WO2023222782A1 - Dispositif de couplage pour reducteur a deux rapports de vitesses - Google Patents

Dispositif de couplage pour reducteur a deux rapports de vitesses Download PDF

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WO2023222782A1
WO2023222782A1 PCT/EP2023/063302 EP2023063302W WO2023222782A1 WO 2023222782 A1 WO2023222782 A1 WO 2023222782A1 EP 2023063302 W EP2023063302 W EP 2023063302W WO 2023222782 A1 WO2023222782 A1 WO 2023222782A1
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WO
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selection
slider
gears
coupled
idler
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/063302
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English (en)
Inventor
Bertrand LASSEUR
Original Assignee
New H Powertrain Holding, S.L.U.
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Priority claimed from FR2205066A external-priority patent/FR3136024A1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D11/14—Clutches in which the members have interengaging parts with clutching members movable only axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/02—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches
    • F16D23/04—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches with an additional friction clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D2011/002—Clutches in which the members have interengaging parts using an external and axially slidable sleeve for coupling the teeth of both coupling components together

Definitions

  • the present invention generally relates to shaft coupling systems, making it possible to transmit a torque from one shaft to another, and in particular to speed reduction systems with two gear ratios.
  • a shaft coupling device comprising:
  • the invention also relates to a speed reducer comprising a shaft coupling device as mentioned above, and a motor vehicle equipped with such a reduction gear.
  • An internal combustion engine develops a torque which varies with the rotation speed of the crankshaft. Such a motor therefore has a restricted range of use. In a motor vehicle equipped with such an engine, it is then necessary to associate a gearbox with the engine.
  • gearbox systems In this field, numerous gearbox systems have been developed. Generally, such a box comprises two shafts provided with facing pinions of different diameters which mesh with each other, the pinions of one of the shafts being for example mounted loosely on this shaft (i.e. i.e. being left free to rotate on this shaft) while the others are fixedly mounted on the other shaft. In order to change a gear ratio, these gearboxes use coupling devices designed to couple one of the idler gears with the gearbox shaft on which it is mounted so as to equalize their rotational speeds.
  • the coupling devices generally comprise a slider which is linked in rotation to one of the shafts of the box and which is adapted to slide on this shaft to come, by means of fingers, to engage a toothing of an idler gear.
  • the electric machine is coupled to a speed reducer.
  • this gearbox is single-ratio. He A gearbox is therefore generally not provided.
  • An electric machine is in fact adapted to deliver a substantially constant torque over a wide range of rotational speeds. It can therefore be used with such a reduction gear in a motor vehicle.
  • the advantage of a single-speed gearbox is that it is simple, inexpensive, and does not pose a problem of torque loss (when changing gear ratios).
  • the present invention proposes a two-speed gearbox, of simple architecture and capable of causing almost no torque break during a gear change. speeds.
  • the coupling system comprises:
  • a selection slider mounted sliding relative to the hub along said main axis between a position coupled to one of the idler gears and a position coupled to the other of the idler gears
  • a locking slider mounted sliding relative to the hub along said main axis between a position coupled to one of the idler gears and a position coupled to the other of the idler gears
  • the elastic return means which are adapted to return the locking slider to a position coupled to the same idler gear as the selection slider.
  • the selection player therefore allows, thanks to the displacement member, to change a gear ratio when it is moved from one coupled position to another.
  • the locking slider allows each gear ratio to be locked.
  • the elastic return means allow, during a gear change, to let the selection slider move to its position coupled to the new idler gear even if the locking slider was hindered in its movement by this other idler gear (or vice versa).
  • this architecture will make it possible to place the two players in a neutral position, between the two idler gears, so that they are not coupled to any of these idler gears.
  • This neutral position can be used in different ways. It could for example be used to, during a gear change, synchronize the angular speeds of the sliding gears with that of the idler gear to be engaged. It can also be used, in a hybrid vehicle, to no longer drive the electric machine during phases where it is preferable for the vehicle's traction to be achieved solely by the internal combustion engine.
  • each idler gear has at least one clutch facing the other idler gear
  • the selection slider and the locking slider include fingers adapted to engage the clutches of the idler gears so that, when the selection slider and the locking slider are in the position coupled to the same one of said idle gears, their fingers take each dog of said idler gear in sandwich;
  • the fingers of the selection slider and the locking slider having a first end turned towards one of the idler gears and a second end turned towards the other of the idler gears, the distance measured along the main axis separating the two ends of each finger is strictly less than the distance separating the clutches of one of the idler gears from the other of the idler gears;
  • a computer which is programmed to control said member in three stable positions, including a first position in which the selection switch is in the position coupled to one of the idler gears, a second position in which the selection switch is coupled to the other of the idle gears, and a third intermediate position in which the selection slider is not coupled to any of the idle gears;
  • each idler gear has a number of dogs regularly distributed around the main axis which is greater than or equal to two;
  • the selection slider and the locking slider have an identical number of fingers regularly distributed around the main axis;
  • the angular space around the main axis delimited between two clutches is strictly greater than twice the angular space around the main axis occupied by a finger of the selection slider;
  • the hub has several recessed notches in its external face and distributed around the main axis, adapted to guide the sliding of the fingers of the selection slider and the locking slider;
  • the locking slider is located inside the selection slider, between two stops of the selection slider, and the elastic return means comprise elements interposed between each stop and the selection slider;
  • said elements are springs, preferably three or more pairs in number, each pair of springs comprising a compressed spring between one of the stops and the selection slider and a compressed spring between the other of the stops and the selection slider selection;
  • each idler gear has a ramp and the locking slider has at least two ramps respectively adapted to slide against the ramps of a first of the idler gears after the selection slider has been moved to the position coupled to this first idler gear.
  • the invention also proposes a speed reducer comprising a primary shaft which carries fixed gears and a coupling device as mentioned above whose idle gears mesh with said fixed gears.
  • the invention also proposes a motor vehicle comprising an electric machine, a differential, drive wheels coupled to the differential and, between the electric machine and the differential, a speed reducer as mentioned above, including one of the primary shafts and main is coupled to the electric machine and the other of the primary and main shafts is coupled to the differential.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a speed reducer comprising a shaft coupling device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of the interconnection system of the coupling device of Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of one of the idler gears and the selection switch of the coupling device of Figure 1;
  • FIG. 4 is a schematic view showing from different angles the two idler gears and the interconnection system of the coupling device of Figure 1;
  • FIG. 5 is a schematic sectional view representing a clutch of a first idler gear, the clutch system and the second idler gear of the coupling device of Figure 1, seen from a first angle, when the first idler gear is engaged;
  • FIG. 6 is a schematic sectional view representing the first idler gear, the clutch system and the second idler gear of the coupling device of Figure 1, in the neutral position when none of the idler gears are engaged;
  • FIG. 7 is a schematic view representing the first idler gear, the interconnection system and the dogs of the second idler gear of the coupling device of Figure 1, seen from a second angle, during a change of gear ratio;
  • FIG. 8 is a schematic view similar to that of Figure 7, at the end of the gear ratio change.
  • Coupled will be used to designate a connection between two elements which makes it possible to transmit a torque from one of these elements to the other.
  • FIG. 1 there is shown a dual-ratio speed reducer 1 with three stable positions, including two positions with engaged gear and a neutral position.
  • “Stable position” means a position in which the speed reducer 1 can remain for an extended period (for example greater than a second), according to a control instruction imposed on it.
  • This speed reducer 1 is qualified as a two-ratio in the sense that it makes it possible to offer exactly two speed reduction ratios, which is perfect for use in a motor vehicle.
  • This speed reducer 1 is preferably intended to be installed in a motor vehicle, but it could be used in other fields (robotics, aviation, etc.).
  • an electric machine hereinafter called an electric motor although it could be used as an alternator
  • - wheels typically four in number and two of which are for example driving, and
  • the speed reducer 1 is then placed between the electric motor and the differential 30 in order to be able to transmit the engine torque to the wheels (or vice versa).
  • this speed reducer 1 has two stages of shafts housed in the housing. It thus comprises a primary shaft 10 which is coupled to the shaft of the electric motor, and a main shaft 21 which is coupled to the differential 30 (the reverse would also be possible).
  • the primary shaft 10 is preferably directly coupled to the shaft of the electric motor.
  • a torque limiter or a clutch could be interposed between these two shafts in order to facilitate gear shifting.
