Pendant la phase de rétrogradage, par exemple pour passer du deuxième rapport de vitesse au premier rapport de vitesse, alors que le véhicule roule, le frein n'est pas utilisé malgré la rotation du barillet 61 dans le sens horaire pour découpler et accoupler les manchons. En effet, lors de la rotation du barillet 61 dans le sens horaire, c'est-à-dire dans le sens indiqué par la flèche 61R sur les figures, le doigt 107 n'est pas dévié axialement et reste toujours au neutre aligné avec la partie 106A de la piste 106. En effet, quand le doigt 107 est en regard des parties de dérivation 130, il reste aligné avec la partie 106A car il glisse sur la rampe 140 (figure 4) avant de revenir au contact du fond 142 de la piste 106. Le doigt 107 est par exemple télescopique pour que sa hauteur soit ajustée au passage de la rampe 140. Pendant diverses étapes de cette phase, l'embrayage 14 est ouvert, puis le manchon 56 est découplé du pignon 43 par rotation du barillet 61 entraînant un passage du doigt 98 dans le tronçon 120 de la chicane 112 et une mise en correspondance du doigt 98 avec la partie 102A adjacente, puis l'embrayage 14 est fermé. Ensuite, le régime du moteur est accéléré jusqu'à un régime cible déterminé par la vitesse de l'arbre secondaire en tenant compte du rapport de démultiplication de la paire de pignons 40 et 41. L'embrayage 14 est alors ouvert, puis le manchon 56 est accouplé avec le pignon 41 par rotation du barillet 61 entraînant un passage du doigt 98 dans le tronçon 124 de la chicane 110 et une mise en correspondance du doigt 98 avec le tronçon décalé 122 de la chicane 120, et enfin, l'embrayage 14 est fermé. L'accélération du régime du moteur est par exemple commandée par les moyens de pilotage de la boîte qui envoient un signal à une unité de gestion du fonctionnement du moteur afin que cette dernière fasse monter le moteur en régime. L'augmentation de régime à commander au moteur est déterminée simplement en fonction du rapport inférieur à engager et du régime initial du moteur. De plus, il est possible d'effectuer préférentiellement les changements de rapport en rétrogradant à faible régime, donc à faible différentiel de régime, ce qui réduit les problèmes de chocs et l'ajustement de régime.

