WO1999056040A1 - Actionneur electromecanique pour boite de vitesses mecanique - Google Patents
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- F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
- F16H61/26—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms
- F16H61/28—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms with at least one movement of the final actuating mechanism being caused by a non-mechanical force, e.g. power-assisted
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- F16H2061/2884—Screw-nut devices
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- F16H63/02—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
- F16H63/30—Constructional features of the final output mechanisms
- F16H2063/3089—Spring assisted shift, e.g. springs for accumulating energy of shift movement and release it when clutch teeth are aligned
Definitions
- the present invention relates to an electromechanical actuator for a mechanical gearbox, in particular for a motor vehicle, intended to provide automatic controls for the selection and shifting of gears, of the type comprising at least one motor unit with gearmotor capable of supplying mechanical energy. necessary for said orders.
- selection (of a speed) is meant to designate the maneuver corresponding to a horizontal movement of the gear lever on the grid, of speeds, while by the expression “passage” is meant to designate the maneuver corresponding to a vertical displacement of this lever, for the engagement of the chosen speed.
- This vertical passage, ascending or descending, is generally accompanied by the actuation of the synchronization locks and therefore requires a certain expenditure of energy, also necessary, although to a lesser degree, for the selection maneuvers.
- the invention aims to establish an electromechanical actuator of the kind in question which is relatively simple and inexpensive while having the desired reliability and which can be installed as standard on new vehicles, or be installed afterwards on vehicles already equipped with a manual gear lever engagement control with conventional lever, without requiring a modification of the existing control.
- the object of the present invention is more particularly to optimize the sequencing of the movements by helping with a preselection, and also to help the driver to overcome the efforts required by the operation of the synchronization locks during gear change. It is also necessary to ensure that the end of the selection as well as the end of the shifting can be detected automatically in order to automatically stop the motor unit with gearmotor when the engagement of the desired speed is completed.
- an electromechanical actuator of the type defined at the beginning, is characterized in that this motor unit is associated on the one hand with an elastic system for storing its mechanical energy, this system being adapted to restore this energy of the power unit for selectively ensuring said automatic commands via a wheelhouse, respectively of selection or passage, and on the other hand to a limit switch suitable for causing the appearance of a signal representative, as the case may be, of the compressed state (energy storage) of said elastic system, of the abutment of said drive unit, and of the fact that the selection or engagement of the desired ratio of the box has been obtained.
- the motor unit with gearmotor can provide the energy required to operate the controls at lower power, by progressive storage of energy in the elastic system before rapid expansion. This energy will only be released when the power is sufficient to produce the frank engagement of the selected speed, without requiring a momentary increase in the power of the motor unit, and without causing it to slow down.
- the elastic system will thus allow better control of the selection efforts as well as the synchronization efforts when shifting gears, possibly in cooperation with a position sensor of the drive unit, the drive unit with gearmotor not having to be servo-controlled in effort, but only in position; the elastic system automatically standardizes the forces required from the drive unit.
- the motor unit also does not have to stop when it encounters the synchronization resistance, which saves time.
- the limit switch will provide the drive unit with abutment information, which allows the learning of the grid, either during the selection or when changing a gear, which will indicate the execution of this displacement, that is to say that the report has been engaged, or will also give the indication that the elastic system has stored energy, during the preselection or just before shifting speed.
- the limit switch will also provide information on the position of the synchronization and therefore on the wear of the synchronization locks.
- the invention can be implemented, in a manner known per se, with two motor units with gearmotor, one for the automatic control of said selections, the other for the automatic control of said passages, these two motor units with gearmotor being each controlled by a separate power module.
- the invention can also be implemented with a single power unit selectively controlling one or the other of the two wheelhouses.
- a single motor unit controlled by a single power module is used, this motor unit being able to be coupled to one or the other of two reducers by a mechanical switch, one of these reducers being adapted to ensure the control of the gear selection and the other to ensure their passage, via their respective wheelhouses.
- the present invention also relates, more specifically, on the one hand to the production of the mechanical switch, when the latter is necessary (in the case of a single drive unit), on the other hand to the production of the elastic storage system d mechanical energy (case of one or two motor units).
- an electromechanical actuator can also be characterized in that said mechanical switch comprises an electromagnet controlled, as well as an electric motor, by a power module, said motor comprising, wedged on its shaft, a pinion of sliding outlet, and said electromagnet being associated with a fixed rotation control pinion, axially connected to said output pinion and suitable for selectively occupying two axially offset positions, namely a position for which it brings said output pinion of the motor into engagement with a first reduction pinion coupled to a gearbox selection linkage, and a position for which it brings said motor output pinion into engagement with a second reduction pinion coupled to a linkage of passage of said box, said first reduction pinion being then blocked in rotation.
- said mechanical switch comprises an electromagnet controlled, as well as an electric motor, by a power module, said motor comprising, wedged on its shaft, a pinion of sliding outlet, and said electromagnet being associated with a fixed rotation control pinion, axially connected to said output pinion and suitable for selectively occupying two axially
- this electromechanical actuator could be characterized in that said mechanical switch comprises an electromagnet controlled, as well as an electric motor, by a power module, said motor comprising, wedged on its shaft, an output pinion constituting the planetary of a planetary reduction gear train, and said electromagnet being associated with a control pinion which is fixed in rotation and capable of selectively occupying two axially offset positions, namely a position for which it locks in rotation a first coupled pinion to the outer ring gear of said train, in which case the planet carrier can drive the gear shift control linkage with a first reduction gear, and a position for which it locks in rotation of a second pinion coupled to said planet carrier, in which case said outer gear ring can cause the gear selection wheelhouse with a second reduction ratio, the non-driven wheelhouse being blocked each time.
