Brevet FR2417689A1 — publié le 19790914

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la synchronisation électronique d'une botte de vitesses et la détection du rapport engagé. On a imaginé de nombreux systèmes pour assurer la synchronisation é- leotronique des bottes de vitesses. Tous ces systèmes prennent en dompte le problème du délai nécessaire au crabotage, ce délai imposant de comman- der l'opération de crabotage avant que le synchronisme ne soit atteint entre le pignon d'entrée et le pignon de sortie d. la botte de vitesses, Les so- lutions adoptées sont d'ordre électronique, ou électromécanique, et pré- voient d'émettre 1 1ordre de craboter un peu avant que le synchronisme ne soit atteint, en exploitant pour cela un phénomène d'hystérésis.Dans tous les cas, on suppose que la vitesse selon laquelle le système évolue v.rs l'état de synchronisme est constante. flans la réalité, sur un véhicu- le, cette vitesse n'est pas constante, et. elle varie en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule. Les systèmes de synchronisation connus ne permettent donc pas d'at- teindre le but recherché. En En particulier, aucun système ne prend en compte les oscillations transitoires qui apparatesent lorsqu'on interrompt la transsission du couple moteur en débrayant, cette lacune pouvant s'expli- quer par le fait que ces systèmes n'ont probablement pas été expérimentés sur un véhicule.En effet, on soit que, compte tenu de l'importance du couple transmis entre le moteur et les roues motrices d'un véhicule, les arbres de transmission peuvent être souris à des torsions. Ainsi, un arbre de roue d'un mètre de long peut subir des torsions élastiques allant jusqu'à 35 ou 40'. Ces torsions élastiqaes constituent un stockage d'éner- gie potentielle. En ouvrant l'embrayage, on libère cette énergie potentielle dans un système mécanique du second ordre faisant entrer en jeu l'élasticité et l'inertie des pièces en rotation.Ce phénomène transitoi re est peu amorti, et il n'est pas possible d'attendre son achèvement pour terminer l'opération de synchronisation. Ce phénomène interdit donc la synchronisation électronique, au moins en ce qui concerne les rapports de vitesse intérieurs, lorsque le véhicule évolue en côte et que le temps im- parti pour ohanger de rapport de vitesse est limité. On sait que, ai ce temps est trop long, le véhicule peut repartir en marche arrière. L'invention a pour but de réaliser un procédé et un dispositif nouveaux permettant d'éviter les inconvénients précités. Un procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend les opérations successives suivantes, pour le changement de rapport de vitesses sur un véhicule - annulation progressive du couple moteur transmis par l'intermé diaire de la botte de vitesses ; - actionnement d'un dispositif de mise au point mort de la botte de vitesses, par décrabotage du rapport engagé;; - actionnement des moyens permettant d'aboutir au synchronisme entre la vitesse d'entrée et la vitesse de sortie de la botte de vitesses compte tenu du nouveau rapport de vitesses à engager, - sinultanément, mesure de la vitesse selon laquelle on se rapproche de l'instant où ledit synchronisme sera effectivement atteint, et calcul de l'instant oh l'ordre de crabotage devra être donné, - le crabotage du neuseau rapport de vitesses étant effectué, réta plissement progressif du couple moteur transmis. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, l'annula- tion progressive du couple moteur s'effectue - si le véhicule est dans un état de traction, par une action pro agressive sur la pompe dtinfection, cette action étant suffisamment lente pozr ne pas exciter les systèmes mécaniques du second ordre de la transmission, - SI le véhicule est dans un état de frein moteur, par un ordre fugitif d'accélération permettant d'annuler le couple de retenue. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, l'effort fourni par le dispositif de mise au point mort de la botte de vitesses est tel que le décrabotage ne peut avoir lieu que lorsque le couple moteur transmis par l'intermédiaire de la botte de vitesses est quasiment nul. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, on ne mesure que des valeurs instantanées des vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie de la botte de vitesses, Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, les valeurs des vitesses de rotation des arbres d'entrée et de sortie de la bot te de vitesses sont mesurées plusieurs fois au cours de chaque tour d'ar- bre par l'intermédiaire de capteurs en liaison avec des périodemètres. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, le calcul de l'instant où l'ordre de orabotage devra âtre donné tient compte d'un temps de retard entre l'instant où l'ordre de crabotage est donné et l'instant effectif du crabotage, ce temps de retard étant une valeur constante mise en mémoire. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, la dé section de l'engagement effectif d'un nouveau rapport s'effectue en constatant dix fois consécutives l'identité entre la valeur connue dudit rapport de vitesse et la valeur mesurée du rapport des vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie de la botte de vitesses. Un diapositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est caractérisé en ce u'il comprend s - des capteurs inductifs respectivement en liaison avec l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie de la botte de vitesses, - des périodemètres en liaison avec une horloge,pour recevoir chacun les impulsions en provenance d'un capteur inductif et émettre un signal correspondant à la valeur instantanée de la période des impulsions consi aérées, - un adaptateur d'interface périphérique qui regoit ces signaux et qai oomnande les différents organes du véhicule après avoir dialogué avec un microprocesseur en liaison avec une mémoire à lecture/écriture"RAM" retenant les résultats instantanés et une mémoire à lecture seule "ROM" détenant les données constantes de calcul telles que les valeurs des dit- férents rapports de vitesses , les valeurs des temps de retard des coi- mandes, et l'algorithme de calcul. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. - Figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. - Figure 2 est un graphique illustrant le fonctionnement du disposi ti. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement la botte de vites ses 1 d'un véhicule avec son arbre d'entrée 2 et son arbre de sortie 3. Un capteur inductif 4 est monté à proximité d'un disque cranté 5 calé sur l'arbre 2, tandis qu'un capteur inductif 6 est monté à proximité d'un disque cranté 7 calé sur l'arbre 3. Les impulsions du capteur 4 sont captées par un périodemètre 8, tandis que les impulsions du capteur 6 sont captées par un périodemètre 9. Ces deux périodemètres reçoivent également des impulsion en provenance d'une horloge 10, et fournissent chacun au même adaptateur d'interface périphérique 11 un signal correspondant à la valeur numérique de la période instantanée mesurée.L'adaptateur dtinterfaoe périphérique 11 "PIA" dialogue avec un microprocesseur ou unité arithmétique et logique 12, et commande les différents organes du véhicule par l'intermédiaire de lignes de commande 13. Ces organes sont le dispositif de passage au point mort, le dispositif de crabotage, le dispositif de commande de la pompe drinjection, et autres.Le microprocesseur 12 est en liaison avec une mémoire à lecture/écriture"RAM" 14 qui enregistre les ré sultans instantanés, et une mémoire de prograsteg à lecture. seule 15 "ROM" dans laquelle sont enregistrées les différentes valeurs constantes propres au véhicule considéré, ainsi que l'algorithme de travail. Ce dispositif fonctionne de la façon suivante s Ici, la mesure de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée 2 et celle de l'arbre de sortie 3 sont effectuées plusieurs fois au cours de chaque tour d'un arbre. I1 s'agit de valeurs instantanées des vitesses, qui sont traduites en valeurs numériques par les périodemètres 8 et 9, une période correspondant au temps qui s'écoule entre deux impulsions successives. L'ensemble calculateur 11, 12, 14,15 calcule la valeur instantanée d'an paramètre &alpha; défini de la façon suivante vitesse instantanée de l'arbre 2 &alpha; = vitesse instantanée de l'arbre 3 Le calcul est effectué en supposant que les valeurs des vitesses sont isochrones, otest-b-dire que les vitesses instantanées sont mesurées exactement au lame instant à chaque calcul du paramètre o( . En réalité, lesdites valeurs ne sont pas isochrones, mais leur décalage dans le temps reste suffisamment faible par rapport à la variation de la valeur de &alpha; pour qu'on paisse les considérer conte telles. Les rapports de la botte de vitesses sont connus s ce sont des valeurs fixes mémorisées dans la mémoire 15. On peut définir un tableau de valeurs particulières du paramètre &alpha; tel qu'à chaque rapport de vitesses de la botte corresponde une valeur particulière fixe du paramètre o( Le dispositif effectue la comparaison entre la valeur instantanée de &alpha; et les valeurs particulières du tableau, en effectuant les conclusinon suivantes t - si la valeur instantanée de &alpha; est égale à une valeur particulière O(n du tableau dix fois consécutives, le rapport n de la boîte de vitesses est engagé; - si la valeur instantanée de &alpha; n'est égale à aucune valeur particu lièvre du tableau, la botte de vitesses est au point mort. On déclare que la botte de vitesses se trouve au point mort si la valeur instantanée de &alpha; reste plus de trois fois consécutives différente de toutes les valeurs particulières du tableau. - Si la valeur instantanée de &alpha; est comprise entre deux valeurs &alpha; n et &alpha;m du tableau, c'est-à-dire si &alpha;n - En calculant la vitesse de variation de C & en fonotion du temps, c'est-à-dire : d&alpha; , on en déduit la vitesse selon laquelle &alpha; se rap dt proche de l'une des deux valeurs o(n et O(m, c'est-à-dire la vitesse selon laquelle le mécanisme approche un nouvel état de synchronisme. Si la vitesse calculée est positive, c'est le plus grand rapport qui doit ê- tre atteint. Si la vitesse calculée est négative, c'est le plus petit rapport. Le mode de calcul est illustré sur le graphique de la figure 2, sur lequel on représente le temps en abscisses et les valeurs de o( en ordonnées. Le calcul précédent permet de déterminer la pente