Brevet FR2529356A1 — publié le 19831230

La présente invention est relative aux boîtes de vitesses de vehicules automobiles, plus particulièrement de fort tonnage, et elle vise, plus spécialement, les boîtes de vitesses a commandes mecaniques. Dans le domaine technique ci-dessus, les commandes manuelles de boîtes de vitesses mécaniques font intervenir, compte tenu de l'eloignement physique entre la boite proprement dit et le poste de commande, une transmission à distance, de type mécanique, reliant la poignee de commande ou manipulateur du poste de conduite aux organes mobiles de la boîte et, plus particulièrement, aux baladeurs. Malgré les pignons de synchronisation couramment adaptes dans de telles botes de vitesses, ltéloignement et la transmission mécanique a distance, qui en résultent, n'introduisent pas des conditions optimales de changement de rapport de demultiplication. Les difficultés rencontrées par les pilotes de tels véhicules sont, le manque de précision de la grille de passage des vites ses et la fermeté de transmission qui implique une dépense phy sinue notable de ia part du conducteur astreint à une conduite dans des conditions difficiles, pendant des durées parfois relativement longues. Ces -diffieultes ne sont pas favorables à des évolutions dans de bonnes conditions, fatiguent inutilement.le pilote dont les capacités décroissent ainsi rapidement et, surtout, entraînent la détérioration ou la rupture frequente, soit des organes de transmission, soit des constituants de la boîte de vitesses, lorsqu'un changement de rapport est effectué brutalement dans des conditions ne correspondant pas au passage correct d'une vitesse. Les difficultés de conduite, ainsi que les inconvénients qui en découlent, sont accrus lorsque le véhicule est de fort tonnage et qu'il fait intervenir une puissance motrice élevée et une inertie importante due a la masse devant etre freinée, arretée ou entraînée en déplacement. Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a proposé d'associer aux boîtes, de type mecanique, un ensemble de commande manuelle assistée, destiné a relayer l'action du pilote une fois que ce dernier a initié ou amorcé son intention de changer de rapport. Un tel ensemble résoud le problème de la fatigue physique du pilote, de la précision de la grille de commande et de la fermeté de transmission. Cependant, un tel ensemble, généralement a assistance pneumatique ou hydraulique, supprime aussi toute perception physique de l'action de commande de changement de rapport et peut etre alors la cause de ruptures ou détériorations de certains au moins des organes d'une boite de vitesses et, notamment, des pignons devant entrer en coopération. En effet, on sait que dans une boîte de vitesses å commande mécanique, les vitesses de l'arbre menant et celles de l'arbre mené sont liées par une constante fonction du rapport de vitesse engagé. Lors du passage d'un rapport de vitesse à un autre rapport, il est indispensable de retrouver la nouvelle constante, afin que les pignons destinés à coopérer tournent des vitessesidenti- ques ou très voisines, afin de permettrel'engrènement de leur denture. En général, l'appréciation de ces paramètres est laissée au pilote lorsque les conditions de changement permettent de disposer, en retour, d'une perception tactile suffisamment fine pour apprécier si les conditions de passage optimales sont réunies. On conçoit que ces conditions n'existent pas dans les cas ci-dessus et que, par suite, les aléas de changement de rapport conduisent, fréquemment, des ruptures ou des détériorations de boîtes. L'objet de l'invention consiste à proposer un dispositif d'asservissement des vitesses de rotation des arbres menant et mené d'une botte de vitesses du type mécanique, de manière à obtenir, automatiquement, un ajustement de ces vitesses, afin de disposer de conditions optimales de passage permettant d'obtenir un engrènement des pignons amenés à coopérer pour l'obtention d'un rapport donné. L'objet de l'invention est de proposer un dispositif à fonctionnement automatique qui décharge totalement le pilote de l'observation de paramètres à partir desquels il peut être escompté que les conditions optimales sont réunies. Un autre objetdel'invention est de proposer un dispositif d'asservissement possédant un temps de réaction particulièrement court, même d'ajuster les vitesses de rotations relatives des arbres menant et mené, au cours d'une séquence de changement de rapport et, plus particulièrement, dans la phase de cette séquence comprise entre le passage au point mort et l'engagement du nouveau rapport recherché. Un objet supplémentaire de l'invention est de proposer un dispositif d'asservissement qui permette néanmoins de modifier le régime de rotation du moteur du véhicule arrêté, sans qu'il en résulte d'incidence sur le fonctionnement général, ou sans qu'un tel changement de vitesse de rotation ne soit entravé par la prise en compte de l'absence de rapport de vitesses par ledit dispositif d'asservissement. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif d'asservissement qui prenne en compte la vitesse de rotation de l'arbre menant et asservisse cette vitesse en fonction de l'appreciation de celle de l'arbre mené. Pour atteindre les buts ci-dessus, le dispositif conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - deux convertisseurs délivrant deux tensions con tinues, de polarités différentes, proportionelles à la vitesse de rotation respectivement d'un arbre menant et d'un arbre mené, - un modulateur de tension commandé par le mani pulateur de boite, interposé entre la sortie du convertisseur affecté à l'arbre menant, et un point commun avec la sortie du second con vertisseur, - un amplificateur de puissance alimenté par une tension de référence et relié au point commun - un pont de comparaison à deux seuils alimenté par une tension de référence et la sortie de l'amplificateur, - et deux circuits de puissance affectés chacun à un des seuils et commandant au moins un organe d'accélération ou de décélération de la vitesse de rotation de l'arbre menant. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence au dessin annexé qui montre, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure unique est un schéma du dispositif d'asservissement conforme à l'invention. Le dessin montre, de façon partielle et schematique, une bote de vitesses 1, du typemécanique, comprenant un arbre menant 2 influencé directement par la vitesse de rotation du moteur. La boîte 1 comprend également un arbre mené 3 qui est influencé par la vitesse de rotation des organes de roulement du véhicule lesquels peuvent être, indifféremment, des roues ou des chaînes. L'objectif de l'invention qui est de piloter la vitesse de rotation relative des arbres 2 et 3, en vue de permettre l'engrè- nement correct des pignons amenés à coopérer, doit tenir compte du fait qu'en réalité, l'arbre mené 3 possède une vitesse de rotation qui est représentative de l'utilisation et du déplacement entraîné ou inertiel du véhicule. La seule possibilité s'offrant pour atteindre l'objectif pose est donc celle d'ajuster, momentanément, la vitesse de rotation de l'arbre menant 2 qui est la seule donnée variable maîtrisable par 11 intermédiaire du moteur ou groupe motopropulseur. Le dispositif d'asservissement selon l'invention est, particulièrement, conçu pour tenir compte de cet imperatif et comprend, comme illustré au dessin, des convertisseurs 4 et 5 qui sont placés en relation respectivement avec les arbres 2 et 3, afin de délivrer, par des bornes de sortie 6 et 7, deux tension; continues de polarités différentes. Les convertisseurs 4 et 5 sont polarisés à partir du circuit 8 issu de la tension d'alimentation plus et moins 15 volts afin de compenser les écarts des caractéristiques des convertisseurs liés aux arbres 2 et 3, ceux-ci étant animés de vitesses de rotation très différentes l'une de l'autre. Ce circuit 8 est, par ailleurs, raccordé à une masse isolée 8a. La sortie 7 du convertisseur 5 comprend un circuit dérivé 7a menant à un dispositif 9 de contrôle du circuit d'alimentation d'un relais 10. Le dispositif 9 est, par exemple, constitué par un transistor. La sortie 7 comporte une seconde branche 7b qui aboutit à un point 11, dit commun avec la sortie 6 du convertisseur 4. La sortie 6 est reliée au point commun 11 par un circuit 12, dit modulateur de tension, comprenant n circuits dérivés 13, incorporant chacun un jeu de résistances 14 et un contacteur 15. Les différents contacteurs sont respectivement commandés par le manipulateur de la boite de vitesses et sont prevus en un nombre égal au nombre de rapports de cette dernière, excepté la vitesse dite première.Dans le cas présent, le modulateur de tension 12 comprend quatre circuits dérivés, dénommés respectivement 132, 133, 134,et 135 et correspon- 5 dant, par conséquent, aux rapports d'uneboîtede vitesses de type mécanique à commande manuelle, généralement dénommée deuxième, troisième, quatrième et cinquième vitesses. Chaque circuit derivé comprend un jeu de résistances 14 dont la valeur de résistivité est en raison inverse des rapports de vitesses. Ainsi, par exemple, le circuit dérivé 132 est constitué de résistances de valeurs supérieures à celles du circuit 133 et ainsi de suite. Le modulateur de tension 12 comprend, par ailleurs, un circuit de dérivation 13' destiné à permettre l'application de la tension de