- said mechanical switch comprises an electromagnet controlled, as well as an electric motor, by a power module, said motor comprising, wedged on its shaft, an output pinion constituting the planetary of a planetary reduction gear train, and said
- the elastic mechanical energy storage system can also be implemented in different ways.
- it may comprise at least two pivoting plates connected to one another by a spring, the first being coupled to the output shaft of an electric motor, the second to a driven shaft coupled to a selection or passage control linkage, said other plate thus being able to occupy two angularly offset positions, namely a position locked by said linkage, for which said spring stores energy due to the rotation of said output shaft , and an active position at the passage of which the relaxation of said spring causes the operation of said linkage, the arrival in this active position causing one actuation of said limit switch.
- said electric motor is constituted by a worm gear motor in engagement with a toothed sector of said first plate.
- said elastic system comprises on the one hand a cage mounted to slide on an electric motor casing and coupled to a shift or selection control linkage, and on the other hand to a core mounted to slide relative to said cage, coupled to the output shaft of said motor and connected to the cage by one or more springs, said cage thus being able to occupy two axially offset positions, namely a position locked by said linkage, for which the said spring or springs store energy due to the rotation of said output shaft, and an active position when passing which the relaxation of said spring or springs causes the operation of said wheelhouse, the arrival in this active position causing one actuation of said limit switch.
- said electric motor is constituted by a geared motor with ball screws or trapezoidal threads engaged with a helical housing of said core.
- an angular position sensor of the drive unit is associated with said output shaft of the electric motor or with a member driven after reduction.
- FIG. 1 is a block diagram showing an electromechanical actuator according to the invention, for a mechanical gearbox showing the implementation of a power unit for controlling the selection of gears or their passage;
- FIG. 2 is a block diagram showing an electromechanical actuator according to the invention, for mechanical gearbox showing the implementation of a single drive unit for the successive control of the selection of speeds and their passage;
- FIG. 3 shows in schematic axial section a mechanical switch usable in the case of Figure 2;
- FIG. 4 schematically shows another mechanical switch usable in the case of Figure 2;
- FIG. 5 shows in axial section through the line V- V of Figure 6 an elastic system of mechanical energy storage usable in the case of Figures 1 and 2;
- the wheelhouse 1 of externally controlled gear selection 6 is driven by a power unit comprising a power module 2 supplying a DC motor with controlled current 3, which drives the wheelhouse 1 via a reduction gearbox movement 4 (or speed reducer) and of an elastic mechanical energy storage system 5.
- the assemblies 3, 4, 5 will be described below.
- a diagram F f (X) expressing the fact that the system comprises an energy storage spring, in principle prestressed, which is compressed progressively under the effect of 1 drive of the geared motor 3-4 and which can suddenly relax to restore the energy stored in a very short time and thus very quickly activate the wheelhouse 1, this making it possible to have only a motor 3 of limited power, less than the power required by actuation of the wheelhouse.
- the mechanical switch 9 can be controlled by an electromagnet (as will be seen below) or by an electric micromotor. If the movement transformation of the selection is not irreversible, the mechanical switch will have to perform this function: the motor will activate the gearshift control, the gear selection will have to be immobilized (energy of the preselection stored in the elastic system d 'energy storage).
- FIG. 3 there is shown diagrammatically in FIG. 3 a mechanical switch 9 suitable for coupling the output shaft 10 of the DC motor 3, ie to the shaft 11 for controlling the selector wheelhouse ls (via '' an elastic system 5s not shown in this figure), or to the shaft 12 for controlling the wheelhouse passage lp (likewise by means of an elastic system 5p not shown in this figure).
- an axially sliding pinion 13 keyed onto the shaft 10 has been mounted on the shaft 10 so as to be integral therewith in rotation.
- This output pinion 13 is engaged with a control pinion 14 capable of sliding axially parallel to the axis of the motor shaft 10, but locked in rotation by a fixed tooth 15 engaged in axial sliding in an external groove 14 " the pinion 14, which is connected to the movable core 16 of a fixed electromagnet 17 by a return spring 18.
- the electromagnet 17 When switching from the shift control to the gear selection control, the electromagnet 17 is activated and moves the core 16 to the right of the drawing, which, by means of the control pinion 14, makes it slide. the output pinion 13 on one shaft 10 and engages it with the reduction pinion 20, the reduction pinion 19 then being released.
- FIG. 4 there is shown the possible use of a planetary reduction gear train to switch the output pinion 13 'of the DC electric motor 3 or on the reduction pinion 19 connected by l 'shaft 12 to the gearshift linkage lp, or on the reduction pinion 20 connected by the shaft 11 to the selection wheelhouse ls.
- This planetary gear train has the output pinion 13 'as 10 planetary, and a set of satellites carried by a planet carrier 23 and meshed on the one hand with the output pinion 13 ', on the other hand with an external ring gear
- the pinion 21 or the pinion 24 can be locked in rotation by a control pinion 14 'locked in rotation by a fixed tooth 15 (as in FIG. 3) and which can slide axially thanks to the electromagnet 16, 17 with spring return 18, between two positions: in the position shown in Figure 4 the control gear
- control pinion 14 when the control pinion 14 'is moved to the right by the electromagnet 16, 17, when the latter is activated, it occupies the position shown in dotted lines for which it blocks the rotation of the second pinion 24, which at the same time blocks the rotation of the reduction pinion 19 of the passing linkage as well as that of the planet carrier 23.
