Brevet FR2598526A1 — publié le 19871113

DISPOSITIF DE GESTION ELECTRONIQUE D' UN ACTIONNEUR DE CRABOTS DE BOITE DE VITESSES. L'invention est relative à un dispositif de gestion électronique d'un actionneur, qui s'applique notam m ent aux crabots de bottes de vitesses. On connait de nombreux dispositifs de com mande de boîttes de vitesses, qui per m ettent à l' aide de fourchettes montées sur une réglette coulissante d' entraîner le crabot correspondant. D' autres dispositifs font appel à des ensembles électromagnétiques ou électrohydrauliques. Tous ces ense m bles sont enco m brants et m ultiplie le no m bre de connexions 15 électriques, et le nombre de vérins de commande. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de gestion électronique d'un actionneur unique, qui s'applique notam ment à la com mande de crabots de boîte de vitesses et qui utilise deux vérins de 20 m anoeuvre, afin de réduire le nombre d'information d'état; ledit dispositif de gestion électronique devant être aussi précis que possible tout en per m ettant une réactualisation relative ment fréquente des infor m ations de position. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de gestion électronique d' un actionneur, notam ment pour crabots de boîtes de vitesses, com mandé par deux vérins à double effet, un vérin de translation et un vérin de rotation, co m porte en co m binaison pour chacun des vérins - un système de recopie de position de chacun des vérins donnant un signal nu m érique représentatif de la position; - un systè m e pilote donnant un signal nu m érique représentatif de chacune des consignes de translation et de rotation du vérin correspondant; 15 20 25 30 35 - 2 - - un co[mparateur numérique élaborant un signal numérique comme différence entre les deux signaux précédents; d' erreur - un régulateur numérique de type proportionnel et dérivé élaborant, à l'aide d'un microprocesseur, de mémoires internes et de programmes, et à partir du signal d'erreur précédent, un signal de consigne de 1' électrovanne correspondante. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de recopie comprend un capteur linéaire inductif à noyau plongeur solidaire du palpeur, ladite inductance variable étant reliée à un oscillateur traduisant la position du palpeur en une fréquence variable, enfin un dispositif de comptage qui transforme ladite fréquence variable en un signal numérique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le régulateur numérique élabore un signal de consigne de co mmande avec des gains choisis en mémoire en fonction des efforts à vaincre, et des seuils tenant compte de la non linéarité du système, ledit signal de consigne fournit par le régulateur numérique à 1'électrovanne correspondante étant constitué par un courant haché de rapport cyclique variable. Selon un mode de réalisation de l'invention, un interface appel-maintien est disposé en amont de l'électrovanne correspondante de manière à ce que pour chaque comn mande le signal comprend un courant d'appel à intensité très importante suivi d'un courant de maintien à intensité faible afin de limiter l'énergie à commuter. Selon un mode de réalisation de l'invention, le microprocesseur vient comparer l'information capteur correspondante à une butée mécanique à une Information résidant en mémoire et servant de référence température, la dérive mesurée étant mise en mémoire et permettant de corriger d'autant toutes les consignes de position à atteindre. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de recopie couporte un démultiplicateur mécanique consistant en un élément conique solidaire de la tige du vérin, le palpeur venant s'appliquer sur ledit élém ent conique. Le dispositif de gestion électronique selon l'invention présente ainsi l'avantage de limiter le nombre de capteurs et de connexions électriques. De plus il facilite les réglages des capteurs au montage et s'adapte automatiquement en fonction des dérives des capteurs dues notamment à la température. L'invention sera mieux comprise par 1' étude d'un mode de réalisation particulier décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est le sché m a d' ense m ble du dispositif de gestion 15 électronqiue selon l'invention; -la figure 2 est le schéma du système de recopie; -la figure 3 est le sché ma de 1' asservissement; 20 -la figure 4 est le sché m a du systè m e de co m m ande des électrovannes; -la figure 5 représente 1' évolution en fonction du temps du syst me de recopie -la figure 6 représente l'évolution en fonction du temps du système de co m mande des électrovannes - la figure 7 représente 1' évolution de 1' intensité de courant de 30 com mande des électrovannes. Le dispositif de gestion électronique d' un actionneur unique, non représenté sur les figures, s'applique notam ment à la co m m ande de crabots de botte de vitesses. Pour ce faire, deux vérins à double effets 35 I: :5 1 1 - 4 - sont nécessaires: