Brevet FR2510779A1 — publié le 19830204

La présente invention concerne un dispositif de régulation du couple transmis par des éléments d'actionnement par friction dans des boites de vitesses à faire commuter en charge, à l'aide de capteurs de valeurs de mesure des vitesses de rotation à l'entrée et à la sortie de la boite de vitesses et d'un dispositif élec- tronique de commande qui produit, en fonction des signaux des capteurs, un signal de sortie agissant sur la pres- sion d'embrayage. De tels dispositifs de régulation sont connus par exemple d'après les demandes de brevet allemand DE-OS 2835051 et DE-OS 21 24 024 Ils doivent servir à actionner des boites de vitesses à quatre rapports dont la commande ne peut généralement pas être effectuée uniquement à l'aide de moyens hydrauliques ou mécaniques. Cependant ces dispositifs connus ne permettent pas d'obtenir un comportement de commutation suffisam- ment reproductible Cela est imputable notamment au fait qu'il n'est prévu aucun temps de commutation dans lequel un processus de commutation doit être achevé. Pour cette raison, l'invention a pour but de fournir un dispositif qui permette de commander la pression d'application des disques d'embrayage de façon que leur vitesse de rotation relative soit annulée dans un temps sélectionnable (temps de commutation) indépendam- ment de toutes les influences extérieures. Ce problème est résolu en ce que du côté d'entrée du dispositif de commande, il est prévu un autre capteur de valeur de mesure de la pression d'embrayage (p) et en ce que le dispositif de commande produit, pendant un temps de commutation prédéterminable (T), un signal de sortie (U) correspondant à la relation suivante U (t) a G 2 9 P (t) a 1 l t) ft o T = durée du processus de commutation (temps de commutation) t = instant pendant le processus de commutation, c'est-à-dire 0 t -T p(t) = pression d'embrayage à l'instant t ai, 2 = constantes à prédéterminer coefficient de frottement de l'embrayage m (t) = vitesse de rotation relative des éléments d'embrayage à l'instant t i (t) = dérivée en fonction du temps, de la vitesse relative à l'instant t f (t) = fonction constante à prédéterminer de façon que f ( 0) X ( 0) = f (T) Xl (T) = O L'invention est basée sur la connaissance de ce que le couple MK transmis par un embrzayage se compose de la somme d'un couple momentanément nécessaire MN et d'un couple additionnel M ', o l'on entend par MKN le couple minimal d'embrayage qui est nécessaire pour main- tenir constante la vitesse de rotation relative momentanée des disques d'embrayage et o le moment excédentaire MK détermine seul la variation, en fonction du temps, des vitesses de rotation relatives des disques d'embrayage. D'une façon générale, la vitesse relative de rco- tation des disques d'embrayage augmente ainsi lorsque le couple MK transmis par l'embrayage est inférieur au cou- ple nécessaire MKN et elle diminue lorsque le couple transmis MK est supérieur au couple nécessaire MKN Dans le cas o MK = MKN' la vitesse de rotation relative est maintenue, c'est-à-dire que la différence entre les vi- tesses de rotation des disques d'embrayage est constante. Ainsi lorsque le couple nécessaire MKN, qui cor- respond par ailleurs au couple moyen de l'embrayage dans la condition de fermeture, peut être déterminé avec une précision suffisante, il est possible de régler au préa- lable, par prédétermination d'un couple emédentaire M ,la vitesse de rotation relative des disques d'em- brayage pendant le temps de commutation. Pour le couple transmis par l'embrayage, on applique la formule MK =(G 2 tipi (t) K Pour le couple excédentaire, on applique la formule Du fait que MN= MK MK, le couple néces- saire est déterminé conformément à l'invention, à cha- que instant du processus de commutation qui est compris dans le