- the outer ring gear 22 is then driven in rotation, as well as the first pinion 21, which drives the selection wheelhouse by 1 through the reduction pinion 20.
- FIGS. 5 and 6 show a first possible embodiment of an elastic system for storing the energy of a geared motor 3 controlled by its power module 2.
- the worm shaft 10 'of this geared motor is engaged with a toothed sector 25' of a first plate in the form of a circular sector 25, which can pivot on a tip of an axis 27 also serving as an axis of rotation to another plate in the form of a sector of a circle 26 of which it is 11 joined together.
- a precompressed spring 30 is formed at each of its ends. At one of its ends this spring is held in place by two vertical tabs of the plate 25, while at its other end it is held in place by two horizontal tabs of the plate 26.
- the spring 30 does not risk being subjected to tilting forces.
- the power module 2 can control via the motor 3 the return of the plates 25 and 26 from their respective initial positions.
- an elastic system including in the same casing 34, mounted at one end on an axis 35, the geared motor 3, its power module 2 as well as the elastic system proper, also referenced at 9.
- This elastic system comprises a cage 36 slidingly mounted on the casing 34 of the electric motor and coupled by the link 37 to a gearbox for selecting or shifting gear, here shown diagrammatically at 38.
- a core 39 is slidably mounted in this cage 36 and is engaged by a central helical housing 40 on the shaft, for example with a 10 "ball screw, of the geared motor 3.
- Opposite housings 41 of the cage 36 and 42 of the core 39 contain a set of precompressed springs 43.
- a limit switch 7 is arranged on the cage 36 to be operated by the arrival at the end of stroke of the core 39, and a position sensor of the actuator shown diagrammatically at 8 is associated to the 10 "shaft of the gearmotor.
- the rotation of the shaft 10 "causes the axial displacement of the core 39 by compressing the springs 43 as long as the resistance presented on the link 37 by the linkage 38 prevents the axial displacement of the cage 36.
- the linkage resistance becomes less than the force exerted by the springs 43 on the link 37, the springs suddenly relax, which maneuvers the wheelhouse 38 and controls the operation of the switch 7 at the end of the stroke.
- power 2 of the gear motor 3 can control the return of the cage 36 and the core 39 to their initial positions.
- the classic gear lever can also be 13 replaced by a multidirectional lever actuating electrical contacts, of the so-called “joy stick” type.
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Abstract
L'actionnement électromécanique pour la commande automatique d'une boîte de vitesses mécanique comporte un ensemble motoréducteur (3, 3', 4) commandé par un module de puissance (2). La liaison avec la timonerie (1) actionnant la commande externe (6) de la boîte se fait par l'intermédiaire d'un système élastique (5) d'emmagasinage d'énergie permettant de libérer brusquement la puissance du motoréducteur sur la timonerie (1) de sélection des vitesses ou de passage des vitesses. Un interrupteur de fin de course (7) et un capteur de position (8) permettent de connaître à chaque instant l'état de la commande. Un commutateur mécanique (non représenté) peut être prévu à la sortie du motoréducteur pour commander sélectivement deux timoneries: la timonerie de sélection des vitesses et la timonerie de passage des vitesses. Application à l'automobile.
Description
ACTIONNEUR ELECTROMECANIQUE POUR BOITE DE VITESSES MECANIQUE
La présente invention concerne un actionneur électromécanique pour boîte de vitesses mécanique, notamment pour véhicule automobile, destiné à assurer les commandes automatiques de la sélection et du passage des vitesses, du type comportant au moins une unité motrice à motoréducteur propre à fournir 1 ' énergie mécanique nécessaire auxdites commandes .
Par l'expression "sélection" (d'une vitesse) on entend désigner la manoeuvre correspondant à un déplacement horizontal du levier de vitesses sur la grille, des vitesses, tandis que par l'expression "passage" on entend désigner la manoeuvre correspondant à un déplacement vertical de ce levier, pour l'engagement de la vitesse choisie. Ce passage vertical, ascendant ou descendant, s'accompagne généralement de 1 ' actionnement des verrous de synchronisation et requiert donc une certaine dépense d'énergie, nécessaire aussi, quoique à un degré moindre, pour les manoeuvres de sélection.
L'invention vise à établir un actionneur électromé- canique du genre en question qui soit relativement simple et peu coûteux tout en présentant la fiabilité souhaitable et qui puisse être installé d'origine sur les véhicules neufs, ou être installé après coup sur des véhicules déjà équipés d'une commande d'engagement des vitesses manuelle à levier classique, sans nécessiter une modification de la commande existante.
Le but de la présente invention est plus particulièrement d ' optimiser le séquencement des déplacements en aidant à une présélection, et d'aider également le conduc- teur à surmonter les efforts nécessités par la manoeuvre des verrous de synchronisation lors du passage des vitesses.
Il convient aussi de faire en sorte que puissent être détectées automatiquement la fin de la sélection ainsi que la fin du passage des vitesses afin d'arrêter automatiquement l'unité motrice à motoréducteur lorsque l'engagement de la vitesse souhaitée est achevé.