  • the primary shaft 10 carries two fixed gears 12, 13, that is to say two gears which always rotate at the same speed as that of the primary shaft. These two fixed gears 12, 13 have different diameters to offer distinct speed ratios.
  • the main shaft 21 extends along a main axis A1 parallel to the axis of the primary shaft 10. It is therefore engaged at its two ends in bearings 29.
  • This main shaft 21 carries two idler gears 22, 23 which respectively mesh with the two fixed gears 12, 13. These gears are described as idler in the sense that they are mounted free to rotate on this shaft around the axis main A1 and that they are blocked in translation along this axis.
  • this main shaft 21 also carries a fixed pinion meshed with a pinion of the differential 30.
  • a system of interconnection 50 of the idler gears 22,23 is provided.
  • This interconnection system 50 makes it possible to couple one or the other of the idler gears with the main shaft 21, depending on the gear ratio engaged. It also allows, in the neutral position, to leave the idler gears free to rotate around the main shaft 21.
  • This interconnection system 50 which is more precisely the subject of the present invention, comprises four main components illustrated in Figure 2.
  • selection player 520 is made in two assembled one-piece parts, while the other components are each made in one single piece. All of these components are, for example, made of hardened steel.
  • the hub 540 comes from formation with the main shaft 21.
  • the hub 540 is an independent part of the main shaft 21. It then has a central opening through which it is slipped onto this shaft, the edge of which has grooves or serrations engaged in reliefs provided in correspondence on the main shaft 21 in order to permanently couple this hub 540 to the main shaft 21.
  • the two selection sliders 520 and locking 530 are then mounted relative to the hub 540 so as to be movable in translation along the main axis A1 but blocked in rotation around this axis. They thus make it possible to engage one or the other of the idler gears 22, 23 so as to couple this idler gear to the main shaft 21.
  • each idler gear 22, 23 each conventionally comprise a main disc 225, 235 which has a central opening, here bordered by a crown, for its mounting on the main shaft 21 and which is bordered externally by teeth allowing its gearing with one of the fixed gears 12, 13.
  • each idler gear 22, 23 comprises at least one clutch 220, 230, that is to say a relief which here projects from one of the faces of the main disk 225, 235 (the one facing the other idler gear) and by which the idler gear can be rotated.
  • each clutch 220, 230 extends over a restricted angular sector of approximately 30° and has substantially the shape of a prism whose base is located on the aforementioned face of the main disk 225, 235.
  • Each clutch presents thus four lateral faces and one end face turned towards the other idler gear.
  • the internal side face (located on the side of the main axis A1) is here curved around this axis, and the same is true of the external side face.
  • the two other lateral faces (hereinafter called radial faces) each extend at least partly in a radial plane (that is to say in a plane containing the main axis A1).
  • the main face is connected to most of the side faces by fillets. However, it is connected to only one of the two radial faces by an inclined flat forming a ramp 231, the function of which will become clear below.
  • ramps 221, 231 of the three clutches 220, 230 of each idler gear 22, 23 are oriented in the same direction around the main axis A1, and that this direction is opposite to the direction in which the ramps of the clutches of the other idler gear are oriented.
  • ramps 221, 231 extend over only part of the thickness of the dogs 220, 230.
  • the selection slider 520 and the locking slider 530 both have annular shapes such that they can be fitted into each other (the selection slider 520 being located at outside of the locking slider 530).
  • the locking slider 530 thus comprises an annular body 533 whose internal diameter is adjusted to the external diameter of the hub 540 so that it can slide freely on the latter, parallel to the main axis A1.
  • the selection slider 520 comprises an annular body 523 whose interior diameter is adjusted to the exterior diameter of the annular body 533 of the locking slider 530 so that it can slide freely on the latter, parallel to the main axis A1.
  • the locking slider 530 then has a smooth cylindrical rotating external face.
  • the hub 540 has a notched shape called “tulip”.
  • the hub 540 has an exterior face which is not cylindrical but which has several recesses, here identical, regularly distributed around the main axis A1. These recesses therefore form notches 541 thanks to which the two players are blocked in rotation.
  • Each notch 541 is profiled in the sense that its cross section (that is to say its section in a plane orthogonal to the main axis A1) is uniform along the main axis A1.
  • This cross section here has a U shape, so that each notch has a flat bottom bordered by two flat side faces extending in radial planes.
  • Six identical notches 541 are provided here.
  • the locking slider 530 correspondingly comprises at least one finger adapted to slide in one of the notches 541.
  • it comprises exactly three which are regularly distributed around the main axis A1 and whose cross sections are uniform and have identical shapes, in negative, to those of the notches 541.
  • These fingers 531 are fixed on the internal face of the annular body 533 of this player. They thus have radial faces which slide against the radial faces of the notches 541 to block any rotational movement of this player relative to the hub 540.
  • the selection player 520 includes at least one finger adapted to slide in one of the notches 541 delimited by the hub 540.
  • it comprises exactly three which are regularly distributed around the main axis A1 and whose cross sections are uniform and have identical shapes, in negative, to those of notches 541.
  • the selection player 520 comprises, at one end, a rim 527 projecting from its internal face which extends over at least part of its periphery.
  • this rim 527 is interrupted in three places by passage notches for the fingers 531 of the locking slider 530.
  • the fingers 521 of the selection slider 520 extend at a distance from the internal face of the annular body 523 of this slider, which we recall slides along the face external of the annular body 533 of the other player.
  • these fingers 521 are connected to the annular body 523 by one of their ends only, via the rim 527.
  • the annular body 533 of the locking slider 530 can slide between the annular body 523 of the selection slider 520 and the fingers 521 of the latter.
  • the fingers 521 have radial faces which slide against the radial faces of the notches 541 to block any rotational movement of this player relative to the hub 540.
  • Elastic return means are then provided to return the latter to the same height as the selection slider 520 along the main axis A1, so that when these return means are at rest, the ends of the fingers 521 , 531 of the two players extend at the same height, along the main axis A1.
  • these elastic return means are presented here in the form of three pairs of springs 550, 551 distributed at the level of the three fingers 521 of the selection slider 520.
  • each pair of springs comprises a first spring 550 which is interposed between one side of the annular body 533 of the locking slider 530 and a stop formed by the selection slider 520, and a second spring 551 which is interposed between the other side of the annular body 533 of the locking slider 530 and another stop formed by the selection slider 520.
  • One of these stops is formed by the rim 527, which we recall connects the fingers 521 to the annular body 523 of the selection slider 520.
  • the selection slider 520 is in fact made in two separate and assembled single-piece parts, namely:
  • This other stop is presented here in the form of an annular flange 526, which is fixed rigidly and immovable on the assembly (for example by welding), after having put in place the springs 550, 551 and fitted the locking player 530 in the selection player 520.
  • This flange 526 has in practice a shape similar to that of the rim 527. [0079] It will be noted in Figure 5 that this flange 526 has notches so as not to form an obstacle to the passage of the fingers 531 of the locking slider 530.
  • the two sliders are therefore free to slide between the idler gears 22, 23, between two extreme positions, namely a position coupled to a first of the idler gears, and a position coupled to the other of the idler gears.
  • the first idler gear 23 will designate for example the one allowing a first speed ratio to be established, while the second idler gear 22 will designate the one allowing a second speed ratio to be established.
  • each finger 521, 531 (that facing the side of the first idler gear 23) extends at a distance from the second end of this finger which is less than the distance separating the end faces of the two clutches 220, 230, so that a single sliding gear cannot simultaneously engage the two idle gears 22, 23. In practice, this distance is substantially equal to the thickness of the hub 540 (along the main axis A1). [0086] It is therefore necessary to move it to shift into a gear ratio.
  • the selection slider 520 is designed to be moved from one coupled position to the other by means of the selection member 510.
  • this selection member 510 here comprises a single fork which is engaged in a groove 528 delimited by two peripheral ribs provided projecting from the external face of the selection player 520.
  • the locking player 530 is not ordered. No fork is therefore associated with it. It is designed to move automatically and mechanically from a position coupled to any one of the idler gears to a position coupled to the other idler gear thanks to the movement of the selection slider 520, thanks to the springs 550, 551.
  • the end faces 534 of the fingers 531 of this locking slider 530 extend in planes which are not orthogonal to the axis of rotation A1 but which are inclined relative to it, in order to form ramps of slopes conjugate with the slopes of the ramps 221, 231 of the dogs.