un vérin de translation 5 et un vérin de rotation 6. Chacun des vérins 5 et 6 comporte en combinaison, com me on peut le voir sur la figure 3, un dispositif de gestion électronique d'un actionneur, notamment pour crabots de boîtes de vitesses, com mandé par deux vérins à double effets, un vérin de translation 5 et un vérin de rotation 6, caractérisé pour chacun des vérins: -un systè m e de recopie de position de chacun des vérins 5 et 6 donnant un signal numérique représentatif de la po!ition; - un systè me pilote 20 donnant un signal num érique représentatif de chacune des consignes de translation et de rotation du vérin correspondant; - Un comparateur numérique 21 et 22 élaborant un signal numérique d' erreur co m m e différence entre les deux signaux précédents; - un régulateur nu m érique 23 de type proportionnel et dérivé élaborant, à l'aide d'un microprocesseur, de mémoires internes et de programmes, et à partir du signal d'erreur précédent, un signal de consigne de 1' électrovanne correspondante. Le système de recopie comprend pour chacun des vérins 5 et 6 un capteur de position. Le capteur de position utilisé est un capteur linéaire 24 inductif à noyau plongeur composé d'une partie mobile sur laquelle se trouve une ferrite, et d'une partie fixe sur laquelle se trouve la bobine du capteur. Par déplacement de la partie mobile, la ferrite pénètre dans la bobine et en modifie la valeur de son inductance. 2>98526 -5 Laquelle inductance variable est reliée à un oscillateur 26 qui délivre un signal carré dont la variation de fréquence peut atteindre 200 KHz sur toute la course du vérin. Les capteurs 24 et 29 permettent de recueillir une information linéaire sur 10 m m, sachant que sa course totale est de 16 m m. Etant donné que la distance à mesurer est de 30 m m il a été nécessaire de réaliser une dé m ultiplication m écanique sur lequel vient s'appuyer le 10 palpeur 25 du capteur 24. Ce démultiplicateur mécanique consiste en un élément conique 28 ou 30 solidaire de la tige du vérin 5 ou du vérin 6. 15 Le dispositif comprend une unité centrale de traitement C P U constitué par exem ple par un microprocesseur 6809 avec une m é m oire morte EPROM et mémoire vive RAM et également un Timer TC constitué par exemple par des circuits intégrés 6840. Le Timer TC à 3 compteurs C1, C2, C3 avec chacun une entrée CK, et respectivement une porte Gl, G2 et G3. Le traitement est ainsi effectué par le microprocesseur 6809, via un Timer 6840. Il consiste en une mesure de fréquence. On vient lire dans 25 les compteurs C2 et C3 du Timer TC la valeur décomptée à chaque période d' échantillonnage. La fréquence de décomptage est 1,5 MHz. Afin d'obtenir un nombre de points suffisants sur la course du capteur 24 et 29 et surtout afin de pouvoir disposer d'une information dérivée sur ce signal, la période d' échantillonnage a été fixée à Tech = 10 ms. Le compteur Cl du Timer TC génère la fréquence d'échantillonnage avec sa sortie OUT 1. 15 20 25 30 - 6- Les compteurs C2 et C3 du Timer TC fonctionnent en comparaison de fréquence, ils génèrent une interruption à chaque front montant sur leur porte respective G2 et G3. Dans ce système de mesure, la précision obtenue sur la lecture des capteurs 24 et 29 ne dépend que de la durée de la période d' échantillonnage. C' est donc un corn pro mis entre la vitesse de rafratchlsse ment de V inform ation et le nom bre de points souhaités sur la mesure qu'il a faliu trouver. Avec une interruption IRQ toutes les 10 ms, V'information capteur est rafraîchie au moins une fois entre deux pilotages d' électrovannes à 80 H z, 1' infor m ation dérivée prend des valeurs significatives et le nom bre de points disponibles sur toute la course du vérin est alors de V ordre de 800 points. Cette période de 10 ms permet d'obtenir suffisamment de pas tout en ne retardant pas trop 1' acquisition du signal. Le comportement de l'ensemble capteur 24 ou 29 oscillateur 26 est satisfaisant en température, la variation de la fréquence est de V ordre de 1 % pour une variation de température de 1000 C. Toutefois si l'on souhaite conserver la mnme précision sur le capteur quelle que soit la température il est nécessaire de co mpenser cette variation. Il n' est donc pas possible de repérer une fois pour toutes, et de façon absolue, les positions des différents crabots. Afin de tenir compte de linfluence de la température, le microprocesseur vient co m parer ' inform ation capteur correspondant à une butée m écanique, à une inform ation résidant en mémoire et servant de référence. La dérive mesurée est mise en mémoire et permet de corriger d'autant toutes les consignes de positions à atteindre. Toutes ces positions à asservir ont étén mises en mémoire pour une temppérature donnée, elles sont réactualisées, tout d'abord au démarrage, puis cycliquement à chaque phase stable et relativement longue de la boîte. Le système étant rigide me4caniquement, et chaque position à atteindre étant référencée par un couple de valeurs, il suffit donc de m esurer la dérive sur ce couple et de recalculer tous les autres relativement à la nouvelle référence trouvée. Ainsi le système sait corriger l'influence de la température. Un système classique utilise autant de vérins double effet que de crabots et doit disposer d'une infor m ation en position crabotée et d'une autre information en position décrabotée (soit 2 contacts par crabot). 