A cet effet un actionneur électromécanique conforme à l'invention, du type défini au début, est caractérisé en ce que cette unité motrice est associée d'une part à un système élastique d'emmagasinage de son énergie mécanique, ce système étant adapté à restituer cette énergie de l'unité motrice pour assurer sélectivement lesdites commandes automatiques par l'intermédiaire d'une timonerie, respectivement de sélection ou de passage, et d'autre part à un interrupteur de fin de course propre à provoquer 1 ' appari- tion d'un signal représentatif, selon le cas, de l'état comprimé (emmagasinage d'énergie) dudit système élastique, de l'arrivée en butée de ladite unité motrice, et du fait que la sélection ou 1 ' engagement du rapport souhaité de la boîte a bien été obtenu. Grâce au système élastique d'emmagasinage d'énergie, les manoeuvres nécessitées par 1 ' engagement des vitesses pourront être uniformisées et rendues plus rapides tout en ne nécessitant pas une puissance importante pour 1 ' actionnement : l'unité motrice à motoréducteur pourra fournir l'énergie nécessaire aux manoeuvres des commandes à plus faible puissance, par emmagasinage progressif de l'énergie dans le système élastique avant détente rapide. Cette énergie ne sera libérée que lorsque la puissance sera suffisante pour produire l'engagement franc de la vitesse sélectionnée, sans nécessiter un accroissement momentané de la puissance de l'unité motrice, et sans provoquer son ralentissement .
Le système élastique, dont la précharge et la raideur sont connues, permettra ainsi de mieux maîtriser les efforts de sélection de même que les efforts de synchronisation lors du passage des vitesses, éventuellement en
coopération avec un capteur de position de l'unité motrice, l'unité motrice à motoréducteur n'ayant pas à être asservie en effort, mais seulement en position ; le système élastique uniformise automatiquement les efforts demandés à l'unité motrice. L'unité motrice n'a pas non plus à s'arrêter lorsqu'elle rencontre la résistance de synchronisation, d'où un gain de temps.
Quant à l'interrupteur de fin de course, il fournira l'information de mise en butée de l'unité motrice, ce qui permet l'apprentissage de la grille, soit lors de la sélection, soit lors du passage d'une vitesse, ce qui indiquera l'exécution de ce déplacement, c'est-à-dire que le rapport a bien été engagé, ou encore donnera l'indication que le système élastique a emmagasiné de l'énergie, au cours de la présélection ou juste avant le passage de la vitesse. En association avec le capteur de position de l'unité motrice lors du passage d'une vitesse, l'interrupteur de fin de course fournira encore une information sur la position de la synchronisation et par suite sur l'usure des verrous de synchronisation.
L'invention peut se mettre en oeuvre, d'une manière connue en soi, avec deux unités motrices à motoréducteur, l'une pour la commande automatique desdites sélections, l'autre pour la commande automatique desdits passages, ces deux unités motrices à motoréducteur étant commandées chacune par un module de puissance distinct.
L ' invention peut également se mettre en oeuvre avec une seule unité motrice commandant sélectivement l'une ou l'autre des deux timoneries. Dans ce cas, on met en oeuvre une seule unité motrice commandée par un seul module de puissance, cette unité motrice pouvant être accouplée à 1 ' un ou à 1 ' autre de deux réducteurs par un commutateur mécanique, l'un de ces réducteurs étant adapté à assurer la commande de la sélec- tion des vitesses et l'autre à assurer leur passage, par l'intermédiaire de leurs timoneries respectives.
La présente invention porte encore, plus spécifiquement, d'une part sur la réalisation du commutateur mécanique, lorsque celui-ci est nécessaire (cas d'une seule unité motrice), d'autre part sur la réalisation du système élastique d'emmagasinage d'énergie mécanique (cas d'une ou de deux unité motrices ) .
Ainsi, un actionneur électromécanique conforme à l'invention pourra encore être caractérisé en ce que ledit commutateur mécanique comporte un électroaimant commandé, ainsi qu'un moteur électrique, par un module de puissance, ledit moteur comportant, calé sur son arbre, un pignon de sortie coulissant, et ledit électroaimant étant associé à un pignon de commande fixe en rotation, relié axialement audit pignon de sortie et propre à occuper sélectivement deux positions axialement décalées, à savoir une 'position pour laquelle il amène ledit pignon de sortie du moteur en prise avec un premier pignon réducteur accouplé à une timonerie de sélection de la boîte, et une position pour laquelle il amène ledit pignon de sortie du moteur en prise avec un second pignon réducteur accouplé à une timonerie de passage de ladite boîte, ledit premier pignon réducteur étant alors bloqué en rotation.
Dans un autre mode de réalisation, cet actionneur électromécanique pourrait être caractérisé en ce que ledit commutateur mécanique comporte un électroaimant commandé, ainsi qu'un moteur électrique, par un module de puissance, ledit moteur comportant, calé sur son arbre, un pignon de sortie constituant le planétaire d'un train d'engrenages réducteur épicycloïdal, et ledit électroaimant étant associé à un pignon de commande fixe en rotation et propre à occuper sélectivement deux positions axialement décalées, à savoir une position pour laquelle il bloque en rotation un premier pignon accouplé à la couronne dentée extérieure dudit train, auquel cas le porte-satellites peut entraîner la timonerie de commande de passage des vitesses avec un premier rapport de réduction, et une position pour laquelle il bloque en
rotation un second pignon accouplé audit porte-satellites, auquel cas ladite couronne dentée extérieure peut entraîner la timonerie de sélection des vitesses avec un second rapport de réduction, la timonerie non entraînée étant ainsi à chaque fois bloquée.