  • the angle of inclination of a slope relative to a plane orthogonal to the main axis A1 is preferably between 5 and 45 degrees. It is 20 degrees here.
  • the two end faces 534 of each finger 531 extend here in parallel planes.
  • end faces of the fingers 521 of the selection slider 520 extend in planes which are orthogonal to the main axis A1.
  • the speed reducer also includes an actuator for sliding the selection member 510 and a computer for controlling this actuator.
  • This calculator includes for example a processor, a memory and different input and output interfaces. Thanks to its input interfaces, the computer is adapted to receive data such as for example the rotational speed of the electric motor and the torque delivered. Thanks to its output interfaces, the computer is adapted to control the actuator of the selection member 510. Thanks to its memory, the computer memorizes a computer application, consisting of computer programs comprising instructions whose execution by the processor allows the computer to implement the method described below.
  • this idler gear 22 rotates at a speed different from that of the first pinion. idler 23, due to the fact that these two idler gears mesh with fixed gears 12, 13 of different diameters. In this case, this second idler gear 22 rotates faster than the first idler gear 23.
  • the selection member 510 slides the selection slider 520 from its position coupled to the first idler gear 23 (figure 5) towards an intermediate neutral position in which it is not coupled to any of the idler gears 22, 23 (figure 6).
  • the locking slider 530 is also driven towards an intermediate neutral position, in which it is not coupled to any of the idler gears 22, 23. Due to the friction between its fingers 531 and the clutches of the first idler gear 23, this movement may be slower. This movement can be helped by reducing the torque exerted by the electric motor.
  • the fingers 521, 531 of the two sliders are at the same height and are therefore not resting against any of the clutches 220, 230 of the idler gears.
  • the players are here preferentially maintained a few hundredths of seconds in this neutral position by the computer, so as to be able to slow down the electric motor and therefore, therefore, the rotation speed of the second idler gear 22.
  • the objective is that at the end of this step, the second pinion always turns faster than the selection player 520 but the speed difference between these two elements has decreased, for example at least by half.
  • the computer controls the selection member 510 so that it continues its movement in order to slide the selection slider 520 from this intermediate neutral position towards the position coupled to the second idler gear 22 ( figure 7).
  • the selection slider 520 always turns less quickly than the second idler gear 22. But thanks to the significant angular spacing between two successive dogs 220, the second ends of its fingers 521 can slide into the space left between two dogs. The speed of movement of the selection member 510 is then fast enough for the interconnection to take place quickly.
  • the first solution would be to control the change of gear ratio at the appropriate time, that is to say when the clutches are angularly offset relative to the fingers of the selection switch.
  • the output of the actuator is here fixed to a U-shaped bracket 41 whose two arch-shaped arms overlap a selection shaft 42 which is fixed to the fork forming a selection member 510.
  • This selection shaft 42 comprises a central part of reduced section, at the level of which slides 43 are mounted movable in translation, between the two arms of the stirrup 41. These two slides 43 are kept at a distance from one of the other by a spring 44.
  • the present invention is in no way limited to the embodiment described and represented, but those skilled in the art will be able to make any variation conforming to the invention.
  • the passage of a speed ratio is carried out without synchronization, but it nevertheless requires braking or accelerating the electric motor when the shifters are in the neutral position so that the shock to the time of interconnection is as limited as possible.
  • the electric motor and the speed reducer described above could be installed in a hybrid vehicle, also comprising an internal combustion engine.
  • the neutral position offered by the speed reducer could be used to decouple the electric motor from the internal combustion engine, when it is desired for the vehicle to be powered solely by the internal combustion engine.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de couplage d'arbres, comportant un arbre principal orienté selon un axe principal (A1), deux pignons fous montés libres en rotation sur l'arbre principal, et un système de couplage (50) interposé entre les deux pignons fous. Selon l'invention, le système de couplage comporte : - un moyeu (540) solidaire en rotation de l'arbre principal, - un baladeur de sélection (520) monté coulissant par rapport au moyeu entre une position couplée à l'un des pignons fous et une position couplée à l'autre des pignons fous, - un baladeur de verrouillage (530) monté coulissant par rapport au moyeu entre une position couplée à l'un des pignons fous et une position couplée à l'autre des pignons fous, et - des moyens de rappel élastique (550, 551) qui, au repos, maintiennent les baladeurs à la même hauteur et qui, sous contrainte, autorisent un décalage en hauteur des baladeurs.

Description

DESCRIPTION
T ITRE DE L’INVENTION : DISPOSITIF DE COUPLAGE POUR REDUCTEUR A DEUX RAPPORTS DE VITESSES
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne de manière générale les systèmes de couplage d’arbres, permettant de transmettre un couple d’un arbre à l’autre, et notamment les systèmes de réduction de vitesses à deux rapports de vitesses.
[0002] Elle concerne plus particulièrement un dispositif de couplage d’arbres, comportant :
- un arbre principal orienté selon un axe principal,
- deux pignons fous montés libres en rotation sur l’arbre principal autour de l’axe principal, et
- un système de couplage interposé entre les deux pignons fous.
[0003] L’invention concerne également un réducteur de vitesses comportant un dispositif de couplage d’arbres tel que précité, et un véhicule automobile équipé d’un tel réducteur.
[0004] Elle trouve une application particulièrement avantageuse dans la transmission d’un couple issu d’une machine électrique.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0005] Un moteur à combustion interne développe un couple qui varie avec la vitesse de rotation du vilebrequin. Un tel moteur présente donc une plage d’utilisation restreinte. Dans un véhicule automobile équipé d’un tel moteur, il est alors nécessaire d’associer au moteur une boîte de vitesses.
[0006] Dans ce domaine, de nombreux systèmes de boîtes de vitesses ont été développés. Généralement, une telle boîte comporte deux arbres pourvus de pignons en vis-à-vis de diamètres différents qui s'engrènent les uns avec les autres, les pignons d'un des arbres étant par exemple montés fou sur cet arbre (c’est-à-dire étant laissés libres en rotation sur cet arbre) alors que les autres sont montés fixes sur l’autre arbre. Afin de passer un rapport de vitesse, ces boîtes de vitesses utilisent des dispositifs de couplage conçus pour coupler l'un des pignons fous avec l'arbre de la boîte de vitesses sur lequel il est monté de manière à égaliser leurs vitesses de rotation.
[0007] Pour cela, les dispositifs de couplage comprennent généralement un baladeur qui est lié en rotation à l’un des arbres de la boîte et qui est adapté à coulisser sur cet arbre pour venir, au moyen de doigts, craboter une denture d'un pignon fou.
[0008] Dans un véhicule automobile électrique (ou hybride), la machine électrique est couplée à un réducteur de vitesse. En règle générale, ce réducteur est mono-rapport. Il n’est donc généralement pas prévu de boîte de vitesses. Une machine électrique est en effet adaptée à délivrer un couple sensiblement constant sur une grande plage de vitesses de rotation. Elle peut donc être utilisée avec un tel réducteur dans un véhicule automobile. L’avantage d’un réducteur mono-rapport est qu’il est simple, peu coûteux, et ne pose pas de problème de rupture de couple (lors d’un passage de rapports de vitesses).
[0009] On note toutefois qu’une machine électrique, passé un certain seuil de vitesse de rotation, voit le couple qu’elle peut délivrer se réduire fortement. Alors la puissance qu’elle peut générer sature. En d’autres termes, le couple délivré par un moteur électrique n’est pas constant de manière indéfinie. Associer un réducteur à plusieurs rapports à une telle machine électrique peut donc conserver un intérêt, notamment dans le domaine automobile. Typiquement, un réducteur bi-rapport permet soit de réduire la taille de la machine électrique, soit d’utiliser la machine électrique dans des domaines de régime où sa consommation reste réduite, soit d’implanter la machine électrique sur des véhicules particuliers tels que les véhicules utilitaires susceptibles de déplacer des charges lourdes, ou dans des véhicules de sport pouvant atteindre des vitesses élevées.
[0010] L’inconvénient d’un réducteur à deux rapports est qu’actuellement, il est complexe, coûteux, et lourd, ou qu’il est lent lorsqu’il s’agit de passer d’un rapport à l’autre, ce qui occasionne des ruptures de couple qui ne sont pas compatibles avec le domaine de l’automobile.
PRESENTATION DE L'INVENTION
[0011] Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose un réducteur à deux rapports, d’architecture simple et susceptible de n’occasionner presqu’aucune rupture de couple lors d’un passage de rapport de vitesses.