de la ligne u représentant la variation du paramètre &alpha; en fonction du temps, et permet d'effectuer une extrapolation pour déterminer à quel instant,tm, pr n- dra la valeur (m Le microprocesseur 12 effectue cela en quelques milli secondes0 le procédé selon l'invention comprend les opérations successives suivantes, pour le changement d'un rapport de vitesses sur le véhicule - A aucun moment on ne commande l'ouverture de l'embrayage. Celui-oi reste constamment en position embrayée au cours du fonctionnement en au tasatique. - Si le véhicule est en état de traction, on annule progressivement le couple moteur transmis par une action sur la pompe d'injection. Cette action doit être suffisamment lente pour ne pas exciter les systèmes de second ordre de la transmission, 'est-à-dire pour que les actions combinées de l'énergie potentielle stockée sous forme de torsion élastique.des arbres et de l'inertie des pièces en rotation ne provoquent pas l'entrée en oscillation des organes de transmission. Si le véhicule est en état de frein moteur, on donne un ordre fugitif d'accélération pour annuler le couple de retenue. - Le dispositif de mise au point mort de la botte de vitesse par décrabotage du rapport en prise est actionné. L'effort que fournit ce di- positif est tel que le rapport engagé ne peut être décraboté que lorsque le couple transmis est quasiment nul. On sait que la résistance qui s'op- pose au déorabotage pendant la transmission d'un couple provient des forces de frottement entre les dents des crabots antagonistes, cette rdsis- tance servant habituellement à assurer le maintien de la prise des vites ses. - Le point mort est détecté à partir de la valeur instantanée dec - Dès le début de cette recherche de synchronisme on mesure la vitesse wivant laquelle on tend vers l'instant de synchronisation,- c'est d-dire la valeur u = d&alpha;/dt. Cette vitesse u dépend des conditions selon lesquelles le véhicule évolue, mais elle reste constante pendant une mOme opération de synchronisation. - Connatisant la vitesse u d'évolution vers l'instant de synchronisme, les instants auxquels devront tre émis les différents ordres sont déterminés par le calcul. Pour cela, on calcule les valeurs du paramètre &alpha; aux instants considérés, en tenant compte des temps écoulés entre l'instant où chaque ordre est donné et l'instant où l'opération correspondante est effectivement réalisée. Ainsi, on connatt, pour chaque rapport, le temps To, ou retard entre l'apparition de l'ordre électrique de crabotage et l'instant où le crabot s'engage réellement dans son logement. Les temps To sont enregistrés dans la mémoire 15, et ils sont stables quelles que soient les conditions antérieures, parce que le vérin qui commande le crabot est surpuissant. Ainsi, la valeur &alpha;c c de &alpha; pour laquelle sera émis l'ordre de craboter le rapport m est calculée au moyen de la relation suivante o(o C s cKm - u.Tcm d m étant la démultiplication du rapport m, et Tcs étant le retard entre l'instant d'apparition de l'ordre électrique de craboter le rapport m et le moment où le crabot du rapport m entre dans son logement. Ce processus s'applique à tous les organes contribuant à l'obtention de la synchronisation, ctest-k-dire aux commandes de la pompe d'injec tison, aux commandes d'un ralentisseur, aux commandes de suppression du frein moteur, et autres. De cette manière, le crabotage se produit toujours à l'instant exact de synchronisme, quelles que soient les conditions du contexte de l'opération. Cette procédure serait évidemment impossible sans les capacités de calcul rapide des microprocesseur 12. - L'engagement du nouveau rapport m est détecté de la façon décrite plue haut, c'est-à-dire par l'apparition d'une identité entre le paramètre c et la valeur particulière mémorisée olm dix fois consécutives. Le couple moteur est alors rétabli, ce qui s'effectue progressivement pour éviter toute secousse. On notera que l'utilisation d'une synchronisation électronique de botte de vitesses n'est possible qu'à la condition de satisfaire les cinq points suivants - Connattre en permanence la valeur instantanée &alpha; du rapport des vitesses respectives de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie de la botte de vitesses, pour déterminer le rapport engagé ou l'état cinétique entre deux rapports de la botte de vitesse. - Pouvoir calculer la vitesse de convergence vers l'état de synchro nisme. - Calculer les valeurs du paramètre &alpha; correspondant aux instants oh il faut émettre les différents ordres. - Assurer l'exécution de ces ordres. - Maîtriser les variations du couple moteur à la coupure et au ré tablissement de la transmission de puissance, pour supprimer les états transitoires oscillants des pièces tournantes de la transmission0 BvavICAl'IOS 1. Procédé pour effectuer la synchronisation électronique d'une botte de vitesse sans débrayer, caractérisé en ce qu'il comprend toutes les opérations suivantes t - détermination de la valeur instantanée du rapport des vitesses respectives de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie de la botte de vitesses, - pendant le passage des vitesses, calcul de la vitesse de convergence vers l'état de synchronisme des pignons d'entrée et de sortie de la botte de vitesses compte tenu du rapport de vitesses à engager, - calcul des valeurs prévisibles du rapport des vitesses des arbres d'entrée et de sortie de la botte de vitesses pour lesquelles les différents ordres devront Stre émis, - exécution de ces ordres, - maîtrise des variations du couple transmis par l'intermédiaire de la botte de vitesses, de faucon à supprimer les états oscillants transitoires des pièces tournantes de la transsission. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le changement de rapport de vitesses comprend les opérations suivantes : - annulation progressive du couple transmis par l'intermédiaire de la botte de vitesse ; - actionnement d'un dispositif de mise au point mort de la botte de vitesses, par décrabotage du rapport engagé ;; - actionnement de moyens permettant d'aboutir au synchronisme entre la vitesse de l'arbre d'entrée de la botte de vitesses et la vitesse de l'arbre de sortie de la botte de vitesses compte tenu du nouveau rapport de vitesses à engager, - simultanément, mesure de la vitesse selon laquelle le paramètre représentant le rapport entre les vitesses de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie de la botte de vitesses se rapproche d'une valeur d m, c'està-dire mesure de la vitesse selon laquelle le synchronisme sera effectivement atteint, et calcul de la valeur de OL correspondant à l'instant où 1' ordre de crabotage devra Entre donné, - crabotage du nouveau rapport de vitesses, et rétablissement progressif du couple transmis. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur oRc de o( pour laquelle l'ordre de crabotage devra être donné est calculée au moyen de la relation suivante &alpha;o = &alpha;m - u.Tcm m étant la démultiplication du rapport m à engager TGS étant le retard connu entre l'instant d'apparition de l'ordre électrique de craboter et rapport m et le moment où le orabot du rapport gentre effectivement dans son logement. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, Ca- ractérisé en oe que l'annulation progressive du couple moteur steffectue t - si te véhicule est dans un état de traction, par une action progressive sur la pompe d'injection, cette action étant suffisamment lente pour ne pas exciter les systèmes mécaniques du second ordre de la transmission, c'est-B-dire pour ne pas provoquer d'états oscillants transitoires, - si le véhicule est dans un état de frein moteur, par un ordre fu- gitif d'accélération permettant d'annuler le couple de retenue, 5.Procédé suivant l'an quelconque des revendications 2 à 4, carac térisé en ce que l'effort fourni par le dispositif de mise au point mort de la botte de vitesses est tel que le décrabotage ne peat avoir lieu qie lorsque le couple moteur transmis par la botte de vitesses est quagi- ment =1. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs des vitesses de rotation des arbres d'entrée et de sortie de la botte de vitesses sont mesurées plusieurs fois au cours de chaque tour d'arbre par l'intermédiaire de capteurs in ductifs en liaison aveo des périodemètres mesurant chaque période définie comme le temps écoulé entre deux impulsions consécutives de chaque capteur inanctit. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en oe que les démultiplications des différents rapports de la botte de vitesses, ainsi que les délais correspondant aux temps écoulés entre l'instant où l'ordre d'effectuer une action est donné et l'instant effectif de l'exécution de cette action, sont des données constantes mises en mémoire une fois pour toutes. 8. Procédé suivant l'une quelconqueddes revendications précédentes, caractérisé en ce que la détection de l'engagement effectif d'un nouveau rapport de vitesses steffectue en constatant dix fois consécutives l'identité entre la valeur connue dudit rapport de vitesses et la valeur mesurée du rapport de. vitesses de rotation des arbres d'entrée et de sortie de la botte de vitesses. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détecte le point mort de la botte de vitesses en constatant plus de 3 fois consécutives que la valeur instantanée du rapport des vitesses respectives des arbres d'entrée et de sortie de la botte de vitesses est différente d'une valeur connue de démultiplication de rapport de vitesses. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend - des capteurs inductifs respectivement en liaison avec l'arbre d'entre et l'arbre de sortie de la botte de vitesses, - des périodemètres en liaison avec une horloge, pour recevoir chacun les impulsions en provenance d'un capteur inductif et émettre un signal correspondant à la valeur instantanée de la période des impulsions considérées, - un ensemble calculateur qui reçoit ces signaux, et qui calcule en pereasence la valeur instantanée du rapport des vitesses regpeetitee de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie de la botte de vitesses à l'aide d'un microproeesseur, ou unité arithmétique et logique, pour commander les différents organes du véhicule, - une mémoire à lecture/oritInPRAM" retenant les résultats instantanés, et une mémoire programmable à lecture seale "ROND détenant les données constantes de calcul en liaison avec le microprocesseur.