Ces dispositions seront mieux vues par la suite. Le système élastique d'emmagasinage d'énergie mécanique pourra également être mis en oeuvre de différentes façons . Selon un premier mode de réalisation, il pourra comporter au moins deux plaques pivotantes reliées l'une à l'autre par un ressort, la première étant accouplée à l'arbre de sortie d'un moteur électrique, la seconde à un arbre mené accouplé à une timonerie de commande de sélection ou de passage, ladite autre plaque pouvant 'ainsi occuper deux positions angulairement décalées, à savoir une position bloquée par ladite timonerie, pour laquelle ledit ressort emmagasine de l'énergie du fait de la rotation dudit arbre de sortie, et une position active au passage de laquelle la détente dudit ressort provoque la manoeuvre de ladite timonerie, l'arrivée dans cette position active provoquant 1 ' actionnement dudit interrupteur de fin de course.
Avantageusement, ledit moteur électrique est constitué par un motoréducteur à vis sans fin en prise avec un secteur denté de ladite première plaque.
Selon un second mode de réalisation, ledit système élastique comporte d'une part une cage montée coulissante sur un carter de moteur électrique et accouplée à une timonerie de commande de sélection ou de passage, et d'autre part un noyau monté coulissant par rapport à ladite cage, accouplé à l'arbre de sortie dudit moteur et relié à la cage par un ou des ressorts, ladite cage pouvant ainsi occuper deux positions axialement décalées, à savoir une position bloquée par ladite timonerie, pour laquelle le ou lesdits ressorts emmagasinent de l'énergie du fait de la rotation dudit arbre de sortie, et une position active au passage de
laquelle la détente du ou desdits ressorts provoque la manoeuvre de ladite timonerie, l'arrivée dans cette position active provoquant 1 ' actionnement dudit interrupteur de fin de course. Avantageusement, ledit moteur électrique est constitué par un motoréducteur à vis à billes ou à filets trapézoïdaux en prise avec un logement hélicoïdal dudit noyau.
Avec ces différents modes de réalisation, il peut encore être avantageux de prévoir qu ' un capteur de position angulaire de 1 ' unité motrice est associé audit arbre de sortie du moteur électrique ou à un organe mené après réduction.
Différents modes d'exécution de l'invention vont maintenant être décrits à titre d'exemples nullement limitatifs, avec référence aux figures du dessin ci-annexé dans lequel :
- la figure 1 est un schéma synoptique montrant un actionneur électromécanique conforme à l'invention, pour boîte de vitesses mécanique montrant la mise en oeuvre d'une unité motrice pour la commande de la sélection des vitesses ou de leur passage ;
- la figure 2 est un schéma synoptique montrant un actionneur électromécanique conforme à l'invention, pour boîte de vitesses mécanique montrant la mise en oeuvre d'une seule unité motrice pour la commande successive de la sélection des vitesses et de leur passage;
- la figure 3 montre en coupe axiale schématique un commutateur mécanique utilisable dans le cas de la figure 2; - la figure 4 montre schématiquement un autre commutateur mécanique utilisable dans le cas de la figure 2;
- la figure 5 montre en coupe axiale par la ligne V- V de la figure 6 un système élastique d'emmagasinage d'énergie mécanique utilisable dans le cas des figures 1 et 2 ;
- la figure 6 montre ce système en coupe transver-
sale par la ligne VI-VI de la figure 5 ; et
- la figure 7 montre en coupe axiale un autre système élastique d'emmagasinage d'énergie mécanique utilisable dans le cas des figures 1 et 2. On voit que dans le mode de réalisation de la figure
1, la timonerie 1 de sélection des vitesses à commande externe 6 est entraînée par une unité motrice comportant un module de puissance 2 alimentant en courant commandé un moteur à courant continu 3, lequel entraîne la timonerie 1 par l'intermédiaire d'un réducteur de mouvement 4 (ou réducteur de vitesse) et d'un système élastique d'emmagasinage d'énergie mécanique 5. Les ensembles 3, 4, 5 seront décrits plus bas. Dans le rectangle représentant le système élastique 5, on a représenté un diagramme F = f(X) exprimant le fait que le système comporte un ressort d'emmagasinage d'énergie, en principe précontraint, qui est comprimé progressivement sous 1 ' effet de 1 ' entraînement du motoréducteur 3-4 et qui peut se détendre brusquement pour restituer 1 ' énergie emmagasinée en un temps très court et ainsi actionner très rapidement la timonerie 1 , ceci permettant de ne disposer que d'un moteur 3 de puissance limitée, inférieure à la puissance nécessitée par 1 ' actionnement de la timonerie. Lors de sa détente, ce système actionne un interrupteur de fin de course 7 dont le rôle a déjà été indiqué plus haut. Enfin on a représenté en 8 un capteur de position de l'unité motrice de tout type connu, par exemple électromagnétique et permettant de connaître à tout moment le positionnement de l'unité motrice.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, on pourra utiliser exactement le même schéma, avec un autre moteur à courant continu 3 ' , pour la commande du passage des vitesses. Cependant le moteur 3' pourra avoir une puissance différente de celle du moteur 3, et un rapport de réduction différent, de même que le système élastique pourra avoir une raideur différente, puisque les timoneries n'auront pas forcément les mêmes efforts à exercer sur la boîte de
8 vitesses . L ' analogie entre les structures des unité motrices pour les deux types de commande permettra ainsi une standardisation et une souplesse d'implantation des différents organes . Les commandes de sélection et de passage des vitesses ne se recoupant pas dans le temps, c'est-à-dire n'étant jamais en coïncidence, il est possible d'utiliser un seul ensemble module de puissance - moteur à courant continu pour commander soit la timonerie de sélection des vitesses, soit la timonerie de passage des vitesses, à condition de disposer d'un commutateur mécanique apte à accoupler l'arbre de sortie du moteur soit à un réducteur accouplé à la timonerie de sélection, soit à un réducteur accouplé à la timonerie de passage. C'est ce qui a été représenté par le schéma synoptique de la figure 2, dans lequel on a utilisé les mêmes références qu ' à la figure 1 pour désigner les mêmes éléments dans la partie commune, et les mêmes références accompagnées des indices s ou p dans les deux parties disposées après le commutateur mécanique 9, s pour la partie de commande de la timonerie de sélection, et p pour la partie de commande de la timonerie de passage des vitesses.