[0012] Plus particulièrement, on propose selon l’invention un dispositif de couplage tel que défini dans l’introduction, dans lequel le système de couplage comporte :
- un moyeu solidaire en rotation de l’arbre principal,
- un baladeur de sélection monté coulissant par rapport au moyeu selon ledit axe principal entre une position couplée à l’un des pignons fous et une position couplée à l’autre des pignons fous,
- un organe de déplacement du baladeur de sélection de l’une à l’autre des deux positions couplées,
- un baladeur de verrouillage monté coulissant par rapport au moyeu selon ledit axe principal entre une position couplée à l’un des pignons fous et une position couplée à l’autre des pignons fous, et
- des moyens de rappel élastique qui sont adaptés à rappeler le baladeur de verrouillage dans une position couplée au même pignon fou que le baladeur de sélection. [0013] En d’autres termes, au repos, les moyens de rappel élastique maintiennent le baladeur de sélection et le baladeur de verrouillage à une même hauteur selon l’axe principal alors que, sous contrainte, ils autorisent un décalage en hauteur du baladeur de sélection par rapport au baladeur de verrouillage.
[0014] Selon l’invention, le baladeur de sélection permet donc, grâce à l’organe de déplacement, de passer un rapport de vitesses lorsqu’il est déplacé d’une position couplée à l’autre. De son côté, le baladeur de verrouillage permet de verrouiller chaque rapport de vitesses. Les moyens de rappel élastique permettent quant à eux, lors d’un passage de rapport de vitesses, de laisser le baladeur de sélection se déplacer jusqu’à sa position couplée au nouveau pignon fou quand bien même le baladeur de verrouillage était entravé dans son déplacement par cet autre pignon fou (ou vis versa). La cinématique de ces différents composants sera bien détaillée dans la description des figures.
[0015] On pourra noter que, de manière préférentielle, cette architecture permettra de placer les deux baladeurs dans une position neutre, entre les deux pignons fous, de façon qu’ils ne soient couplés à aucun de ces pignons fous.
[0016] Cette position neutre pourra être utilisée de différentes manières. Elle pourra par exemple être utilisée pour, lors d’un passage de rapport de vitesses, venir synchroniser les vitesses angulaires des baladeurs avec celle du pignon fou à craboter. Elle pourra également être utilisée, dans un véhicule hybride, pour ne plus entraîner la machine électrique durant les phases où il est préférable que la motricité du véhicule soit réalisée uniquement par le moteur à combustion interne.
[0017] D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif de couplage conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- chaque pignon fou comporte au moins un crabot tourné vers l’autre pignon fou ;
- le baladeur de sélection et le baladeur de verrouillage comportent des doigts adaptés à craboter les crabots des pignons fous de manière que, lorsque le baladeur de sélection et le baladeur de verrouillage sont en position couplée à un même desdits pignons fous, leurs doigts prennent chaque crabot dudit pignon fou en sandwich ;
- les doigts du baladeur de sélection et du baladeur de verrouillage présentant une première extrémité tournée vers l’un des pignons fous et une seconde extrémité tournée vers l’autre des pignons fous, la distance mesurée selon l’axe principal séparant les deux extrémités de chaque doigt est strictement inférieure à la distance séparant les crabots de l’un des pignons fous des crabots de l’autre des pignons fous ;
- il est prévu un calculateur qui est programmé pour piloter ledit organe dans trois positions stables, dont une première position dans laquelle le baladeur de sélection est en position couplé à l’un des pignons fous, une seconde position dans laquelle le baladeur de sélection est couplé à l’autre des pignons fous, et une troisième position intermédiaire dans laquelle le baladeur de sélection n’est couplé à aucun des pignons fous ;
- chaque pignon fou comporte un nombre de crabots régulièrement répartis autour de l’axe principal qui est supérieur ou égal à deux ;
- le baladeur de sélection et le baladeur de verrouillage comportent un nombre identique de doigts régulièrement répartis autour de l’axe principal ;
- l’espace angulaire autour de l’axe principal délimité entre deux crabots est strictement supérieur à deux fois l’espace angulaire autour de l’axe principal occupé par un doigt du baladeur de sélection ;
- le moyeu présente plusieurs encoches en creux dans sa face externe et réparties autour de l’axe principal, adaptées à guider le coulissement des doigts du baladeur de sélection et du baladeur de verrouillage ;
- le baladeur de verrouillage est situé à l’intérieur du baladeur de sélection, entre deux butées du baladeur de sélection, et les moyens de rappel élastique comportent des éléments interposés entre chaque butée et le baladeur de sélection ;
- lesdits éléments sont des ressorts, de préférence au nombre de trois paires ou plus, chaque paire de ressorts comportant un ressort comprimé entre l’une des butées et le baladeur de sélection et un ressort comprimé entre l’autre des butées et le baladeur de sélection ;
- chaque pignon fou présente une rampe et le baladeur de verrouillage comporte au moins deux rampes respectivement adaptées à venir glisser contre les rampes de l’un premier des pignons fous après que le baladeur de sélection a été déplacé jusqu’à la position couplée à ce premier pignon fou.
[0018] L’invention propose également un réducteur de vitesse comportant un arbre primaire qui porte des pignons fixes et un dispositif de couplage tel que précité dont les pignons fous engrènent lesdits pignons fixes.
[0019] L’invention propose aussi un véhicule automobile comportant une machine électrique, un différentiel, des roues motrices couplées au différentiel et, entre la machine électrique et le différentiel, un réducteur de vitesse tel que précité, dont l’un des arbres primaire et principal est couplé à la machine électrique et dont l’autre des arbres primaire et principal est couplé au différentiel.
[0020] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0021] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
[0022] Sur les dessins annexés :
[0023] [Fig. 1] est une vue schématique en perspective d’un réducteur de vitesses comportant un dispositif de couplage d’arbres conforme à l’invention ;
[0024] [Fig. 2] est une vue schématique en perspective éclatée du système de crabotage du dispositif de couplage de la figure 1 ;
[0025] [Fig. 3] est une vue schématique en perspective éclatée de l’un des pignons fous et du baladeur de sélection du dispositif de couplage de la figure 1 ;
[0026] [Fig. 4] est une vue schématique représentant sous des angles différents les deux pignons fous et le système de crabotage du dispositif de couplage de la figure 1 ;
[0027] [Fig. 5] est une vue schématique en coupe représentant un crabot d’un premier pignon fou, le système de crabotage et le second pignon fou du dispositif de couplage de la figure 1 , vus sous un premier angle, lorsque le premier pignon fou est craboté ;
[0028] [Fig. 6] est une vue schématique en coupe représentant le premier pignon fou, le système de crabotage et le second pignon fou du dispositif de couplage de la figure 1 , en position neutre lorsqu’aucun des pignons fous n’est craboté ;
[0029] [Fig. 7] est une vue schématique représentant le premier pignon fou, le système de crabotage et les crabots du second pignon fou du dispositif de couplage de la figure 1 , vus sous un second angle, lors d’un changement de rapport de vitesses ;
[0030] [Fig. 8] est une vue schématique homologue de celle de la figure 7, à la fin du changement de rapport de vitesses.
[0031] Dans la suite de la description, le terme « couplé » sera utilisé pour désigner une liaison entre deux éléments qui permet de transmettre un couple de l’un à l’autre de ces éléments.
[0032] Sur la figure 1 , on a représenté un réducteur de vitesse 1 bi-rapport à trois positions stables, dont deux positions avec rapport engagé et une position neutre.
[0033] On entend par « position stable » une position dans laquelle le réducteur de vitesse 1 peut rester pendant une durée prolongée (par exemple supérieure à la seconde), selon une consigne de pilotage qui lui est imposée.
[0034] Ce réducteur de vitesse 1 est qualifié de bi-rapport en ce sens qu’il permet d’offrir exactement deux rapports de réduction de vitesse, ce qui est parfait pour une utilisation dans un véhicule automobile.
[0035] Ce réducteur de vitesse 1 est de préférence prévu pour être installé dans un véhicule automobile, mais il pourrait être employé dans d’autres domaines (robotique, aviation...).
[0036] On considérera que le véhicule automobile dans lequel ce réducteur est installé comporte :
- une machine électrique, appelée ci-après moteur électrique bien qu’on pourrait l’utiliser comme alternateur,
- des roues, typiquement au nombre de quatre et parmi lesquelles deux sont par exemple motrices, et
- un différentiel 30 qui s’interpose entre les deux roues motrices.