sortie de la borne 6 au point commun 11, même lorsque aucun des contacteurs 15 n'est en position de fermeture du circuit correspondant. Ceci est, par exemple, le cas dans l'étant point mort de la boîte de vitesses et lorsque le manipulateur de commande n'a reçu aucune sollicitation. Le point commun 11 est branche à l'une des entrées 17 d'un amplificateur de puissance 18 dont l'autre entrée 19 est reliée à la masse isolée 8a L'amplificateur 18 est associé à une boucle de correction d'amplification 20 étab-lie entre l'entrée 17 et la sortie 21 de l'amplificateur 18. La boucle de correction d'amplification 20 comprend n circuits dérivés 22 comprenant chacun un contacteur 23 et une résistance 24. Les circuits 22 sont en un nombre égal à celui des circuits 13 du modulateur de tension 12 et, pour cette raison, sont affectés des mêmes indices. Les contacteurs 23 sont commandés et actionnés, en synchronisme avec les contacteurs 15, par l'intermédiaire du manipulateur de la boite de vitesses. Les valeurs des résistances 24 sont choisies également en raison inverse des rapports de vitesses auxquels elles correspondent et, par conséquent, la résistance 24 du circuit 222 présente la valeur ohmique la plus forte. La boucle 20 comprend, par ailleurs, un circuit de dérivation 22' de même fonction que le circuit 13'. La fonction particulière de la boucle d'amplification de correction apparait dans ce qui suit. La sortie 21 de l'amplificateur de puissance 18 est reliée à un pont de comparaison 25 à deux seuils différents. Le pont de comparaison 25 comprend, dans ce but, deux amplificateurs-comparateurs à seuils 26a et 26b qui sont chacun alimenta par une tension de référence délivrée par un circuit d'alimentation 27 relié à la masse isolée 8aet branché aux bornes 28a-28b. Les entrées 29a et 29b, des amplificateurs 26a et 26b, sont reliées à la sortie 21 de l'amplificateur 18. Selon une caractéristique de l'invention, les branchements des amplificateurs 26a et 26b sont inversés et le circuit 27 est conçu de manière à définir un seuil de sensibilité différent pour chacun d'eux, par exemple en appliquant, en amont d'une résistance 30a ou 30b, une tension de moins 1 volt pour la borne 28a et une tension de moins 2 volts pour la borne 28b. Le pont de comparaison 25 à seuil double comporte deux circuits de sortie 31a et 31b commandant deux circuits de puissance 32a et 32b alimentés à partir d'une source propre 33 délivrant, par exemple, un courant de 24 volts. Les circuits de puissance 32a et 32b assurent chacun l'alimentation, par exemple par une électrovanne 34a et 34b, d'un actionneur 35a ou 35b chargé de commander la modification de la vitesse de rotation de l'arbre menant 2 en agissant sur celle du moteur d'entraînement du véhicule. Les entraîneurs 35a et 35b peuvent être par exemple du type vérin, agissant directement sur la commande de régime du moteur, par exemple, respectivement en accélération et en décélération. Les entraîneurs 35a et 35b peuvent être remplacés par un seul organe à double effet et, dans un tel cas, les électrovannes commandent alors un inverseur-distributeur. Selon une disposition de l'invention, les circuits de sortie 31a-31b sont reliés aux circuits de puissance 32a et 32b par des moyens d'isolation 36a et 36b, tels que des photocoupleurs. Dans un tel cas, il est avantageux de faire contrôler l'alimentation de ces photocoupleurs 36a et 36b par l'intermédiaire de la palette 37 du relais 10. Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. A supposer que le moteur du véhicule soit en fonctionnement, que le véhicule soit à l'arrêt et que le manipulateur de la boîte de vitesses occupe la position point mort, la rotation de l'arbre menant 2 fait produire au convertisseur 4 une tension continue, de polarité par exemple positive qui est dirigée vers le modulateur de tension 12 dont tous les contacteurs 15 sont en position -ouverte. La tension délivrée emprunte alors le circuit de dérivation 16 et se trouve appliquée au point commun 11 ou n'aboutit aucune tension continue de polarité négative, puisque l'arbre mené 3 est à l'arret et ne sollicite donc pas le convertisseur 5. L'absence de tension à la borne 7 entraîne le maintien du dispositif 9 dans un état d'interruption d'alimentation du relais 10. Dans le cas présent, le transistor 9 est à l'état bloqué. La palette 37 est donc ouverte, de sorte que les circuits de sortie 31a et 31b sont ouverts. Ainsi, quelle que soit la tension appliquée à la borne 17 de l'amplificateur 18, la tension à la borne de sortie 21, influencée par l'action de la boucle de correction d'amplification 20, notamment par l'intermédiaire de son circuit de dérivation 22', est appliquee aux bornes 28a et 