temps de commutation T, à partir de la pression d'embrayage mesurée p et de la variation, en fonction du temps, de la vitesse de rotation rela- tive des disques d'embrayage, qui peut être facilement obtenue à partir de la mesure des vitesses de rotation à l'entrée et à la sortie de la boite de vitesses. L'invention est ainsi basée sur l'idée géné- rale consistant à déterminer le couple nécessaire momen- tanément m KN par une mesure des vitesses de rotation à l'entrée et à la sortie de la boite de vitesses et à l'additionner à un couple excédentaire qui est déterminé à partir d'une fonction f de façon nette dans un temps de commutation prédéterminable. il est simplement nécessaire que f (t) satisfasse aux conditions indiquées ci-dessus. Il est avantageux d'utiliser pour f (t) la fonction suivante f T)-i T lie 2 -(e 1 -e 2)* (T) l Dans ce cas, on obtient, pour la vitesse de rota- tion relative S pendant l'intervalle de temps T prédéterminée pour le processus de commutation, la variation suivante (T (t)t 1-e 2 e 1 e 2 L 1) il aveci > = constante et el, e 2 et j étant des nombres rationnels sélection- nables. Du fait que dans ce cas la vitesse de rotation relative s'annule à l'instant t = T, on est assuré, indépendamment du choix des constantes prédéterminées el, e 2 et j, d'une absence d'à-coup à la fin du processus de commutation. Egalement au début du processus de commutation on peut obtenir une absence d'à-coup lorsque conformé- ment à un mode avantageux de réalisation, on choisit el = 1 car, dans ce cas, la dérivée de la vitesse de rotation relative s'annule à l'instant t = 0. A l'aide des constantes librement prédétermina- bles e 2 et j, il est possible, par exemple en considéra- tion du confort, de déterminer la vitesse maximale de variation du couple additionnel Mi U c'est-à-dire la dérivée seconde X (t) de la vitesse de rotation relative des disques d'embrayage en début de commutation, dont la formule est: 3 m (t=Do=)z i l-e 2 l T? ( 12 En outre, en considération du confort et de l'usure, on peut déterminer aussi bien l'instant t que la grandeur absolue de la valeur maximale du M moment additionnel MK , c'est-à-dire la vitesse maximale de variation, de la vitesse de rotation relative, ce qui s'écrit: = e 2 - 1 f 1-e 2)t M I 21- e_ l M 1 -te Selon l'invention, on peut ainsi faire en sorte que la vitesse de rotation relative X s'annule,sans à-coup, au bout du temps d'actionnement T, également lorsque, pour des raisons de confort, le couple MK transmis par l'embrayage, ou sa variation dans le temps, doit être limité, ou bien lorsque la dynamique des organes d'actionnement sollicités par le dispositif électronique de commande ne permet pas d'obtenir le comportement désiré de couple à l'aide de ce dis- positif. Les constantes a 1 et a 2 sont prédéterminées par la structure de la botte de vitesses ou du véhicule. Les grandeurs à utiliser avantageusement pour a 1 et a 2 sont les suivantes: Il C 2-i 2 cl2 c 3 a 2 =R F a cit C 21 c 2 i R R. C 3 c 2-c 3 o ci = moment d'inertie total de la ligne de transmission avant la botte de vitesses, c 2 moment d'inertie total de la ligne de transmission après la botte de vitesses, y compris le différentiel et la superstructure du véhicule, c = masse d'inertie des arbres d'accouplement dans la botte à trains planétaires, = facteur de servo-couple, i = rapport correspondant à la vitesse enclenchée i R =nombre des surfaces de friction ou des disques de l'embrayage X = rayon de frottement équivalent des disques F = section du mécanisme à cylindre et piston servant à l'application en pression des surfaces de friction ou des disques. Le coefficient de frottement, peut être déterminé conformément à la formule suivante: 1 m (tl) X (t 2) la 02 p(t 1) P(t 2) o Oc tl t 2 a T et o t 1 et t 2 représentent deux instants successifs