[0037] Le réducteur de vitesse 1 est alors placé entre le moteur électrique et le différentiel 30 afin de pouvoir transmettre le couple moteur aux roues (ou inversement).
[0038] Il comporte un carter (non représenté) qui loge différents composants.
[0039] Comme le montre la figure 1 , ce réducteur de vitesse 1 comporte deux étages d’arbres logés dans le carter. Il comporte ainsi un arbre primaire 10 qui est couplé à l’arbre du moteur électrique, et un arbre principal 21 qui est couplé au différentiel 30 (l’inverse serait également envisageable).
[0040] L’arbre primaire 10 est préférentiellement directement couplé à l’arbre du moteur électrique. Toutefois, en variante et pour des raisons détaillées ci-après, un limiteur de couple ou un embrayage pourrait s’interposer entre ces deux arbres afin de faciliter le passage de vitesses.
[0041] L’arbre primaire 10 porte deux pignons fixes 12, 13, c’est-à-dire deux pignons qui tournent toujours à la même vitesse que celle de l’arbre primaire. Ces deux pignons fixes 12, 13 présentent des diamètres différents pour offrir des rapports de vitesse distincts.
[0042] L’arbre principal 21 s’étend selon un axe principal A1 parallèle à l’axe de l’arbre primaire 10. Il est pour cela engagé à ses deux extrémités dans des roulements 29.
[0043] Cet arbre principal 21 porte deux pignons fous 22, 23 qui engrènent respectivement les deux pignons fixes 12, 13. Ces pignons sont qualifiés de fous en ce sens qu’ils sont montés libres en rotation sur cet arbre autour de l'axe principal A1 et qu’ils sont bloqués en translation selon cet axe.
[0044] On observe sur la figure 1 que cet arbre principal 21 porte également un pignon fixe engrené avec un pignon du différentiel 30.
[0045] Pour transmettre le couple de l’arbre primaire 10 à l’arbre principal 21, il est prévu un système de crabotage 50 des pignons fous 22,23. Ce système de crabotage 50 permet de coupler l’un ou l’autre des pignons fous avec l’arbre principal 21, selon le rapport de vitesses engagé. Il permet également, en position neutre, de laisser les pignons fous libre de tourner autour de l’arbre principal 21.
[0046] Ce système de crabotage 50, qui fait plus précisément l’objet de la présente invention, comporte quatre composants principaux illustrés sur la figure 2.
[0047] Il comporte ainsi un moyeu 540 qui est couplé à l'arbre principal 21 , deux baladeurs dits de sélection 520 et de verrouillage 530, et un organe de sélection 510 permettant de déplacer le baladeur de sélection 520.
[0048] On notera ici que le baladeur de sélection 520 est réalisée en deux parties monoblocs assemblées, tandis que les autres composants sont chacun réalisés en une pièce monobloc. Tous ces composants sont par exemple réalisés en acier trempé.
[0049] On pourrait prévoir que le moyeu 540 vienne de formation avec l'arbre principal 21. Toutefois, ici, le moyeu 540 est une pièce indépendante de l'arbre principal 21. Il présente alors une ouverture centrale par laquelle il est enfilé sur cet arbre, dont le bord présente des cannelures ou dentelures engagées dans des reliefs prévus en correspondance sur l’arbre principal 21 afin de coupler de façon permanente ce moyeu 540 à l’arbre principal 21.
[0050] Les deux baladeurs de sélection 520 et de verrouillage 530 sont alors montés par rapport au moyeu 540 de façon à être mobiles en translation selon l’axe principal A1 mais bloqués en rotation autour de cet axe. Ils permettent ainsi de venir craboter l’un ou l’autre des pignons fous 22, 23 de façon à coupler ce pignon fou à l’arbre principal 21 .
[0051] Comme le montrent bien les figures 3 et 4, ces pignons fou 22, 23 comportent classiquement chacun un disque principal 225, 235 qui présente une ouverture centrale, ici bordée par une couronne, pour son montage sur l’arbre principal 21 et qui est bordée extérieurement par une denture permettant son engrenage avec l’un des pignons fixes 12, 13. Pour permettre son crabotage, chaque pignon fou 22, 23 comporte au moins un crabot 220, 230, c’est-à-dire un relief qui fait ici saillie de l’une des faces du disque principal 225, 235 (celle tournée vers l’autre pignon fou) et par lequel le pignon fou peut être entraîné en rotation.
[0052] Il est ici prévu exactement trois crabots 220, 230 sur chaque pignon fou 22, 23, qui sont régulièrement répartis autour de l'axe principal A1 , à 120° les uns des autres.
[0053] Ici, chaque crabot 220, 230 s’étend sur un secteur angulaire restreint, d’environ 30° et présente sensiblement une forme de prisme dont la base est située sur la face précitée du disque principal 225, 235. Chaque crabot présente ainsi quatre faces latérales et une face d’extrémité tournée vers l’autre pignon fou.
[0054] La face latérale interne (située du côté de l’axe principal A1) est ici incurvée autour de cet axe, et il en va de même de la face latérale externe. Les deux autres faces latérales (ci-après appelées faces radiales) s’étendent chacune au moins en partie dans un plan radial (c’est-à-dire dans un plan contenant l’axe principal A1).
[0055] On observe que la face principale se raccorde à la plupart des faces latérales par des congés. Toutefois, elle se raccorde à l’une seulement des deux faces radiales par un méplat incliné formant une rampe 231 , dont la fonction apparaîtra clairement ci-après.
[0056] On notera ici que les rampes 221 , 231 des trois crabots 220, 230 de chaque pignon fou 22, 23 sont orientées dans un même sens autour de l’axe principal A1 , et que ce sens est opposé au sens selon lequel les rampes des crabots de l’autre pignon fou sont orientées.
[0057] On notera également les rampes 221 , 231 s’étendent sur une partie seulement de l’épaisseur des crabots 220, 230.
[0058] Comme le montre la figure 2, le baladeur de sélection 520 et le baladeur de verrouillage 530 présentent tous deux des formes annulaires telles qu’ils peuvent être emboîtés l’un dans l’autre (le baladeur de sélection 520 étant situé à l’extérieur du baladeur de verrouillage 530).
[0059] Le baladeur de verrouillage 530 comporte ainsi un corps annulaire 533 dont le diamètre intérieur est ajusté au diamètre extérieur du moyeu 540 si bien qu’il peut librement coulisser sur celui-ci, parallèlement à l’axe principal A1.
[0060] De la même façon, le baladeur de sélection 520 comporte un corps annulaire 523 dont le diamètre intérieur est ajusté au diamètre extérieur du corps annulaire 533 du baladeur de verrouillage 530 de manière qu’il peut coulisser librement sur ce dernier, parallèlement à l’axe principal A1. On notera que le baladeur de verrouillage 530 comporte alors une face externe cylindrique de révolution et lisse.
[0061] Ces deux baladeurs sont bloqués en rotation autour de l’axe principal A1 par rapport à l’arbre principal 21 grâce au moyen 540.
[0062] Pour cela, comme le montre la figure 2, le moyeu 540 présente une forme crantée dite « en tulipe ». Ainsi, s’il présente une épaisseur constante selon l’axe principal A1 , le moyeu 540 présente une face extérieure qui n’est pas cylindrique mais qui présente plusieurs renfoncements, ici identiques, régulièrement répartis autour de l’axe principal A1. Ces renfoncements forment donc des crans 541 grâce auxquels les deux baladeurs sont bloqués en rotation.
[0063] Chaque cran 541 est profilé en ce sens que sa section transversale (c’est-à-dire sa section dans un plan orthogonal à l’axe principal A1) est uniforme le long de l’axe principal A1. Cette section transversale présente ici une forme de U, de sorte que chaque cran présente un fond plat bordé de deux faces latérales planes s’étendant dans des plans radiaux. Il est ici prévu six crans 541 identiques.
[0064] Le baladeur de verrouillage 530 comporte en correspondance au moins un doigt adapté à coulisser dans l’un des crans 541. Il en comporte en pratique exactement trois qui sont régulièrement répartis autour de l’axe principal A1 et dont les sections transversales sont uniformes et présentent des formes identiques, en négatif, à celles des crans 541 . Ces doigts 531 sont fixés sur la face interne du corps annulaire 533 de ce baladeur. Ils présentent ainsi des faces radiales qui coulissent contre les faces radiales des crans 541 pour bloquer tout mouvement de rotation de ce baladeur par rapport au moyeu 540.
