Brevet FR2540951A1 — publié le 19840817

* 2540951 Dispositif de commande d'embrayage en effort. L'invention concerne les dispositifs électromécaniques pilotés destinés à la commande en effort d'un embrayage à friction de structure convention- nelle. On sait que les embrayages à friction, en raison de leur principe même, transmettent un couple qui est directement fonction de l'effort d'application des surfaces de friction l'une contre l'autre Par ailleurs, les embrayages de structure conventionnelle comportent un ressort taré fournissant l'effort nécessaire pour le couple maximum que l'embrayage doit transmettre, et le mécanisme de commande exerce un effort antagoniste comprimant le ressort pour effectuer le débrayage, en relachant au contraire cet effort pour assurer l'embrayage, ceci pour réduire au maximum l'usure des organes de commande en fonctionnement normal Toutefois, ce relachement d'effort doit pouvoir être modulé ou piloté d'une manière précise pour permettre l'accostage puis la montée progressive du couple lors d'un changement de rapport, et plus encore lors du démarrage à l'arrêt du véhicule, notamment lorsqu'il s'agit d'une commande automatique de boite. En laissant de coté les techniques hydrauliques de pilotage, qui com- portent leurs propres particularités, pour s'en tenir aux seuls pilotages électromécaniques, le problème du pilotage purement électromécanique de l'effort d'embrayage ou de débrayage peut être résolu à l'aide d'un moteur- couple combiné avec un réducteur Toutefois, cette solution est non seule- ment extrêmement onéreuse, mais présente également de graves irrégularités de fonctionnement, notamment dans une intervention rapide, en raison de l'iner- tie importante du moteur-couple, amplifiée par le réducteur. Pour cette raison on lui préfère une commande électromécanique directe à l'aide d'un électro-aimant'qui comprime le ressort lors du débrayage, et se trouve relaché progressivement pour assurer l'embrayage Toutefois, la loi de variation de l'effort en fonction de la course pour les électroaimants de type usuel est fortement non linéaire, alors qu'au contraire la loi de varia- tion de la tension du ressort d'embrayage est aussi constante que possible, de telle manière que la loi de croissance du couple varie de manière impor- tante en fonction de la course avant accostage, cette course variant elle- même en fonction notamment de l'usure des garnitures Pour cette raison, on 2 2540951 est généralement obligé d'adjoindre à ces dispositifs électromagnétiques à commande directe des dispositifs de détection d'accostage combinés à des moyens de correction relativement complexes, onéreux et d'un réglage délicat. Le but de l'invention est de surmonter les difficultés qui précèdent en réalisant par conséquent un dispositif de commande d'un embrayage convention- nel qui soit électromécanique, à commande directe sans réducteur, qui ne nécessite aucun détecteur d'accostage, et enfin dont l'effort obtenu résulte directement des caractéristiques de sa commande électrique et nullement des conditions particulières du dispositif, notamment de l'usure des garnitures. L'invention consiste essentiellement à utiliser comme organe de commande un électro-aimant à noyau plongeur dont le circuit magnétique est agencé spécialement de telle manière que la section minimale offerte au flux magné- tique au passage entre les deux armatures varie linéairement avec la course du noyau, et dont le circuit électrique comporte un nombre de tours et une alimentation suffisante pour assurer sur toute la course la saturation magné- tique de cette section minimale, grâce à quoi l'effort fournit par l'électro- aimant est directement proportionnel au courant qui parcours le bobinage, et indépendant de la course du noyau. L'invention consiste d'autre part à assurer le pilotage de ce courant de commande d'une manière extrêmement simple en réglant la tension moyenne d'alimentation essentiellement en fonction de la vitesse et de l'angle de rotation du moteur thermique. D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation et de mise en oeuvre pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel: la fig 1 est une coupe axiale -de l'électro-aimant; la figé 2 un schéma électrique de l'alimentation; la fig 3 représente le diagramme logique de la stratégie de commande; et la fig 4 la loi de variation de l'intensité du courant dans le bobinage de l'électro-aimant en fonction de la vitesse du moteur telle qu'elle résulte de la stratégie considérée. L'électro-aimant ou vérin électrique utilisé est du type réluctant non polarisé d'une structure optimisée de manière que la puissance électrique consommée et le temps de réponse soient les plus faibles possible. 3 254 0954 Son circuit magnétique comporte une carcasse extérieure 1 et un noyau plongeur 2 qui sont agencés pour refermer le circuit magnétique à travers deux entrefers de guidage 3 et 4, qui sont cylindriques dans l'exemple de la fig 1. En outre, les deux armatures 1 et 2 sont agencées de manière que le flux magnétique subisse un étranglement de façon que la section minimale offerte au flux varie de manière linéaire avec la course La partie en regard de la carcasse 1 est délimitée, outre la surface cylindrique, par une surface conique 6 faisant un angle aigu avec la précédente De cette manière, la section offerte au flux 1: varie avec la course x du noyau 2, et même direc- tement proportionnellement si x est mesuré à partir de la position qui corres- pond à une section nulle, c'est-à-dire à la mise en coïncidence des arêtes coniques du noyau 2 et de la carcasse 1 Dans l'exemple représenté, le noyau 2 est délimité, outre la surface cylindrique 3, par une surface conique 5 faisant un angle aigu avec la surface 3 afin de minimiser le flux de fuite. En outre le circuit électrique de ce