Le commutateur mécanique 9 pourra être commandé par un électroaimant ( comme cela sera vu plus bas ) ou par un micromoteur électrique. Si la transformation de mouvement de la sélection n'est pas irréversible, le commutateur mécanique devra assurer cette fonction : le moteur actionnera la commande du passage des vitesses, la sélection des vitesses devra être immobilisée (énergie de la présélection stockée dans le système élastique d'emmagasinage d'énergie).
Ceci étant, on a représenté schématiquement à la figure 3 un commutateur mécanique 9 propre à accoupler l'arbre de sortie 10 du moteur à courant continu 3 soit à l'arbre 11 de commande de la timonerie ls de sélection (par l'intermédiaire d'un système élastique 5s non représenté sur cette figure), soit à l'arbre 12 de commande de la timonerie
lp de passage (de même par l'intermédiaire d'un système élastique 5p non représenté sur cette figure).
A cet effet, on a monté sur l'arbre 10 un pignon axialement coulissant 13 claveté sur l'arbre 10 pour en être solidaire en rotation. Ce pignon de sortie 13 est en prise avec un pignon de commande 14 propre à coulisser axialement parallèlement à l'axe de l'arbre 10 du moteur, mais calé en rotation par une dent fixe 15 engagée à coulissement axial dans une rainure externe 14" du pignon 14, lequel est relié au noyau mobile 16 d'un électroaimant fixe 17 par un ressort de rappel 18.
Dans la position représentée sur la figure 3, 1 ' électroaimant n'est pas activé, et la position axiale du pignon de commande 14 est telle que le pignon de sortie 13 est en prise avec un pignon réducteur 19 accouplé à la timonerie de commande de passage de la boîte de vitesses par l'arbre 12. Dans cette position et pour la raison indiquée plus haut, le pignon de commande 14 bloque en rotation un autre pignon réducteur 20 accouplé à la timonerie de commande de sélection de la boîte de vitesses par 1 ' arbre 11.
Lorsque 1 ' on commute de la commande du passage à la commande de sélection des vitesses, 1 ' électroaimant 17 est activé et déplace le noyau 16 vers la droite du dessin, ce qui, par l'intermédiaire du pignon de commande 14, fait coulisser le pignon de sortie 13 sur 1 ' arbre 10 et le met en prise avec le pignon réducteur 20, le pignon réducteur 19 étant alors libéré.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, on a représenté l'utilisation possible d'un train d'engrenages réducteur épicycloïdal pour commuter le pignon de sortie 13 ' du moteur électrique à courant continu 3 soit sur le pignon réducteur 19 relié par l'arbre 12 à la timonerie de passage lp des vitesses, soit sur le pignon réducteur 20 relié par l'arbre 11 à la timonerie de sélection ls. Ce train d'engrenages épicycloïdal comporte le pignon de sortie 13 ' comme
10 planétaire, et un ensemble de satellites portés par un porte-satellites 23 et engrenés d'une part avec le pignon de sortie 13', d'autre part avec une couronne dentée extérieure
22, laquelle est accouplée à un premier pignon 21, tandis que le porte-satellites 23 est accouplé à un second pignon
24. Le pignon 21 ou le pignon 24 peut être bloqué en rotation par un pignon de commande 14' bloqué en rotation par une dent fixe 15 (comme sur la figure 3) et pouvant coulisser axialement grâce à 1 ' électroaimant 16, 17 à ressort de rappel 18, entre deux positions : dans la position représentée sur la figure 4 le pignon de commande
14' bloque le premier pignon 21 en prise avec le pignon réducteur 20 de la commande de sélection, ce qui bloque ce pignon 20 en même temps que la couronne dentée extérieure 22. De ce fait, le porte-satellites 23 entraîne dans sa rotation le second pignon 24 accouplé au pignon réducteur
19, ce qui entraîne la timonerie de passage des vitesses.
Au contraire, lorsque le pignon de commande 14' est déplacé vers la droite par 1 ' électroaimant 16, 17, lorsque celui-ci est activé, il occupe la position représentée en pointillés pour laquelle il bloque la rotation du second pignon 24, ce qui en même temps bloque la rotation du pignon réducteur 19 de la timonerie de passage ainsi que celle du porte-satellites 23. La couronne dentée extérieure 22 est alors entraînée en rotation, ainsi que le premier pignon 21, ce qui entraîne la timonerie de sélection par 1 ' intermédiaire du pignon réducteur 20.
Sur les figures 5 et 6 on a représente un premier mode de réalisation possible d'un système élastique d'emma- gasinage de l'énergie d'un motoréducteur 3 commandé par son module de puissance 2.