[0065] De la même façon, le baladeur de sélection 520 comporte au moins un doigt adapté à coulisser dans l’un des crans 541 délimités par le moyeu 540. Il en comporte en pratique exactement trois qui sont régulièrement répartis autour de l’axe principal A1 et dont les sections transversales sont uniformes et présentent des formes identiques, en négatif, à celles des crans 541.
[0066] Comme le montre la figure 2, si les doigts 531 du baladeur de verrouillage 530 sont fixées sur la face interne du corps annulaire 533 de ce baladeur, il n’en va pas de même avec les doigts 521 du baladeur de sélection 520.
[0067] Ici, comme le montre la figure 3, le baladeur de sélection 520 comporte, à une extrémité, un rebord 527 en saillie de sa face interne qui s’étend sur une partie au moins de son pourtour. Ici, ce rebord 527 est interrompu en trois endroits par des encoches de passage pour les doigts 531 du baladeur de verrouillage 530.
[0068] Comme le montre bien la figure 5 en coupe, les doigts 521 du baladeur de sélection 520 s’étendent à distance de la face interne du corps annulaire 523 de ce baladeur, dont on rappelle qu’elle coulisse le long de la face externe du corps annulaire 533 de l’autre baladeur. En pratique, ces doigts 521 sont raccordés au corps annulaire 523 par une de leurs extrémités seulement, via le rebord 527.
[0069] Ainsi, comme le montre cette figure 5, le corps annulaire 533 du baladeur de verrouillage 530 peut coulisser entre le corps annulaire 523 du baladeur de sélection 520 et les doigts 521 de ce dernier.
[0070] Les doigts 521 présentent des faces radiales qui coulissent contre les faces radiales des crans 541 pour bloquer tout mouvement de rotation de ce baladeur par rapport au moyeu 540.
[0071] Si la position du baladeur de sélection 520 le long de l’axe principal A1 est imposée par l’organe de sélection 510, il n’en va pas de même de celle du baladeur de verrouillage 530.
[0072] Il est alors prévu des moyens de rappel élastique pour rappeler ce dernier à la même hauteur que le baladeur de sélection 520 selon l’axe principal A1 , de manière que lorsque ces moyens de rappel sont au repos, les extrémités des doigts 521 , 531 des deux baladeurs s’étendent à la même hauteur, selon l’axe principal A1.
[0073] Comme le montra la figure 2, ces moyens de rappel élastique se présentent ici sous la forme de trois paires de ressorts 550, 551 réparties au niveau des trois doigts 521 du baladeur de sélection 520.
[0074] Comme le montra la figure 5, chaque paire de ressorts comporte un premier ressort 550 qui s’interpose entre un côté du corps annulaire 533 du baladeur de verrouillage 530 et une butée formée par le baladeur de sélection 520, et un second ressort 551 qui s’interpose entre l’autre côté du corps annulaire 533 du baladeur de verrouillage 530 et une autre butée formée par le baladeur de sélection 520. [0075] L’une de ces butées est formée par le rebord 527, dont on rappelle qu’il relie les doigts 521 au corps annulaire 523 du baladeur de sélection 520.
[0076] L’autre de ces butées est ici rapportée sur le corps annulaire 523 du baladeur de sélection 520. Comme cela a été précisé supra, le baladeur de sélection 520 est en effet réalisé en deux parties monoblocs distinctes et assemblées, à savoir :
- l’ensemble formé du corps annulaire 523 et des doigts 521 , et
- l’autre butée.
[0077] Cette autre butée se présente ici sous la forme d’un flasque 526 annulaire, qui est fixé de manière rigide et immobile sur l’ensemble (par exemple par soudage), après avoir mis en place les ressorts 550, 551 et emboîté le baladeur de verrouillage 530 dans le baladeur de sélection 520.
[0078] Ce flasque 526 présente en pratique une forme homologue à celle du rebord 527. [0079] On notera sur la figure 5 que ce flasque 526 présente des encoches pour ne pas former obstacle au passage des doigts 531 du baladeur de verrouillage 530.
[0080] Les deux baladeurs sont donc libres de coulisser entre les pignons fous 22, 23, entre deux positions extrêmes, à savoir une position couplée à un premier des pignons fous, et une position couplée à l’autre des pignons fous.
[0081] Dans la suite de la description, le premier pignon fou 23 désignera par exemple celui permettant d’établir un premier rapport de vitesses, tandis le second pignon fou 22 désignera celui permettant d’établir un second rapport de vitesses.
[0082] Comme le montre la figure 5 sur laquelle seuls les crabots 230 du premier pignon fou 23 ont été représentés, lorsqu’un rapport de vitesse est engagé (le premier rapport sur cette figure 5), les deux baladeurs de sélection 520 et de verrouillage 530 sont en position couplée.
[0083] Dans cette position, les premières extrémités de leurs doigts 521 , 531 viennent se positionner à la même hauteur, de part et d’autre de chaque crabot 230 du pignon fou 23 correspondant, de telle sorte que les faces radiales des crabots se trouvent au contact des faces radiales correspondantes des doigts 521 , 531 des baladeurs. Ainsi le moyeu 540 se trouve-t-il bloqué en rotation par rapport à ce pignon fou 23.
[0084] On notera ici que les faces en contact des doigts et des crabots étant radiales (c’est-à-dire s’étendent dans des plans sensiblement radiaux par rapport à l’axe principal A1), la transmission de couple peut se faire sans difficulté. Bien entendu, ces différentes faces pourraient en variante ne pas être exactement radiales.
[0085] La première extrémité de chaque doigt 521 , 531 (celle tournée du côté du premier pignon fou 23) s’étend à une distance de la seconde extrémité de ce doigt qui est inférieure à la distance séparant les faces d’extrémité des deux crabots 220, 230, si bien qu’un seul baladeur ne peut pas simultanément craboter les deux pignons fous 22, 23. En pratique, cette distance est sensiblement égale à l’épaisseur du moyeu 540 (selon l’axe principal A1). [0086] Il est donc nécessaire de le déplacer pour passer un rapport de vitesses.
[0087] Le baladeur de sélection 520 est prévu pour être déplacé d’une position couplée à l’autre au moyen de l’organe de sélection 510. Comme le montre bien la figure 2, cet organe de sélection 510 comporte ici une unique fourchette qui est engagée dans une gorge 528 délimitée par deux nervures périphériques prévues en saillie de la face externe du baladeur de sélection 520.
[0088] Ainsi, en déplaçant l’organe de sélection 510 le long de l’axe principal A1 , il est possible de placer les doigts 521 du baladeur de sélection 520 en appui contre les crabots 220, 230 de l’un ou l’autre des pignons fous 22, 23 afin de passer un rapport de vitesses.
[0089] Le baladeur de verrouillage 530 n’est pour sa part pas commandé. Aucune fourchette ne lui est donc associée. Il est prévu pour se déplacer automatiquement et mécaniquement d’une position couplée à l’un quelconque des pignons fous à une position couplée à l’autre pignon fou à la faveur du déplacement du baladeur de sélection 520, grâce aux ressorts 550, 551.
[0090] Pour s’assurer que lors d’un passage de rapport, les extrémités des doigts 521 , 531 des deux baladeurs viennent se positionner de part et d’autre de chaque crabot 220, 230 du pignon fou 22, 23 correspondant, il est tout d’abord prévu que ces crabots s’appliquent contre les doigts du baladeur de sélection 520 avant que le baladeur de verrouillage 530 ne se mette en place. A cette fin, il est alors nécessaire que les doigts 531 du baladeur de verrouillage 530 puissent s’effacer du passage des crabots du pignon fou vers les doigts 521 du baladeur de sélection 520.
[0091] Pour cela, comme le montre bien la figure 2, les faces d’extrémités 534 des doigts 531 de ce baladeur de verrouillage 530 s’étendent dans des plans qui ne sont pas orthogonaux à l’axe de rotation A1 mais qui sont inclinés par rapport à celui-ci, afin de former des rampes de pentes conjuguées avec les pentes des rampes 221 , 231 des crabots.
[0092] Ainsi les faces d’extrémités 534 des doigts 531 s’étendent-elles parallèlement aux rampes 221 , 231 des crabots 220, 230 qui leurs font face.
