Brevet FR2559106A1 — publié le 19850809

L'invention concerne un dispositif permet- tant l'actionnement automatique d'un embrayage de véhicu- les lors du démarrage, et comportant un servomoteur réa- lisant l'enclenchement et le désenclenchement de l'em- brayage, des capteurs de mesure détectant les vitesses de rotation en amont et en aval de l'embrayage et les étages d'une boite de vitesses et dont les valeurs de mesure sont envoyées à un dispositif de réglage qui for- me, a partir des valeurs de mesure, un signal de sortie qui charge le servomoteur. Un dispositif du type indiqué précédemment est connu d'après la demande de brevet allemand publiée sous le n 3.004.930. Lors du démarrage du véhicule, l'em- brayage est ouvert par l'intermédiaire d'un dispositif de réglage, lorsque l'on touche au levier de changement de vitesse et, après l'engagement de la vitesse ainsi qu'après l'actionnement de la pédale d'accélération, le dispositif de réglage règle tout d'abord le moteur sur une vitesse de rotation prédéterminée, puis enclenche à nouveau lentement l'embrayage. Dès que la vitesse de rotation du moteur diminue par suite de la pris en charge du couple de rotation par l'embrayage, le processus d'en- clenchement est interrompu par le dispositif de réglage et n'est à nouveau poursuivi que lorsque la vitesse de rotation du moteur a atteint à nouveau la valeur prédé- terminée. Ce processus de réglage se répète jusqu'à ce qu'il existe une égalité approximative entre les vites- ses de rotation du disque d'embrayage et du moteur. C'est alors seulement que l'embrayage est complètement enclen- ché par l'intermédiaire du dispositif de réglage. Un inconvénient réside dans le fait que, dans le cas du système de réglage connu de l'embrayage, les vibrations de torsion, qui apparaissent dans la chaî- ne de liaison motrice lors du démarrage et qui produisent des accélérations et des vibrations d'une intensité désa- 2 5 5 9 1 0 6 gréable dans le véhicule, ne sont pas prises en compte. La cause en réside dans le fait que la chaîne de liaison motrice constitue un composant à élasticité de torsion, qui par suite des variations permanentes du couple d'em- brayage pendant le processus de démarrage, peut être ban- dé et détendu à la manière d'un ressort de torsion, ce qui a pour effet qu'il peut apparaître des accéléra- tions et des vibrations-avec des à-coups dans le véhicule. En particulier dans le cas de véhicules possédant une longue chaîne de liaison motrice et des ressorts à lames servant de suspension d'essieux, comme par exemple dans le cas de véhicules utilitaires, la chaî- ne de liaison motrice possède une résistance à la torsion relativement faible, ce qui peut entraîner l'apparition de vibrations particulièrement désagréables. Une manoeu- vre sensible de tels véhicules est compliquée par la fai- ble résistance à la torsion. L'invention a pour but de perfectionner les dispositifs connus permettant la manoeuvre automati- que d'un embrayage de manière qu'au démarrage, les vibra- tions de torsion soient amorties dans la chaîne de liai- son motrice. Ce problème est résolu conformément à l'in- vention grâce au fait que dans la chaîne de liaison mo- trice s'étendant depuis l'embrayage jusqu'aux roues mo- trices, il est prévu, pour la détection des vitesses de rotation présentes suriecôté entrée et sur le côté sortie et du couple de rotation devant être transmis par la chaîne de liaison motrice, des capteurs de mesure dont les valeurs de mesure sont envoyées également au disposi- tif de réglage, dont le signal de sortie agit sur le ser- vomoteur de telle manière qu'à l'embrayage se trouve ap- pliqué en permanence un couple d'embrayage tel que le couple de torsion et la vitesse de rotation du moteur tendent vers une valeur constante. Les avantages obtenus grâce à l'invention résident dans le fait que les vibrations de torsion dans la chaîne de liaison motrice sont amorties par des modi- fications voulues du couple d ' embrayage et que l'on obtient de ce fait une accélération uniforme et sans à- coups du véhicule. En outre cette régulation de l'embra- yage