L'arbre à vis sans fin 10' de ce motoréducteur est en prise avec un secteur denté 25' d'une première plaque en forme de secteur circulaire 25, laquelle peut pivoter sur un bout d'axe 27 servant également d'axe de rotation à une autre plaque en forme de secteur de cercle 26 dont il est
11 solidarisé. Dans chacune des plaques 25 et 26, qui peuvent donc pivoter librement 1 ' une par rapport à 1 ' autre autour de leur axe commun 27, est ménagée une ouverture, respectivement 28 et 29, ces ouvertures étant en regard l'une de l'autre de sorte qu'elles peuvent servir à la réception d'un ressort précomprimé 30. A l'une de ses extrémités ce ressort est maintenu en place par deux pattes verticales de la plaque 25, tandis qu'à son autre extrémité il est maintenu en place par deux pattes horizontales de la plaque 26. Ainsi le ressort 30 ne risque pas d'être soumis à des efforts de basculemen .
Grâce à ce système élastique, on voit que la rotation de 1 ' arbre à vis sans fin 10 ' entraîne en rotation la plaque 25, ce qui comprime le ressort 30, la plaque 26 restant bloquée dans sa position par la force!.résistante de la timonerie correspondante, qui s'exerce sur l'axe de sortie 27 ( la rotule de liaison à la timonerie est référencée 33 sur la figure 6 ) . Lorsque le ressort 30 est suffisamment comprimé pour surmonter 1 ' effort résistant de la timonerie, il se détend en entraînant dans sa rotation la plaque 26 et l'axe de sortie 27, ce qui effectue la manoeuvre voulue de la timonerie concernée de sélection ou de passage. L'exécution de cette manoeuvre est constatée par la commande de 1 ' interrupteur de fin de course référencé en 7. Sur la figure 6 on a également représenté schématiquement en 8 le capteur de position de 1 ' actionneur, c'est-à-dire de son unité motrice 3.
Ensuite le module de puissance 2 peut commander par l'intermédiaire du moteur 3 le retour des plaques 25 et 26 de leurs positions initiales respectives.
Dans le mode de réalisation de la figure 7, on a représenté une variante dans laquelle les parties coopérantes du système élastique n'ont plus un déplacement relatif en rotation mais un déplacement relatif en translation, le principe général de fonctionnement étant cependant le même dans les deux cas .
12
Dans ce mode de réalisation on a représenté un système élastique incluant dans le même carter 34, monté à une extrémité sur un axe 35, le motoréducteur 3, son module de puissance 2 ainsi que le système élastique proprement dit, encore référencé en 9. Ce système élastique comporte une cage 36 montée coulissante sur le carter 34 du moteur électrique et accouplée par la liaison 37 à une timonerie de commande de sélection ou de passage des vitesses, ici schématisée en 38. Un noyau 39 est monté coulissant dans cette cage 36 et est engagé par un logement hélicoïdal central 40 sur l'arbre, par exemple à vis à billes 10", du motoréducteur 3. Des logements en regard 41 de la cage 36 et 42 du noyau 39 contiennent un ensemble de ressorts précomprimés 43. Enfin un interrupteur de fin de course 7 est disposé sur la cage 36 pour être manoeuvré pair l'arrivée en fin de course du noyau 39, et un capteur de position de 1 ' actionneur schématisé en 8 est associé à l'arbre 10" du motoréducteur.
Ceci étant, on voit que la rotation de l'arbre 10" entraîne le déplacement axial du noyau 39 en comprimant les ressorts 43 tant que la résistance présentée sur la liaison 37 par la timonerie 38 empêche le déplacement axial de la cage 36. Lorsque la résistance de la timonerie devient inférieure à la force exercée par les ressorts 43 sur la liaison 37, les ressorts se détendent brusquement, ce qui manoeuvre la timonerie 38 et commande en fin de course la manoeuvre de l'interrupteur 7. Ultérieurement, le module de puissance 2 du motoréducteur 3 peut commander le retour de la cage 36 et du noyau 39 à leurs positions initiales. Enfin, et comme cela ressort de ce qui précède, on comprend que les arbres de passage et de sélection sont rotatifs, et qu'il existe dans la boîte de vitesses au moins un dispositif transformant le mouvement de rotation de l'arbre de sélection en translation, les structures pouvant d'ailleurs être interverties.
Le levier de vitesses classique peut aussi être
13 remplacé par un levier multidirectionnel actionnant des contacts électriques, du type dit "joy stick".
Claims
14
REVENDICATIONS 1. Actionneur électromécanique pour boîte de vitesses mécanique, notamment pour véhicule automobile, destiné à assurer les commandes automatiques de la sélection et du passage des vitesses, du type comportant au moins un unité motrice à motoréducteur (3, 4) propre à fournir l'énergie mécanique nécessaire auxdites commandes, caractérisé en ce que cette unité motrice (3, 4) est associée d'une part à un système élastique ( 5 ) d ' emmagasinage de son énergie mécanique, ce système (5) étant adapté à restituer cette énergie de l'unité motrice pour assurer sélectivement lesdites commandes par l'intermédiaire d'une timonerie (1), respectivement de sélection ou de passage, et d'autre part à un interrupteur de fin de course ( 7 ) propre à provoquer l'apparition d'un signal représentatif, selon le cas, de 1 ' état comprimé ( emmagasinage d ' énergie ) dudit système élastique ( 5 ) , de 1 ' arrivée en butée de ladite unité motrice (3), et du fait que la sélection ou l'engagement du rapport souhaité de la boîte a bien été obtenu.