[0093] L’angle d’inclinaison d’une pente par rapport à un plan orthogonal à l’axe principal A1 est de préférence compris entre 5 et 45 degrés. Il est ici de 20 degrés.
[0094] Les deux faces d’extrémités 534 de chaque doigt 531 s’étendent ici dans des plans parallèles.
[0095] On notera que les faces d’extrémité des doigts 521 du baladeur de sélection 520 s’étendent pour leur part dans des plans qui sont orthogonaux à l’axe principal A1 .
[0096] Le réducteur de vitesse comporte par ailleurs un actionneur pour faire coulisser l’organe de sélection 510 et un calculateur pour piloter cet actionneur. [0097] Ce calculateur comporte par exemple un processeur, une mémoire et différentes interfaces d'entrée et de sortie. Grâce à ses interfaces d'entrée, le calculateur est adapté à recevoir des données telles que par exemple la vitesse de rotation du moteur électrique et le couple délivré. Grâce à ses interfaces de sortie, le calculateur est adapté à commander l’actionneur de l’organe de sélection 510. Grâce à sa mémoire, le calculateur mémorise une application informatique, constituée de programmes d’ordinateur comprenant des instructions dont l’exécution par le processeur permet la mise en œuvre par le calculateur du procédé décrit ci-après.
[0098] A ce stade, on peut décrire comment le crabotage d’un pignon fou s’effectue.
[0099] Comme le montre la figure 5, on peut partir de la situation dans laquelle le premier pignon fou 23 est initialement couplé à l’arbre principal 21 grâce aux deux baladeurs.
[0100] Comme cela a été expliqué, dans cette situation, les crabots 230 du premier pignon fou 23 sont pris en sandwich entre les doigts 521 , 531 de ces deux baladeurs. Les faces en appui des doigts contre chaque crabot sont radiales, si bien que cet appui garantit un bon passage de couple.
[0101] En pratique, lorsque le premier rapport de vitesses est engagé, c’est le baladeur de verrouillage 530 qui transmet le couple à l’arbre principal 21 (lorsque le couple est positif). Ainsi, les efforts s’appliquant sur le baladeur de sélection restent restreints, notamment en phase d’accélération juste avant de passer le second rapport.
[0102] A ce stade, les crabots 220 du second pignon fou 22 sont laissés libres puisque rien n’entrave leur liberté de pivoter sur l’arbre principal 21. Ainsi, ce pignon fou 22 tourne à une vitesse différente de celle du premier pignon fou 23, du fait que ces deux pignons fous sont engrenés dans des pignons fixes 12, 13 de diamètres différents. En l’espèce, ce second pignon fou 22 tourne plus vite que le premier pignon fou 23.
[0103] Lorsque le calculateur commande le passage d’un rapport de vitesses (par exemple parce que le régime du moteur électrique dépasse un seuil prédéterminé), l’organe de sélection 510 fait coulisser le baladeur de sélection 520 depuis sa position couplée au premier pignon fou 23 (figure 5) vers une position neutre intermédiaire dans laquelle il n’est couplé à aucun des pignons fous 22, 23 (figure 6).
[0104] Grâce aux ressorts 550, 551 , le baladeur de verrouillage 530 est également entraîné vers une position neutre intermédiaire, dans laquelle il n’est couplé à aucun des pignons fous 22, 23. Du fait des frottements entre ses doigts 531 et les crabots du premier pignon fou 23, ce mouvement peut être plus lent. Ce mouvement peut être aidé en réduisant le couple exercé par le moteur électrique.
[0105] A ce stade, les doigts 521 , 531 des deux baladeurs sont à la même hauteur et ne sont donc en appui contre aucun des crabots 220, 230 des pignons fous.
[0106] Les baladeurs sont ici préférentiellement maintenus quelques centièmes de secondes dans cette position neutre par le calculateur, de manière à pouvoir ralentir le moteur électrique et donc, de ce fait, la vitesse de rotation du second pignon fou 22. L’objectif est qu’à l’issue de cette étape, le second pignon tourne toujours plus vite que le baladeur de sélection 520 mais que l’écart de vitesses entre ces deux éléments ait diminué, par exemple au moins de moitié.
[0107] Pour passer le second rapport, le calculateur commande l’organe de sélection 510 de façon qu’il poursuive son mouvement afin de faire coulisser le baladeur de sélection 520 depuis cette position neutre intermédiaire vers la position couplée au second pignon fou 22 (figure 7).
[0108] Lors de ce passage, le baladeur de sélection 520 tourne toujours moins vite que le second pignon fou 22. Mais grâce à l’écartement angulaire important entre deux crabots 220 successifs, les deuxièmes extrémités de ses doigts 521 peuvent se glisser dans l’espace laissé entre deux crabots. La vitesse de déplacement de l’organe de sélection 510 est alors suffisamment rapide pour que le crabotage se fasse rapidement.
[0109] On comprend que ce crabotage est d’autant moins brutal que l’écart de vitesse angulaire entre le baladeur de sélection 520 et le second pignon fou 2 est réduite. Quoiqu’il en soit, ce crabotage va imposer une décélération au second pignon fou 22 et donc à l’arbre primaire 10.
[0110] En d’autres termes, lorsque le crabotage s’effectue, l’arbre primaire 10 est ralenti par le second pignon fou 22 dont les crabots 220 viennent s’appuyer pour cela contre les doigts 521 du baladeur de sélection 520 dont la vitesse de rotation est imposée par la vitesse d’avancement du véhicule automobile.
[0111] Lors de ce mouvement de coulissement du baladeur de sélection 520, le baladeur de verrouillage 530 est également entraîné vers le second pignon fou 22 par les ressorts
550, 551. Mais, comme l’illustre bien la figure 7, lorsque les deuxièmes extrémités des doigts 521 du baladeur de sélection 520 se glissent entre deux crabots 220, il peut arriver que les deuxièmes extrémités des doigts 531 du baladeur de verrouillage 530 viennent percuter les crabots 220 du second pignon fou 22 ou même qu’elles se placent entre les crabots et les doigts 521 du baladeur de sélection 520.
[0112] Les rampes conjuguées des crabots et des deuxièmes extrémités des doigts 531 du baladeur de verrouillage 530 permettent alors, en combinaison avec les ressorts 550,
551 , au baladeur de verrouillage 530 de s’effacer en retournant en direction de sa position neutre afin de laisser passer les crabots (voir flèche F1 sur la figure 7) de manière qu’ils viennent s’appuyer contre les doigts 521 du baladeur de sélection 520.
[0113] Comme le montre la figure 8, une fois que les crabots 220 ont atteint leur position finale, en appui contre les doigts 521 du baladeur de sélection 520, les ressorts 550, 551 permettent de ramener automatiquement le baladeur de verrouillage 530 vers le second pignon fou 22, de façon que les faces latérales de ses doigts 531 s’appliquent contre les crabots 220 du second pignon fou 22.
[0114] A ce stade, lorsque le second rapport de vitesses est engagé, c’est le baladeur de sélection 520 qui transmet le couple à l’arbre principal 21 (lorsque le couple est positif). Ainsi, les efforts s’appliquant sur le baladeur de verrouillage restent restreints
[0115] On notera à ce stade que le blocage d’un pignon fou par deux doigts situés de part et d’autre de chaque crabot est utile notamment en cas d’inversion de couple, c’est-à-dire lorsque le couple aux roues devient plus grand que le couple moteur (par exemple en phase de freinage récupératif où le moteur prend un rôle d’alternateur). Dans cette situation, ce sont en effet les doigts 531 du baladeur de verrouillage 530 qui vont majoritairement être contraints.
[0116] Lors d'un passage de rapport de vitesses subséquent, la cinématique sera sensiblement la même que celle expliquée ci-dessus, la seule différence étant que l'arbre primaire 10 ne sera cette fois pas freiné mais accéléré, si bien que l’orientation des rampes devra être inversée, comme cela est d’ailleurs bien illustré sur les figures.
[0117] On notera ici que lors d’un passage de première en seconde ou inversement, c’est toujours le baladeur de sélection 520 qui, commandé par l’organe de sélection 510, commence à coulisser avant le baladeur de verrouillage 530. Ce dernier coulisse ensuite sous l’effet des ressorts.
[0118] Lors d’un passage de rapport de première en seconde ou inversement, il peut arriver que lorsque l’organe de sélection 510 déplace le baladeur de sélection 520, les doigts de ce dernier viennent buter contre les faces d’extrémité des crabots du pignon fou sélectionné.