permet une manoeuvre sensible, et précise au centi- mètre près, du véhicule. Enfin on obtient également une variation uniforme du couple de rotation qui ne présente aucune valeur maximale de brève durée, ce qui entraîne une commande douce des mécanismes moteurs. Selon une autre caractéristique de la pré- sente invention, le dispositif de réglage contient une unité de calcul, un régulateur de l'embrayage, un régula- teur de positionet une mémoire morte, dans laquelle des valeurs caractéristiques déterminées pour chaque étage de la boîte de vitesses sont mémorisées. Selon une seconde caractéristique de la présente invention, la mémoire morte est accouplée par l'intermédiaire de lignes de transmission de signaux au côté entrée d'une unité de calcul à laquelle sont envo- yées, par l'intermédiaire de lignes de transmission de signaux, et ce à partir des capteurs de mesure montés dans la chaîne de liaison motrice, des valeurs de mesure concernant la vitesse angulaire du disque d'embrayage, le couple de torsion de l'arbre du moteur et la vitesse de rotation moyenne des roues motrices, l'unité de calcul traitant ces valeurs caractéristiques et ces valeurs de mesure pour former deux signaux qui sont envoyés au régulateur de l'embrayage. Enfin, selon une autre caractéristique de la présente invention, le régulateur de l'embrayage forme, à partir des signaux d'entrée (K1/4; 1 I, ) une valeur de sortie (xs) correspondant à la relation suivante: x = K1(s - 1) + K2(C - 31) + K3. + K4. W dans laquelle x..... valeur de consigne de la course de désaccouple- ment de l'embrayage K1...1 coefficients K1/4.. l...... valeur de consigne de la vitesse angulaire s du moteur . vitesse angulaire de l'arbre de sortie du moteur G1 dérivée de J 1 par rapport au temps ..... dérivée de W spar rapport au temps 10. ...... angle de torsion de l'arbre de torsion imagi- naire du modèle réduit du véhicule ..... différence entre les vitesses angulaires du disque d'embrayage et du volant formant un équi- valent du véhicule. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description don- née ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente, sous la forme d'un schéma-bloc, la constitution du dispositif conforme à l'invention de réglage de l'embrayage, dans un véhicule représenté schématiquement; - la figure 2 représente un système de mas- ses réduit et simplifié d'un véhicule pour la détermi- nation des prescriptions de réglage de l'embrayage; et - la figure 3 est une représentation gra- phique d'une courbe caractéristique de l'embrayage. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un moteur à combustion interne du véhicule non représen- té de façon détaillée, notamment d'un véhicule utili- taire, sur l'arbre de sortie 2 duquel est monté un volant 3. Sur le côté mené du volant 3 se trouve raccordé par brides un embrayage 4 dont le disque d'embrayage 5 est relié à une chaine de liaison motrice 7 aboutissant aux roues motrices 6. La chaîne de liaison motrice 7 se com- pose d'un arbre moteur 8, des arbres de roues 10 s'éten- dant depuis une boîte de différentiel 9 jusqu'aux roues motrices 6, et d'une boîte de vitesses 11. L'enclenche- ment et le désenclenchement de l'embrayage 4 est réalisé par l'intermédiaire d'un levier de réglage 12, par un servomoteur 13 qui reçoit des valeurs de réglage cor- respondantes de la part d'un dispositif de réglage repré- senté dans son ensemble par la référence 14. La détermination des prescriptions de ré- glage, au moyen desquelles le servomoteur 13 règle, en définitive, l'embrayage 4 par l'intermédiaire du levier de réglage 12 de manière que les vibrations de torsion dans la chaine de liaison conductrice 7 soient amorties, s'effectue en fonction du comportement dynamique de la chaîne de liaison motrice 7, de l'embrayage et du moteur d'entraînement. Pour simplifier la représentation des processus dynamiques se déroulant dans la chaîne de liai- son motrice, on a reproduit le véhicule de la figure 1 sous la forme d'un modèle équivalent simplifié de vibra- tions conformément à la figure 2. Ce modèle est constitué