d'action du dispositif de commande. A partir de: MK = MKN +MK MK Q 2 P (t) MK-= l (t) on obtient à un instant t = t 1 rentrant dans l'intervalle de commutation T: 32,IP (tl)= MKN (t 1} + % {t 11 et à l'instant suivant t 2 = t 1 +d t,àt, représentant le temps d'actionnement du dispositif de commande: a 2 P(t 2) MKN(t 2 l a 1 (t 2) Si on suppose maintenant que a 1, a 2 et, sont constants, on obtient, en supposant que MKN (t 1) MKN {t 2) et par soustraction des deux équations, la valeur du coefficient de frottement qui est indiquée ci-dessus. A cet égard, il est particulièrement avantageux que des valeurs de ai et a 2, prédéterminées le cas échéant de façon erronée, soient compensées dans une large gamme par une modification correspondante du coefficient de frottement calculéi Il suffit ainsi de prédéfinir pour a 1 et a 2 des valeurs moyennes constantes, par exemple pour un poids moyen de véhicule, sans que le comportement de conigrutation soit considérablement modifié lors de variations de ca- ractéristiques du véhicule, par exempl e de la charge. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront définies dans la suite de la des- cription, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure I est une coupe schématique d'un embrayage à disques de type connu, et la figure 2 est un schéma de l'agencement conforme à l'invention. Conformément à la figure 1, l'embrayage à disques, symétrique par rapport à un axe de rotation 1, se compose essentiellement d'un support de disques extérieurs 2, sur lequel sont montés des disques exté- rieurs 3 coulissants par rapport à celui-ci, et d'un support de disques intérieurs 4 portant les disques in- térieurs 5 Sur le support de disques extérieurs 2 est monté un mécanisme à cylindre et piston 6 à section de forme annulaire, dont le piston 7 de forme annulaire peut être déplacé dans le cylindre 10 de forme annulaire par introduction d'huile en 9 afin d'appliquer les disques extérieurs 3 contre les disques intérieurs 5 On a désigné par Ra et ra le diamètre extérieur et le dia- mètre intérieur du volume intérieur du cylindre 10 R et r L désignent le rayon extérieur et le rayon intérieur des disques intérieurs Pour le rayon de friction équivalent Rm des disques, on obtient alors d'une manière connue la formule 2 ( 1 M -r L) 3 (R 2 -r 2 L L Conformément à la figure 2, le système à comman- der par le dispositif selon l'invention se compose d'un moteur 20, d'une boîte de vitesses 21 avec l'embrayage 22 et de la machine à entraîner, c'est-à-dire le véhicule 23 La pression p de l'embrayage 22 est réglée à l'aide d'une valve 24 qui est commandée par un dispositif élec- tronique de commande 25 Ce dispositif de commande 25 applique à cet effet un signal de commande correspondant U à un organe de commande, non représenté, dont l'organe mobile actionne la valve 24. Du côté de l'entrée, le dispositif de commande est relié à des capteurs de valeurs de mesure 26 et 27 dont l'un mesure la vitesse de rotation à l'entrée de la boite de vitesses tandis que la vitesse de rota- tion à la sortie de boîte est mesurée par l'autre capteur En outre il est prévu conformément à l'invention un autre capteur de valeur de mesure 28 à l'aide duquel la pression d'embrayage, c'est-à-dire la pression ré- gnant dans le mécanisme à cylindre et piston 6 de la figure 1, est mesurée et appliquée à une autre entrée du dispositif de commande 25. En outre, le dispositif de commande 25 reçoit encore à l'entrée, en provenance de la boite de vitesses, un signal i qui définit le rapport de transmission cor- respondant à la vitesse enclenchée. Les signaux appliqués à l'entrée du dispositif de commande 25 sont traités de la façon suivante. A partir du signal représentant la vitesse w E à l'entrée de la boite de vitesse 21 et du signal représentant sa vitesse de