28b, sans que ceci puisse se traduire par une alimentation des circuits de puissance 32a et 32b, du fait de-l'interruption des circuits 31a et 31b. A supposer que le véhicule soit entraîné en déplacement par l'intermédiaire du moteur et du rapport première vitesse de la boite et que le pilote affiche son intention de passer la seconde vitesse, le contacteur 15 passe en position de fermeture du circuit dérivé 132. ta-rotation de l'arbre mené 3 fait délivrer, par le convertisseur 5, une tension à la borne de sortie 7, de sorte que le circuit dérivé 7a autorise l'alimentation du relais 10. La palette 37 de ce dernier ferme les circuits 31a et 31b simultanément. La tension délivrée par le comparateur 5 est appliquee au point il commun où aboutit également la tension délivrée par la borne 6 du convertisseur 4. Cependant, la tension de sortie du convertisseur 4, en réalité représentative de la vitesse de rotation de l'arbre-moteur 2 correspondant à l'entraînement du véhicule avec un rapport premier de boîte de vitesses, est modulée par le jeu de résistances 142 choisies de maniere à amener cette tension modulée à une valeur de représentation électrique de la vitesse de rotation de l'arbre 2 pour un rapport de deuxième vitesse, en association avec un régime de rotation minimale du moteur. Cette tension modulée est appliquée au point commun 11, de façon à appliquer à la borne 17, une tension résultante qui soit la somme des deux tensions de pola rités contraires issues des convertisseurs 4 et 5. La tension modulée est également prise en charge par la boucle de correction 20 dont le contacteur 232 a été fermé lors de l'action du pilote sur le manipulateur. Cette tension emprunte, par conséquent, le circuit dérive 222, au niveau duquel elle est corrigée par l'influence de la résistance 242 avant d'être appliquée au niveau de la sortie 21. La tension modulée corrigée issue de la borne de sortie 21 est appliquée simultanément aux bornes 29a et 29b des amplificateurs comparateurs à seuils 26a et 26b. Si la tension modulée corrigée est comprise entre moins 1 volt et moins 2 volts, en considération des valeurs données précédemment, et compte tenu de l'inversion des branchements relatifs entre les amplificateurs 26a et 26b, aucun de ces amplificateurs n'est sollicité. Aucun signal n'est émis par l'intermédiaire des circuits de sortie 31a et 31b. Dans cet état, la vitesse de rotation de l'arbre menant 2 est comprise dans une plage d'écart de rotation compatible avec l'engrènement des pignons devant être amenés en coopération d'engrè- nement lors de l'achèvement d'intention de passage du deuxième rapport de vitesses, par l'intermédiaire du manipulateur au niveau duquel le pilote a affiché son intention première. Les seuils des amplificateurs 26a et 26b sont déterminés de manière que l'écart entre leurs sensibilités respectives se traduise par une plage de rotation d'un nombre de tours donnés dans laquelle aucune intervention n'est à considérer. Une telle plage peut, par-exemple, être de l'ordre de plus ou moins cent tours. Ainsi, dans la mesure où l'arbre menant 2 possède une vitesse comprise entre l'égalité et cet écart par rapport à celle de l'arbre 3, le dispositif n'intervient pas et les pignons devant entrer en coopé- ration s'engrènent par glissement relatif. Cette différence de seuil est volontairement maintenue, de manière à éviter le cas dans lequel, par suite de vitesses de rotation égales entre les arbres menant et mené 2 et 3, les pignons devant coopérer sont placés dent sur dent avec impossibilité d'engrènement. Dans le cas de fonctionnement envisagé précédemment, si la tension modulée corrigée est superieure à moins I volt, l'amplificateur comparateur à seuil 26 alimente le circuit 31a fermé par la palette 37. Le circuit de puissance 32a assure alors l'alimentation de l'électrovanne 34a, de sorte que l'actionneur 35a est commandé pour accélérer la vitesse de rotation de 11 arbre menant 2 et amener cette dernière dans la plage de différence d'au plus cent tours comme dit précédemment. Si, au contraire, la tension modulée corrigée atteint la valeur d'au moins 2 volts, c'est l'amplificateur 26b qui est alimenté et assure la mise sous tension du circuit de puissance 32b qui permet le fonctionnement de l'actionneur 35b. Le régime moteur est commandé en décélaration ou en réduction du nombre de tours par minute, en vue de ramener la vitesse de rotation de l'arbre menant 2 à l'intérieur de la plage de différence du cent tours par minute par rapport à la vitesse de rotation de l'arbre mené 3. Un fonctionnement identique à ce qui est décrit cidessus intervient pour les rapports 3, 4 et 5. Un fonctionnement avec effet inverse intervient en cas