par le moteur 1, qui produit un couple moteur M1 sur l'ar- bre mené 2 pour la vitesse de rotation 1, ce couple é- tant retransmis depuis l'arbre mené au volant 3 possé- dant le moment d'inertie Jl' Ledit modèle comprend en outre un embrayage 4 dont le disque d'embrayage 5 pos- sède le moment d'inertie J2' tandis que le couple d'em- brayages M2 agit sur ce disque d'embrayage. A partir de là, un arbre de torsion 15 possédant une résistance à la torsion "c", en tant que modèle équivalent représen- tant l'arbre moteur 8 et les arbres de roues 10, transmet le couple de rotation M2 à un volant possédant un moment d'inertie de masse J3, qui représente l'équivalent de la masse du véhicule. Les références W3 et 53 désignent la vitesse de rotation et l'angle de rotation de ce volant, tandis que i désigne le rapport de transmission de la 2 5 9 1 0 6 boîte de vitesses et iH désigne le rapport de transmis- sion de l'arbre moteur. Le comportement dynamique de la chaîne de liaison motrice réduite conforme à la figure 2 est décrit par le système suivant d'équations différentielles: M - M2 31 = J1 M2 M3 J2 J En ce qui concerne dû et 6, il s'agit des différences des vitesses de rotation et des angles de rotation au niveau des extrémités de l'arbre de torsion. Le moment comparatif J est fourni par la relation: 1 1 1 _ - + - J J2 3 La valeur de M1 est prédéterminée par le conducteur au moyen de la pédale d'accélération et doit posséder ensui- te la valeur constante M1 = MG, MG étant le couple de ro- tation agissant lorsque le système se trouve dans l'état d'équilibre recherché. La grandeur du couple d'embrayage M est déterminée en fonction de la courbe caractéristi- 2 que de l'embrayage tiré de la figure 3, en fonction de la course dedésern2inchementxde l'embrayage, conformément à la formule: M2 = MG - b (x - xG) xG désignant la position dans laquelle précisément le couple MG peut être transmis par l'embrayage, et "b" re- présente la pente de la courbe caractéristique. Entre le couple de torsion M3 et l'angle de torsion S de l'arbre de torsion imaginaire, il existe la relation: M = c. tf. 3 En outre, pour la description du processus de réglage, il faut tenir compte du comportement dans le temps du système de réglage de position contenant le servomoteur 13. Cette relation est supposée être un élément de retar- dement du ler ordre conformément à la relation: T. + x = x s T représentant la constante de temps du système de régla- ge de position, x5 la valeur de consigne de la course de désenclenchement et x la course effective de désen- clenchement de l'embrayage. L'hypothèse de base pour l'absence de vi- brations dans le cas de la transmission du couple est que des couples constants doivent être transmis par le moteur en direction des roues motrices 6. Pour résumer, ceci peut être représenté de la manière suivante: M1 = constante M2 = constante M3 = constante. Comme prescription de réglage, en fonction de laquelle il faut commander l'embrayage, on utilise par exemple l'équation linéaire suivante: xs =-' K12 (Vs- D1) + K3. K 4+K 3 dans laquelle K1/4.. paramètre de réglage valeur de consigne de la vitesse angulaire du mo- teur vitesse angulaire de l'arbre du moteur DS..... dérivée première deLX s s s 1" dérivée première de t1 angle de torsion de l'arbre de torsion imaginaire 25..... différence entre la vitesse angulaires 2 du dis- que d'embrayage et la vitesse angulaire lant formant l'équivalent du véhicule. Il faut déterminer les coefficients K1/4, contenus dans la prescription de réglage, de manière à obtenir un processus de démarrage stable, avec un compor- tement transitoire approprié de la chaine de liaison mo- trice 7. Les valeurs des coefficients K1/4 peuvent être dé- terminées soit par des essais, soit par des calculs à partir d'une étude de stabilité de l'ensemble du compor- tement dynamique du système. Un système réglé de cette manière est dé- crit par un système d'équations différentielles associées. Dans le cas présent, les composantes homogènes de ce sys- tème d'équations, qui sont déterminantes à elles seules pour la stabilité du processus