Le changement de rapport en rétrogradant est très rapide du fait que la seule inertie intervenant lors du changement de rapport est celle du moteur qui accélère à vide du fait qu'il doit vaincre uniquement l'inertie de l'arbre primaire et des pièces qui y sont liées. En effet, pendant l'accélération, l'arbre primaire 26 tourne indépendamment de l'arbre secondaire 28, c'est-à-dire qu'aucun pignon de l'arbre secondaire n'entraîne l'arbre primaire. Selon une variante de réalisation qui est représentée aux figures 5 et 6 et dont le principe de fonctionnement ne change pas par rapport a celui du mode de réalisation décrit ci-avant, un tronçon 150 est incliné en continu entre les tronçons 122 des chicanes 110 et 112 pour la piste 102 et des chicanes 114 et 116 pour la piste 103. Selon cette variante, le bossage 131 de chacune des parties de déviation 130 a une section triangulaire plus petite que celle du bossage 131 du mode de réalisation décrit ci-avant. De plus, un jeu 152 sur les pistes 102 et 103 garantit que l'on dispose d'un temps suffisant entre le dégagement d'un rapport initial et l'engagement du rapport suivant lors du déplacement des manchons à crabots pour actionner le frein 59. Ce jeu 152 représenté ici sur les pistes 102 et 103 correspond à un jeu axial appelé garde au crabotage entre les crabots des manchons et les crabots des pignons fous. Le jeu 152 n'implique pas d'augmentation axiale de l'encombrement du barillet. Selon une autre variante de réalisation du barillet qui est représentée à la figure 7, un synchroniseur classique comportant des éléments de synchronisation par friction est disposé entre le manchon 56 et le pignon 41 du premier rapport de vitesse de marche avant. La piste 102 servant à l'actionnement du manchon 56 est modifiée par rapport à la piste 102 du mode de réalisation représenté aux figures 5 et 6, car elle comporte des parties élargies 160 de déviation, représentées en traits pointillés à la figure 7. Dans chacune des parties élargies 160, une protubérance 162 est conformée de manière à constituer un obstacle au doigt pour le décaler axialement en actionnant le synchroniseur lors d'une rotation du barillet dans un sens de rétrogradage et à former une rampe suivant la direction radiale et autorisant un coulissement du doigt sur la protubérance lors d'une rotation du barillet dans un sens de montée de rapport. A cet effet, le profil de la protubérance 162, à l'image de celui du bossage 131, comporte une surface radiale 164 de manière à faire obstacle au doigt 98 en le décalant axialement pour actionner le synchroniseur en déplaçant axialement le manchon 56 dans le cas d'une rotation du barillet dans un sens 61R de rétrogradage. De plus, le profil de la protubérance 162 comporte une surface radialement inclinée 166 à partir du fond de la piste en formant une rampe autorisant un coulissement du doigt sur la protubérance dans le cas d'une rotation du barillet dans un sens 61M de montée de rapport, ce qui permet de ne pas changer le fonctionnement de la boîte de vitesse pour les montées de rapport. Par contre pour les changements de vitesse en rétrogradant, au lieu d'accélérer directement le moteur pour augmenter la vitesse de rotation de l'arbre primaire, c'est le couplage de l'arbre secondaire et de l'arbre primaire par la paire de pignons du premier rapport qui fait augmenter la vitesse de rotation de l'arbre primaire, en faisant intervenir de façon synchronisée le manchon 56 et le synchroniseur. En effet, dans la direction de l'axe du barillet, les protubérances 162 sont alignées avec des portions des pistes dans lesquelles lors d'un rétrogradage, le manchon 57 passe d'une position désaccouplée à une position accouplée, au début de cet d'accouplement. Les bossages 131 sont tels que lors des rétrogradages autres que celui du deuxième rapport vers le premier rapport, par exemple celui du troisième rapport vers le deuxième rapport, la course du pion 107 est limitée et le synchroniseur est actionné partiellement sur une course telle que le manchon 56 du premier rapport est découplé du pignon 41 du premier rapport qui lui correspond.

En variante non représentée, le système à plaques et disques du frein est remplacé par un système multi disques coniques. En variante non représentée, ce n'est pas un barillet rotatif qui sert d'élément commun aux organes d'actionnement du frein et aux actionneurs de déplacement des manchons, mais une pièce mobile à translation du type d'une grille. Avantageusement, l'invention permet de proposer une centralisation de l'ajustement des vitesses d'arbres primaire et secondaire pour l'ensemble des rapports, sans utiliser de moyens de pilotage complexes, en utilisant un barillet simple et économique à réaliser. Avantageusement, l'invention permet de supprimer les synchroniseurs habituellement utilisés dans les boîtes de vitesses de type robotisées, en les remplaçant par des manchons à crabots qui permettent de rendre plus rapide les engagements de rapport du fait que les phases de synchronisation, vol libre des manchons en position découplée et crabotage simultanées des synchroniseurs classiques sont ici rendues indépendantes. Ainsi il y a un découplage rapide des manchons à crabots, un ajustement rapide de vitesse de rotation des arbres sans perturbations de la chaîne de traction liées aux roues, l'inertie de cette chaîne n'intervenant pas pour l'égalisation des régimes de rotation et un accouplement rapide des manchons à crabots. Avantageusement, l'invention permet de proposer une centralisation de l'ajustement des vitesses d'arbres primaire et secondaire pour l'ensemble des rapports, tout en limitant l'impact sur la chaîne de traction liée aux roues. Avantageusement, dans le mode de réalisation de l'invention qui est représenté, le frein 59 étant situé au niveau de l'axe de marche arrière, la boîte de vitesse peut conserver sensiblement son encombrement habituel.