[0119] Pour éviter toute casse, différentes solutions sont envisageables.
[0120] La première solution serait de commander le passage du rapport de vitesses au moment opportun, c’est-à-dire lorsque les crabots sont décalés angulairement par rapport aux doigts du baladeur de sélection.
[0121] Une autre solution, ici adoptée, est représentée sur la figure 1. On y observe qu’entre l’actionneur électromécanique qui déplace l’organe de sélection 510 et cet organe, il est prévu un système élastique 40.
[0122] En l’espèce, la sortie de l’actionneur est ici fixée à un étrier 41 en U dont les deux bras en formes d’arches chevauchent un arbre de sélection 42 qui est fixé à la fourchette formant organe de sélection 510. Cet arbre de sélection 42 comporte une partie centrale de section réduite, au niveau de laquelle des coulisses 43 sont montées mobiles en translation, entre les deux bras de l’étrier 41. Ces deux coulisses 43 sont maintenues à distance l’une de l’autre par un ressort 44. Ainsi, lorsque l’actionneur déplace l’étrier 41 et que la fourchette est bloquée en position (par les crabots sur lesquels butent les extrémités des doigts du baladeur de sélection 520), le ressort se comprime si bien que l’étrier peut continuer de se déplacer.
[0123] La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. [0124] Typiquement, dans le mode de réalisation décrit supra, le passage d’un rapport de vitesse s’effectue sans synchronisation, mais il nécessite toutefois de freiner ou accélérer le moteur électrique lorsque les baladeurs sont en position neutre afin que le choc au moment du crabotage soit le plus retreint possible. En variante, on pourrait ne pas maintenir les deux baladeurs en position neutre, mais faire directement passer le baladeur de sélection d’une position couplée à l’autre. Dans cette variante, le choc issu du crabotage serait plus important. Dès lors, il serait préférable de placer, entre le moteur électrique et le réducteur de vitesse, un limiteur de couple ou un embrayage piloté.
[0125] A contrario, le passage d’un rapport de vitesse pourrait s’effectuer avec synchronisation, de manière qu’au moment où le baladeur de sélection s’engage entre les crabots du pignon fou à craboter, il soit garantie que les doigts de ce baladeur se positionnent bien en appui contre les crabots.
[0126] Dans un autre mode de réalisation, le moteur électrique et le réducteur de vitesses décrits supra pourraient être installés dans un véhicule hybride, comportant par ailleurs un moteur à combustion interne. Dans ce mode, la position neutre offerte par le réducteur de vitesse pourrait être employée pour découpler le moteur électrique du moteur à combustion interne, lorsque l’on souhaite que le véhicule soit propulsé uniquement par le moteur à combustion interne.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Dispositif de couplage (20) d’arbres, comportant un arbre principal (21) orienté selon un axe principal (A1), deux pignons fous (22, 23) montés libres en rotation sur l’arbre principal (21) autour de l’axe principal (A1), et un système de couplage (50) interposé entre les deux pignons fous (22, 23), caractérisé en ce que le système de couplage (50) comporte :
- un moyeu (540) solidaire en rotation de l’arbre principal (21),
- un baladeur de sélection (520) monté coulissant par rapport au moyeu (540) selon ledit axe principal (A1) entre une position couplée à l’un des pignons fous (22, 23) et une position couplée à l’autre des pignons fous (22, 23),
- un organe (510) de déplacement du baladeur de sélection (520) de l’une à l’autre des deux positions couplées,
- un baladeur de verrouillage (530) monté coulissant par rapport au moyeu (540) selon ledit axe principal (A1) entre une position couplée à l’un des pignons fous (22, 23) et une position couplée à l’autre des pignons fous (22, 23), et
- des moyens de rappel élastique (550, 551) qui sont adaptés à rappeler le baladeur de verrouillage (530) dans une position couplée au même pignon fou (22, 23) que le baladeur de sélection (520).
[Revendication 2] Dispositif de couplage (20) selon la revendication 1 , dans lequel chaque pignon fou (22, 23) comporte au moins un crabot (220, 230) tourné vers l’autre pignon fou (22, 23), et dans lequel le baladeur de sélection (520) et le baladeur de verrouillage (530) comportent des doigts (521 , 531) adaptés à craboter les crabots (220, 230) des pignons fous (22, 23) de manière que, lorsque le baladeur de sélection (520) et le baladeur de verrouillage (530) sont en position couplée à un même desdits pignons fous (22, 23), leurs doigts (521 , 531) prennent chaque crabot (220, 230) dudit pignon fou (22, 23) en sandwich.
[Revendication 3] Dispositif de couplage (20) selon la revendication 2, dans lequel, les doigts (521 , 531) du baladeur de sélection (520) et du baladeur de verrouillage (530) présentant une première extrémité tournée vers l’un des pignons fous (22, 23) et une seconde extrémité tournée vers l’autre des pignons fous (22, 23), la distance mesurée selon l’axe principal (A1) séparant les deux extrémités de chaque doigt (521 , 531) est strictement inférieure à la distance séparant les crabots (220, 230) de l’un des pignons fous (22, 23) des crabots (220, 230) de l’autre des pignons fous (22, 23).
[Revendication 4] Dispositif de couplage (20) selon la revendication 3, dans lequel il est prévu un calculateur qui est programmé pour piloter ledit organe (510) dans trois positions stables, dont une première position dans laquelle le baladeur de sélection (520) est en position couplé à l’un des pignons fous (22, 23), une seconde position dans laquelle le baladeur de sélection (520) est couplé à l’autre des pignons fous (22, 23), et une troisième position intermédiaire dans laquelle le baladeur de sélection (520) n’est couplé à aucun des pignons fous (22, 23).
[Revendication 5] Dispositif de couplage (20) selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel :
- chaque pignon fou (22, 23) comporte un nombre de crabots (220, 230) régulièrement répartis autour de l’axe principal (A1) qui est supérieur ou égal à deux,
- le baladeur de sélection (520) et le baladeur de verrouillage (530) comportent un nombre identique de doigts régulièrement répartis autour de l’axe principal (A1), et
- l’espace angulaire autour de l’axe principal (A1) délimité entre deux crabots (220, 230) est strictement supérieur à deux fois l’espace angulaire autour de l’axe principal (A1) occupé par un doigt (521) du baladeur de sélection (520).
[Revendication 6] Dispositif de couplage (20) selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel le moyeu (540) présente plusieurs encoches en creux dans sa face externe et réparties autour de l’axe principal (A1), adaptées à guider le coulissement des doigts (521 , 531) du baladeur de sélection (520) et du baladeur de verrouillage (530).
[Revendication 7] Dispositif de couplage (20) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le baladeur de verrouillage (530) est situé à l’intérieur du baladeur de sélection (520), entre deux butées du baladeur de sélection (520), et les moyens de rappel élastique (550, 551) comportent des éléments interposés entre chaque butée et le baladeur de sélection (520).
[Revendication 8] Dispositif de couplage (20) selon la revendication 7, dans lequel lesdits éléments sont des ressorts, de préférence au nombre de trois paires ou plus, chaque paire de ressorts comportant un ressort comprimé entre l’une des butées et le baladeur de sélection (520) et un ressort comprimé entre l’autre des butées et le baladeur de sélection (520).
[Revendication 9] Dispositif de couplage (20) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel chaque pignon fou (22, 23) présente une rampe (221 , 231) et le baladeur de verrouillage (530) comporte au moins deux rampes (531) respectivement adaptées à venir glisser contre les rampes (221 , 231) de l’un premier des pignons fous (22, 23) après que le baladeur de sélection (520) a été déplacé jusqu’à la position couplée à ce premier pignon fou (22, 23). [Revendication 10] Réducteur de vitesse (1) comportant un arbre primaire (10) qui porte des pignons fixes (12, 13), caractérisé en ce qu’il comporte en outre un dispositif de couplage (20) conforme à l’une des revendications 1 à 9, dont les pignons fous (22, 23) engrènent lesdits pignons fixes (12, 13). [Revendication 11] Véhicule automobile comportant une machine électrique, un différentiel (30) et des roues motrices couplées au différentiel (30), caractérisé en ce qu’il comporte en outre, entre la machine électrique et le différentiel (30), un réducteur de vitesse (1) conforme à la revendication 10, dont l’un des arbres primaire (10) et principal (21) est couplé à la machine électrique et dont l’autre des arbres primaire (10) et principal (21) est couplé au différentiel (30).
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