de passage rétrograde des rapports de vitesses ou lorsque les conditions de déplacement et, notamment, la pente de la surface de roulement, ontune incidence immédiate sur la vitesse de rotation de l'arbre 3. Compte tenu de l'existence d'une différence fixe entre les seuils de sensibilité des amplificateurs comparateurs 26a et 26b, il convient de disposer, à la sortie 21, d'une tension modulée qui soit compatible avec ces seuils, quelle que soit la tension de sortie des convertisseurs 4 et 5,- c'est-à-dire des vitesses propres des arbres menant 2 et mené 3.La boucle de correction 20 est justement prévue de manière que, par l'intermédiaire des résistances 24, la tension modulée au point 11 soit corrigée en rapport avec la fonction amplificatrice de l'amplificateur 18, afin de disposer toujours, quelle que soit la tension appliquée à la borne d'entrée 17, d'une tension de sortie compatible avec les seuils du pont de comparaison 25, Le dispositif d'asservissement des vitesses de rotation selon l'invention permet, par conséquent, de réallser les fonctions successives suivantes - mesurer les vitesses relatives des arbres menant et mené, - selectionner le rapport futur intentionnel de vitesse mise en service, - comparer les vitesses des arbres menant et mené, - détecter le sens de l'écart de vitesse, - commander un actionneur pour annuler un tel écart de vitesse, - le cas échéant, annuler la fonction générale du dispositif, en cas de vitesse nulle de l'arbre mené 3. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'asservissement des vitesses de rotation des arbres menant et mené d'une boite à vitesses du type mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend - deux convertisseurs (4 et 5) délivrant deux ten sions continues de polarités différentes propor tionnelles à la vitesse de rotation respective ment d'un arbre menant (2) et d'un arbre mené (3), - un modulateur de tension (12) commandé par le manipulateur de boîte, interposé entre la sortie du convertisseur affecté à l'arbre menant, et un point (11) commun avec la sortie du secondconver- tisseur, - un amplificateur de puissance (18) alimenté par une tension de référence et relié au point com mun, - un pont de comparaison (25) à deux seuils ali menté par une tension de référence et la sortie de l'amplificateur, I -et deux circuits de puissance (32a-32b) affectés chacun 9 un des seuils et commandant au moins un organe (35) d'accélération ou de décélération de la vitesse de rotation de l'arbre menant. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux sorties (31a-31b) du pont de comparaison (25) à seuils' sont contrôlées par un relais (10) alimenté par la tension issue du convertisseur (5) affecté à l'arbre mené. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur de tension (12) comprend n circuits résistants (13) en parallèle chacun contrôlé par un contacteur (15) commandé par le manipulateur de bote, le rapport entre les valeurs de résistivité desdits circuits étant en raison inversé des rapports de vitesses de boîte. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le modulateur de tension (12) comprend un circuit de dérivation (13'). 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, entre l'entrée (17) au point commun et la sortie (21) de l'amplificateur (18), une boucle (20) de correction de la fonction d'amplification, une telle boucle comprenant n circuits résistants (22) en parallèle, chacun contrôlé par un contacteur (23) commandé par le manipulateur de boîte, lesdits circuits étant choisis pour maintenir toujours le signal de sortie de lamplificateur à l'intérieur de la plage séparant les seuils du pont de comparaison. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la boucle de correction (20) comporte un circuit de dérivation (22'). 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pont de comparaison (25) est constitué par deux amplificateurs- comparateurs (26a-26b) alimentés avec deux tensions de références différentes et chacun avec la tension de sortie de l'amplificateur de puissance (18), les branchements des entrées desdits amplificateurs comparateurs étant inversés. 8 - Dispositif selon la revendication 1 ou 7, caracte- rise.en ce que les sorties (31a-31b) du pont de comparaison (25) sont reliées à deux circuits de puissance (32a-32b) par deux photocoupleurs (36a-36b) - 9 - Dispositif selon la revendication 1 ou 8, caracté risE en ce tlue chaque circuit de puissance (32a-32b) commande une électrovanne (34a-34b) agissant par un actionneur sur la commande d'accélération du moteur. 10 - Application du dispositif selon l'une des revendications 1 9 aux boîtes de vitesses de type mécanique, à commande assistée des véhicules automobiles.