sortie u MA' on détermine la vitesse de rotation relative m d'après la formule m = iw A A partir de la vitesse de rotation relative on détermine d'une part par exemple par le calcul de quotients différentiels correspondants, la dérivée en fonction du temps, de la vitesse de rotation relative. Celle-ci est alors multipliée par le rapport 1/a 1. D'autre part, la vitesse de rotation relative est multipliée par la fonction f (t). Le signal produit par le capteur 28 est multiplié par a 2 et par le coefficient de frottement/ de sorte qu'on obtient un signal correspondant à a 2)0 p On soustrait de ce signal le signal correspondant 1 X (t) On additionne au signal ainsi obtenu le signal a correspondant au produit X (t)f(t) On obtient ainsi un signal de somme qui est converti dans un étage final 30 de façon à produire le signal de sortie analogique U. Le coefficient de frottementsc peut être calculé par le dispositif de commande 25 à chaque fois, au début d'un processus de commutation, conformément aux indications données plus haut. Comme dispositif de commande 25, on peut utiliser un microprocesseur intervenant pour remplir d'autres fonctions, par exemple la commande d'allumage ou la commande de freinage. REVENDICATIONS 1 Dispositif de régulation du couple transmis par des éléments d'actionnement par friction dans des boîtes de vitesses à faire commuter en charge à l'aide de capteurs de valeurs de mesure des vitesses de rotation à l'entrée et à la sortie de la boîte de vitesses et d'un dispositif électronique de comimande qui produit, en fonction des signaux des capteurs, un signal de sortie agissant sur la pression d'embrayage, caractérisé en ce que, du côté d'entrée du dispositif de commande ( 25), il est prévu un autre capteur de valleur de mesure ( 28) de la pression d'embrayage (p) et en ce que le dispositif de commande ( 25) produit, pendant un temps de commutation prédéterminable (T), un signal de sortie (U) correspondant à la relation suivante U( 2 () gplt lai (t) +f (t)m (t l o T = durée du processus de commutation (temps de coam- mutation) t = instant pendant le processus de comm Luta'cion, c'est-àdire Ct I -t p(t) = pression d'em t; -yage à l'ô Ètant t a, a 2 = constantes à ur, déteri L:i ner coefficient de frottement de l'e 1 lbayage ( 22) T t 3 vitesse de rottation relative des élle-%s d'embrayage à ' it t t it) = dérivée, en fonction du temps, de la vitesse relative à l'instant t f (t) = fonction constante i préd-teriner de facon que f (O) ( 0) = O (T) = O 2 Dispositif 'elon la rev endication i, carac- térisé en ce qu'on choisit la foinction ftt):-1 t le 2e 1-e 2 * (T) e le T h a 1 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on prédétermine e 1 1. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on prédétermine pour a et a 2 les valeurs suivantes: c 2 il cl 2 i c 3 G 1: a 2 i R''F C 11 C 2 _-C 3 2 R m o c 1 = moment d'inertie total de la ligne de transmission avant la botte de vitesse ( 21) c 2 = moment d'inertie total de la ligne de transmission après la boite de vitesses ( 21), y compris le dif- férentiel et la superstructure du véhicule, c 3 = masse d'inertie des arbres d'accouplement dans la botte à trains planétaires, X = facteur de servo-couple, i = rapport correspondant à la vitesse enclenchée i R = nombre des surfaces de friction ou des disques de l'embrayage ( 22) R = rayon de frottement équivalent des disques ( 5) m F = section du mécanisme à cylindre et piston ( 6) servant à l'application en pression des surfaces de friction ou des disques. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise pour le coefficient de frottement (ô) de l'embrayage ( 22) la valeur suivante: t I 1 (tl) (t 2) Gl O 2 p (tl) p(t 2) o O___tl t 2 -T i 2 et o t 1 et t 2 représentent deux instants successifs d'ac- tion du dispositif de commande ( 25).