2. Actionneur électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux unités motrices à motoréducteur (3, 3' ; 4), l'une (3 ; 4) pour la commande automatique desdites sélections, l'autre (3' ; 4) pour la commande automatique desdits passages, ces deux unités motrices à motoréducteur (3, 3' ; 4) étant commandées chacune par un module de puissance distinct (2).
3. Actionneur électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une seule unité motrice (3) commandée par un seul module de puissance (2), cette unité motrice pouvant être accouplée à 1 ' un ou à l'autre de deux réducteurs (4s, 4p ) par un commutateur mécanique ( 9 ) , 1 ' un de ces réducteurs ( 4s ) étant adapté à assurer la commande de la sélection des vitesses et l'autre (4p) à assurer leur passage, par l'intermédiaire de leurs timoneries respectives (ls, lp).
4. Actionneur électromécanique selon la revendica-
15 tion 3, caractérisé en ce que ledit commutateur mécanique (9) comporte un électroaimant commandé (16, 17), ainsi qu'un moteur électrique ( 3 ) , par un module de puissance ( 2 ) , ledit moteur (3) comportant, calé sur son arbre (10), un pignon de sortie coulissant (13), et ledit électroaimant étant associé à un pignon de commande fixe en rotation (14), relié axialement audit pignon de sortie et propre à occuper sélectivement deux positions axialement décalées, à savoir une position pour laquelle il amène ledit pignon de sortie (13) du moteur (3) en prise avec un premier pignon réducteur (20) accouplé à une timonerie de sélection de la boîte, et une position pour laquelle il amène ledit pignon de sortie ( 13 ) du moteur ( 3 ) en prise avec un second pignon réducteur (19) accouplé à une timonerie de passage de ladite boîte, ledit premier pignon réducteur (20) étant alors bloqué en rotation.
5. Actionneur électromécanique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit commutateur mécanique (9) comporte un électroaimant commandé (16, 17), ainsi qu'un moteur électrique, par un module de puissance (2), ledit moteur (3) comportant, calé sur son arbre (10), un pignon de sortie ( 13 ' ) constituant le planétaire d'un train d'engrenages réducteur épicycloïdal, et ledit électroaimant (16, 17) étant associé à un pignon de commande (14' ) fixe en rotation et propre à occuper sélectivement deux positions axialement décalées, à savoir une position pour laquelle il bloque en rotation un premier pignon (21) accouplé à la couronne dentée extérieure (22) dudit train, auquel cas le porte- satellites (23) peut entraîner la timonerie de commande de passage des vitesses (lp) avec un premier rapport de réduction, et une position pour laquelle il bloque en rotation un second pignon (24) accouplé audit porte-satellites ( 23 ) , auquel cas ladite couronne dentée extérieure ( 22 ) peut entraîner la timonerie de sélection des vitesses (ls) avec un second rapport de réduction, la timonerie non entraînée étant ainsi à chaque fois bloquée.
16
6. Actionneur électromécanique selon 1 ' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit système élastique ( 5 ) comporte au moins deux plaques pivotantes (25, 26) reliées l'une à l'autre par un ressort (30), la première (25) étant accouplée à l'arbre de sortie (10' ) d'un moteur électrique (3), la seconde (26) à un arbre mené ( 27 ) accouplé à une timonerie ( 33 ) de commande de sélection ou de passage, ladite autre plaque (26) pouvant ainsi occuper deux positions angulairement décalées, à savoir une position bloquée par ladite timonerie ( 33 ) , pour laquelle ledit ressort ( 30 ) emmagasine de 1 ' énergie du fait de la rotation dudit arbre de sortie ( 10 ' ) , et une position active au passage de laquelle la détente dudit ressort (30) provoque la manoeuvre de ladite timonerie (33), l'arrivée dans cette position active provoquant 1 ' actionnement dudit interrupteur (7) de fin de course.
7. Actionneur électromécanique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moteur électrique (3) est constitué par un motoréducteur à arbre à vis sans fin (10') en prise avec un secteur denté (25') de ladite première plaque ( 25 ) .
8. Actionneur électromécanique selon 1 ' une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit système élastique (5) comporte d'une part une cage (36) montée coulissante sur un carter ( 34 ) de moteur électrique (3) et accouplée à une timonerie (38) de commande de sélection ou de passage, et d'autre part un noyau (39) monté coulissant par rapport à ladite cage, accouplé à l'arbre de sortie (10") dudit moteur (3) et relié à la cage (36) par un ou des ressorts (43), ladite cage (36) pouvant ainsi occuper deux positions axialement décalées, à savoir une position bloquée par ladite timonerie (38), pour laquelle le ou lesdits ressorts (43) emmagasinent de l'énergie du fait de la rotation dudit arbre (10") de sortie, et une position active au passage de laquelle la détente du ou desdits ressorts (43) provoque la manoeuvre de ladite timonerie
17
( 38 ) , 1 ' arrivée dans cette position active provoquant 1 ' actionnement dudit interrupteur (7) de fin de course.
9. Actionneur électromécanique selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moteur électrique (3) est constitué par un motoréducteur à vis à billes (10") ou à filets trapézoïdaux en prise avec un logement hélicoïdal (40) dudit noyau (39).
10. Actionneur électromécanique selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'un capteur de position angulaire (8) de l'unité motrice est associé audit arbre de sortie (10', 10") du moteur électrique (3) ou à un organe mené après réduction.
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