réglé, sont les suivantes: b 1 = J1, x- b CD= - c. _ J2 x 69 = 6> 2 K K4 K3bK2 x = T 1T 1 T T T J1 Ce système homogène d'équations différen- tielles, qui décrit le comportement transitoire jusqu'à l'obtention d'un état d'équilibre, comporte comme solu- Pt tion une combinaison linéaire de e,les valeurs propres p étant déterminées par l'équation caractéristique: p + A3p + >2p + l p + +0 = 0 Les coefficients,0 a > 3 dépendent des va- leurs du système (raideur élastique, moments d'inertie, courbes caractéristiques de l'embrayage, etc) et du ré- glage du régulateur (coefficients K1 à K4): b.c.K1 o b..J1. b.c.K2 c b.K3 = T.J J + J + T.J2 b K1 b. K 4 2 J T.J T.J2 1 K2 'b $3 + T.J1 Il faut alors régler le régulateur de ma- nière à obtenir un processus de démarrage stable. C'est le cas lorsque les conditions de stabilité 1. tous les coefficients o à >3 présents et positifs 2-. /\ 2. >3 x - 2O \32 0. sont satisfaites. Dans ce cas toutes les valeurs propres ne possèdent que des parties réelles négatives, si bien que les phénomènes transitoires pour fournir un état d'é- quilibre au fur et à mesure que le temps passe. Pour cha- que étage de la boîte de vitesses, on peut par conséquent déterminer des paramètres appropriés de réglage. Le dispositif de réglage 14, qui est repré- senté à titre d'exemple sur la figure 1 et au moyen du- quel l'embrayage 4 peut être réglé de manière que les vibrations de torsion dans la chaîne de liaison motrice 7 soient amorties, inclut une mémoire morte 17, une unité de calcul 18, un régulateur 19 de l'embrayage et un régu- lateur de position 20. Les valeurs caractéristiques, qui caracté- rise la chaîne de liaison motrice 7, comme par exemple la résistance à la torsion "c", le rapport global de transmission iges., résultant de la démultiplication de la boîte de vitesses et de la réduction d'essieu, et les valeurs K1/4, sont mémorisés dans la mémoire morte 17 pour chaque étage de la boîte de vitesses. Un capteur de mesure, qui détermine la vitesse de rotation W1 du mo- teur envoie cette vitesse directement au régulateur 19 de l'embrayage par l'intermédiaire de la ligne de trans- mission de signaux 23, est monté sur l'arbre de sortie 2. Sur la chaîne de- liaison motrice 7 se trouvent instal- lés des capteurs de mesure 24 et 25, qui transmettent la vitesse de rotation de l'arbre moteur 8 et, par l'in- termédiaire d'une autre ligne de transmission de signaux 27, le couple de torsion instantané transmis par l'ar- bre moteur 8, directement à l'unité de calcul 18. Enfin des capteurs de mesure 28, qui transmettent à l'unité de calcul 18, par l'intermédiaire de la ligne de trans- mission de signaux 29, les vitesses de rotation, détec- tées au niveau des roues motrices, sous la forme d'une valeur moyenne W3R, sont également prévues sur les roues motrices 6. Les données correspondantes de la mémoire 2 5 5 9 1 0 6 morte 17 sont lues, dans le cadre d'un système à micro- processeur, en fonction de l'étage respectivement enclen- ché de la boîte de vitesses, qui est identifié par l'in- termédiaire de la ligne de transmission de signaux 21, et sont retransmises par l'intermédiaire de la ligne de transmission de signaux 30 au régulateur 19 (K1/4) de l'em- brayage et par l'intermédiaire des lignes de transmis- sion de signaux 31 et 32 à l'unité de calcul 18. Les autres valeurs caractéristiques "c" et "iges, qui dépendent également de l'étage respecti- ges. vement enclenché de la boîte de vitesses, sont envoyées par l'intermédiaire des lignes de transmission de signaux 31 et 32 à l'unité de calcul 18. Cette dernière détermine, à partir de la valeur caractéristique ige et des valeurs ges. de mesure 2, 3R' une différence A W des vitesses de rotation, qui apparaît éventuellement dans la chaîne de liaison motrice, et, & partir du couple de rotation M3 transmis instantanément par la chaîne de liaison motrice, et à partir de la résistance à la torsion c existant con- formément à l'étage enclenché de la boîte de vitesses, une différence donnée à 5 des vitesses de rotation. Ces deux valeurs, qui représentent l'état vibratoire instan- tané