Une architecture de boîte de vitesses classique peut être conservée. En particulier, le pignon de marche arrière 80 peut être un pignon de marche arrière de boîte de vitesse manuelle synchronisée classique.

Avantageusement, l'invention peut être utilisée quel que soit le mode de commutation de la boîte séquentielle, c'est-à-dire commuté manuellement ou automatiquement selon son mode de fonctionnement. Elle peut aussi être utilisée dans une boîte de vitesse manuelle, le barillet étant dans ce cas actionné à rotation lors de la manipulation du levier de vitesse.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Boîte de vitesses (12) pour véhicule qui comporte un arbre primaire (26), un arbre secondaire (28) et une pluralité de paires de pignons engrenés (40, 41 ; 42, 43 ; 44, 45 ; 46, 47 ; 48, 49 ; 50, 51) déterminant chacune un rapport de démultiplication de marche avant et comportant chacune un premier pignon (40, 42, 44, 46, 49, 51) solidaire de l'un des arbres et un deuxième pignon (41, 43, 45, 47, 48, 50) monté fou à rotation sur l'autre arbre, au moins un manchon à crabots (56, 57, 58) alternativement en position accouplée en liant à rotation un des deuxièmes pignons et son arbre et en position découplée libre à rotation par rapport au deuxième pignon, et comportant un système de synchronisation des vitesses de rotation des arbres permettant le passage du manchon (56, 57, 58) de sa position découplée à sa position accouplée en ajustant les vitesses de rotation du deuxième pignon (41, 43, 45, 47, 48, 50) et du manchon à crabots (56, 57, 58) à accoupler, caractérisée en ce que le système de synchronisation comprend un frein (59) qui est interposé entre l'arbre primaire (26) et un carter (30) de la boîte de vitesses (12) et qui peut être activé pour freiner l'arbre primaire (26) quand la vitesse de ce dernier doit être abaissée jusqu'à atteindre une vitesse cible déterminée par la vitesse de l'arbre secondaire (28) et en ce que le système de synchronisation comporte en outre un élément (61) d'actionnement synchronisé d'une part du manchon (56, 57, 58) entre sa position découplée et sa position accouplée et d'autre part du frein (59) entre une position active et une position inactive.

2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément (61) d'actionnement synchronisé est un barillet rotatif qui comporte au moins une partie cylindrique délimitant au moins une piste (102, 103) radiale d'actionnement d'un manchon (56, 57,58) recevant un doigt (98, 99) relié au manchon (56, 57, 58) et une piste radiale (106) d'actionnement du frein (59) recevant un doigt (107) relié au frein, en ce que les pistes (102, 103, 106) sont décalées axialement les unes par rapport aux autres et comportent au moins une partie rectiligne (102A, 103A, 106A) perpendiculairement à l'axe de rotation (A2) du barillet (61) et au moins une partie de déviation axiale (110, 112, 114, 116, 130) inclinée par rapport à la partie rectiligne (102A, 103A, 106A) de façon à guider les doigts (98, 99, 107) en les déplaçant axialement en fonction de la rotation du barillet pour respectivement activer le frein (59) et déplacer le manchon (56, 57, 58) entre ses positions accouplée et découplée et en ce que la partie de déviation axiale (130) de la piste (106) d'actionnement du frein (59) est alignée, suivant une direction parallèle à l'axe de rotation (A2) du barillet (61), avec une partie de la piste d'actionnement du manchon précédant, dans le cas d'une rotation du barillet dans un sens de montée de rapport, un tronçon (122) de piste dans lequel le doigt positionne le manchon en position accouplée.

3. Boîte de vitesses selon la revendication 2, caractérisée en ce que les pistes (102, 103, 106) comportent une succession de parties rectilignes et de parties de déviation axiale.

4. Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la piste (106) d'actionnement du frein (59) comporte dans chaque partie de déviation axiale (130), un bossage (131) de déviation conformé de manière à constituer un obstacle au doigt (107) pour le décaler axialement en actionnant le frein (59) lors d'une rotation du barillet (61) dans un sens de montée de rapport et à former une rampe (140) suivant la direction radiale et autorisant un coulissement rectiligne du doigt (107) sur le bossage(131) lors d'une rotation du barillet (61) dans un sens de rétrogradage.

5. Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le frein (59) est interposé entre un axe fixe (64) solidaire du carter (30) parallèlement à l'arbre primaire (26) et un pignon de frein (62) qui est monté fou sur l'axe fixe (64) et qui est engrené avec un pignon (63) solidaire de l'arbre primaire (26) et en ce que le frein (59) comporte au moins un disque (70, 72) solidaire de l'axe fixe (64) et au moins un disque (70) solidaire du pignon de frein (62) en étant axialement mobile relativement au pignon (62) sous la commande du doigt associé à la piste (107) d'actionnement du frein (59).

6. Boîte de vitesses selon la revendication 5, caractérisée en ce que le pignon (63) solidaire de l'arbre primaire (26) est un pignon de renvoi distinct des pignons (40, 41 ; 42, 43 ; 44, 45 ; 46, 47 ; 48, 49 ; 50, 51) des paires de pignons de marche avant.

7. Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que l'axe fixe (64) porte, monté fou et à l'opposé du pignon de frein (62), l'un (80) de deux pignons de marche arrière dont l'autre pignon est solidaire de l'arbre secondaire (28).

8. Boîte de vitesses selon la revendication 7, caractérisée en ce que le pignon de frein (62) est solidaire d'un tambour (60) relié de façon débrayable au pignon de marche arrière (80) monté fou sur l'axe fixe (64).

9. Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le frein (59) peut être activé en freinant l'arbre primaire (26) avant le passage du manchon à crabots (56, 57, 58) de sa position découplée à sa position accouplée lors d'une montée de rapport de vitesse.

10. Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le frein(59) peut être activé en freinant l'arbre primaire (26) avant le passage du manchon à crabots (56, 57, 58) de sa position découplée à sa position accouplée lors de l'engagement d'un premier rapport de marche avant.

11. Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un manchon (56) de premier rapport de marche avant pourvu d'un synchroniseur à éléments de friction et en ce que la piste (102) d'actionnement recevant le doigt (98) relié au manchon (56) de premier rapport comporte des parties de déviation (160) à rétrogradage dans lesquelles une protubérance (162) est conformée de manière à constituer un obstacle au doigt (98) pour le décaler axialement en actionnant partiellement le synchroniseur lors d'une rotation du barillet (61) dans un sens de rétrogradage et à former une rampe (166) autorisant un coulissement du doigt (98) sur la protubérance (162) lors d'une rotation du barillet (61) dans un sens de montée de rapport.

12. Véhicule comportant un moteur (10) et au moins une roue motrice, caractérisé en ce qu'il comporte une boîte de vitesses (12) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11 entre le moteur (10) et la roue motrice.

13. Véhicule selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'arbre primaire (26) est lié à rotation au moteur (10) par l'intermédiaire d'un embrayage (14) et l'arbre secondaire (28) est lié à rotation à la roue motrice, et en ce que le système de synchronisation comprend en outre un dispositif de rétrogradage qui est apte à commander une accélération du moteur (10), lorsque le frein (59) est inactif et l'embrayage (14) est dans une position fermée, pour augmenter la vitesse de l'arbre primaire (26) jusqu'à atteindre une vitesse cible déterminée par la vitesse de l'arbre secondaire (28), alors que le manchon (56, 57, 58) est en position découplée de manière que l'arbre primaire (26) tourne indépendamment de l'arbre secondaire (28).