vérin électrique comporte un bobi- nage 7 comportant N spires et parcouru par un courant I, le nombre d'ampères tours NI étant suffisant pour assurer la saturation magnétique du matériau ferromagnétique dans la zone d'étranglement Il en résulte que la valeur du flux magnétique 4 se trouve dans ces conditions proportionnelle à x avec une constante de proportionalité qui ne dépend que du matériau considéré Par suite, la valeur de l'effort F peut s'exprimer avec une très bonne approxima- tion par F =( 4-/x)NI = KI en appelant K une valeur qui n'est fonction que du matériau ferromagnétique utilisé, la pente du c 8 ne 6, et du nombre de tours N du bobinage 7, et qui est donc une constante spécifique de l'appareil - L'effort F fourni par ce vérin électrique est donc proportionnel au courant I et indépendant de la position x du noyau, ce qui justifie l'appela- tion de "vérin" électrique. : Naturellement, les formes indiquées précédemment ne sont qu'un exemple permettant de satisfaire la loi indiquée, mais un grand nombre d'autres formes serait possible, y compris des formes en circuit rectangulaire à la place des formes de révolution - 4 254095 t Pour assurer l'alimentation du bobinage 7 du vérin électrique, on peut utiliser le montage représenté sur la fig 2, dans lequel le bobinage 7 est interposé entre une source de tension E et la masse avec interposition dans le circuit d'un hacheur 8 et d'un dispositif 9 de mesure d'intensité qui fournit un de signal d'entrée à un dispositif 10 assurant la stratégie de commande et commandant le rapport cyclique du hacheur 8 Le courant moyen I obtenu s'exprime alors par la relation I = (E/R)(t/T) dans laquelle R est la résistance du bobinage 7, T la période de récurrence et t la durée de conduction au cours de chaque cycle Le pilotage peut donc s'effectuer en variant t ou T, ou encore t et T. En définitive, on voit donc qu'il suffit de fixer t/T, ou de l'asservir à une valeur I de consigne, pour imposer l'effort voulu sur le mécanisme d'embrayage d'une façon indépendante de la position relative du disque d'em- brayage et du volant moteur, et notamment sans détection de l'accostage. Le dispositif 10 de stratégie de pilotage peut en particulier être réalisé d'une manière très simple illustrée par les fig 3 et 4, et en fonc- tion essentiellement de la vitesse V et de l'angle de rotation du moteur thermique. Pour assurer l'embrayage, au-delà d'un certain seuil V 2 de la vitesse du go moteur thermique, on impose dans l'enroulement du vérin un courant Te variant de façon que le couple transmis par l'embrayage augmente proportionnellement avec l'angle a N de rotation de l'arbre moteur à partir du seuil de vitesse V 2, cet angle étant par exemple exprimé en nombre de tours, entier ou frac- tionnaire Pour cela on décrémente le courant Te proportionnellement à l'anglez N et à un pas de décrémentation déterminé 8 I selon l'expression le = Io -té n AI cette fonction d'embrayage est représentée par l'arc de courbe Il sur la fig. 4. Lorsque cette fonction d'embrayage est terminée, c'est-à-dire lorsque le courant a atteint la valeur 0, le couple développé par le moteur thermique est intégralement transmis à l'arbre d'entrée de la boite Toutefois, en deçà d'un certain seuil Vl du moteur thermique, et pour éviter le calage de celui-ci, on impose dans l'enroulement du vérin un courant de débrayage Id consigné à une valeur suffisante pour que le disque soit totalement désolida- S 54095 t risé du volant moteur Ce courant est maintenu à cette valeur tant que la vitesse du moteur n'a pas atteint à nouveau par valeur croissante le seuil V 2 qui autorise la mise en route d'un nouveau cycle d'embrayage. 6 2540951 REVENDICATIONS 1 Dispositif électromécanique piloté destiné à la commande directe en effort d'un embrayage à friction de structure conventionnelle à l'aide d'un vérin électrique à carcasse magnétique ( 1) et à noyau plongeur ( 2) associé à une élctron que de commande, caractérisé par le fait que le noyau ( 2) et la carcasse ( 1) du vérin sont agencés de telle manière que la section minimale offerte au passage du flux dans la carcasse ( 1) varie linéairement avec la course (x) du noyau ( 2), et que le bobinage ( 7) de la carcasse ( 1) présente un nombre d'ampère-tour (NI) suffisant pour assurer la saturation de cette section d'étranglement, grâce à quoi la force fournie par ledit vérin est proportionnelle à l'intensité moyenne dans le bobinage ( 7) et indépendante de ladite course. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit bobinage ( 7) est alimenté à partir d'une source de tension (E) par l'intermédiaire d'un hacheur ( 8) dont le rapport cyclique (t/T) est asservi à l'intensité moyenne (I) parcourant le bobinage ( 7) et en fonction d'une valeur de consigne (Ie) définie par un dispositif de commande ( 10) réalisant la stratégie de la commande. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la- dite stratégie de commande agit essentiellement en fonction de la vitesse et de l'angle de rotation du moteur, sans détection de l'accostage ni de la course de l'embrayage. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la fonction embrayage est réalisée automatiquement au-delà d'un seuil (V 2) de vitesse du moteur et par décrémentation du courant (Ie) proportionnellement à l'angle de rotation (Z_ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le débrayage intervient automatiquement lorsque la vitesse du moteur tombe en deçà d'un seuil (VI) de vitesse minimale par l'application d'un courant maximum de débrayage (Id) et que celui-ci est maintenu jusqu'à ce que la vitesse passe à nouveau le seuil de débrayage (V 2) par valeurs croissantes. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que son dispositif électronique de commande obéit à une logique définie par l'organi- gramme de la fig 3.