de la chaîne de liaison motrice 7, sont envoyées par l'intermédiaire des lignes de transmission de signaux 32 et 34 au régulateur 19 de l'embrayage. Dans ce dernier, une valeur de sortie x est calculée, conformément à le s prescription de réglage, à partir des valeurs caracté- ristiques envoyées et d'une valeur prédéterminée as de la vitesse de rotation du moteur. Cette valeur de sortie - x5 est envoyée au régulateur de position 20, qui la com- pare à la coursede désenclenchement x existante à l'ins- tant, qui est envoyée par l'intermédiaire de la ligne de transmission de signaux 35, et, dans le cas o il exis- te un écart, charge le servomoteur 13 de manière à sup- primer des écarts existants. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant l'actionnement automatique d'un embrayage (4) de véhicules lors du démar- rage, et comportant un servomoteur (13) réalisant l'en- clenchement et le désenclenchement de l'embrayage, des capteurs de mesure (24, 25, 28) détectant les vitesses de rotation en amont et en aval de l'embrayage et les étages d'une boite de vitesses et dont les valeurs de mesure sont envoyées à un dispositif de réglage qui for- me, à partir des valeurs de mesure, un signal de sortie qui charge le servomoteur (13), caractérisé par le fait que dans la chaîne de liaison motrice (7) s'étendant de- puis l'embrayage (4) jusqu'aux roues motrices (6), il est prévu, pour la détection des vitesses de rotation pésentes stzrlecôté entrée et sur le côté sortie et du couple de rotation (M3) devant être transmis par la chai- ne de liaison motrice (7), des capteurs de mesure dont les valeurs de mesure sont envoyées également au disposi- tif de réglage (14), dont le signal de sortie agit sur le servomoteur (13) de telle manière qu'à l'embrayage (4) se trouve appliqué en permanence un couple d'embrayage (M2) tel que le couple de torsion (M3) et la vitesse de rotation ("u1) du moteur tendent vers une valeur constante. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réglage (14) con- tient une unité de calcul (18), un régulateur (19) de l'embrayage, un régulateur de position (20)et une mémoire morte (17), dans laquelle des valeurs caractéristiques (K1/4; c, iges) déterminées pour chaque étage de la boîte de vitesses (11), sont mémorisées. 3. Dispositif selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que la mémoire morte (17) est accouplée par l'intermédiaire de lignes de transmis- sion de signaux (31 et 32) au côté entrée d'une unité de calcul (18) à laquelle sont envoyées, par l'intermé- diaire de lignes de transmission de signaux (26, 27, 29), et ce & partir des capteurs de mesure (24, 25, 28) mon- tés dans la chaîne de liaison motrice (7), des valeurs de mesure concernant la vitesse angulaire (W2) du disque d'embrayage (5), le couple de torsion (M3) de l'arbre moteur (8) et la vitesse de rotation moyenne (W3) des roues motrices (6), l'unité de calcul (18) traitant ces valeurs caractéristiques et ces valeurs de mesure pour former deux signaux 6è et bàwqui sont envoyés au régulateur (19) de l'embrayage. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le régulateur (19) de l'embrayage forme, à partir des signaux d'entrée (K1/4; as, A) une valeur de sortie (xs) correspondant à la relation suivante: sL. LU) K(L 1Z) K3 X5 = K1 ( - 1) + K2(s- 1) + K3 + K4* dans laquelle x..... valeur de consigne de la course de désaccouple- ment de l'embrayage K1/4.... coefficients valeur de consigne dans la vitesse angulaire du moteur vitesse angulaire de l'arbre de sortie du moteur dérivée de 1 par rapport au temps s...... dérivée de D par rapport au temps s angle de torsion de l'arbre de torsion imagi- naire du modèle réduit du véhicule différence entre les vitesses angulaires du disque d'embrayage et du volant formant un équi- valent du véhicule. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la course de désenclenchement (x), détectée au niveau de l'embraya- ge (4) par un capteur de mesure, est asservice, au moyen du régulateur de position et du servomoteur (13), à la valeur de sortie (xs) du régulateur (19) de l'embrayage.