10 Chaque contact, c'est-à-dire 12 dans le cas de six crabots doit être positionné très précisément de façon à recueillir l'information de position atteinte au bon m oment; ce qui fait 12 réglages précis à effectuer. 15 Le dispositif que nous décrivons ne nécessite que deux positionnements relativement grossiers des deux capteurs 24 et 29 de recopie de position. En effet chacun des capteurs 24 et 29 dispose d'une plage de réglage relative m ent large, il suffit de le visser jusqu' à s' y trouver. Le microprocesseur rentre alors dans une phase d'apprentissage o il sait 20 reconnaître toutes les positions des crabots à atteindre, ces positions sont mises en mémoire sous forme de couples de valeurs. Cette méthode permet ainsi de personnaliser chaque électronique au véhicule sur lequel elle est montée. Les électrovannes sont référencées respectivement EV1, EV2 pour le vérin de rotation 6 et EV3, EV4 pour le vérin de translation 5. L'ense m ble de co m m ande des électrovannes pour chacun des vérins 5 et 6 comprend un régulateur numérique 23 qui élabore un signal de consigne de 30 com mande avec des gains choisis en mémoire en fonction des efforts à vaincre, et des seuils tenant compte de la non linéarité du système, ledit signal de consigne fournit par le régulateur numérique 23 à l' électrovanne correspondante (EV1, EV2, EV3, EV4) étant constitué par un courant haché de rapport cyclique variable. -8 - Chaque électrovanne est pilotée à fréquence fixe et rapport cyclique variable. Un interface appel-maintien 27 est disposé en amont de chaque électrovanne (EV1, EV2, EV3, EV4), pour diminuer son temps d'ouverture et son temps de réponse à la fermeture. Afin de diminuer son temps d'ouverture, à chaque co mande elle réoit un courant d'appel très important (I z 3 A). Afin de diminuer son temps de réponse à la fermeture, le courant de maintien est limité à (I 0,4 A). Avec ce type de com mande il est possible de piloter ces électrovannes à une fréquence de 80 Hz. Le débit disponible en amont de l' électrovanne est, dans une plage limitée, directement proportionnel au rapport cyclique de com mande. Le temps de com mande est déterminé à chaque boucle de calcul par le microprocesseur. Celui-ci permet le chargement du co m pteur correspondant, c'est-à-dire du Timer TR pour les électrovannes EV1 et - X EV2 et du Timer TT pour les électrovannes EV3 et EV4. Ces Timers sont constitués par exemple par des circuits intégrés 6840. Le compteur C3 du Timer TR génère un signal de fréquence fixe (80 Hz), ce signal OUT 3 attaque les portes G1 et G2 des compteurs C1 et C2 du Timer TR, lesquels fonctionnent en monostable. Chaque front montant sur la porte des co m pteurs C 1 et C2 lance le monostable. Les sorties OUT 1 et O UT 2 restent à l' état haut jusqu'au décomptage complet du co m pteur correspondant. La fréquence de décomptage étant 1,5 MHz, la durée de l'état haut est égal à N/fH o N est la valeur de chargement du compteur et fH la fréquence d'horloge. i en est de même pour le Timer TT. Dans le cas d'une zone de progressivité s' étendant sur 8 ms, ce qui correspond à un pilotage à 80 Hz, le nom bre de pas de pilotage est alors de N = T x fH ou T est le te m ps de pilotage N = 8 x 10 -3 x 1,5 x 106 N = 12 000 pas -9 Ce qui permet d'être parfaite m ent progressif sur la Co m mande, l'asservissement électrohydraulique permettant d'obtenir dans tous les cas une réponse rapide et stable est du type proportionnel- dérivé. L'utilisation de la dérivée est rendue très facile par le traitement du capteur 24 décrit précdem ment. Elle est égale à la différence entre deux échantillons successifs divisés par la période d' échantillonnage. L'asservisse m ent a bien évidem m ent pour rôle, d' évaluer les grandeurs de com mande de chaque électrovanne, EV1, EV2, EV3, EV4 en fonction de 10 1' erreur qui existe entre la consigne à atteindre et la valeur de la position du vérin. Toutes les différentes fonctions de transfert du système ont été identifiées de façon à trouver pour chacune les gains et seuils permettant d' obtenir la bonne réponse. 15 L'asservissement est donc appelé par programme avec certains paramètres (seuils et gains) qui sont choisis en mémoire en fonction de la position de départ de 1' actionneur unique et du chemin à parcourir pour atteindre la position correspondant à la nouvelle consigne. IL y a différents cas à traiter par 1' asservissement. Les deux premiers cas à traiter tiennent compte des deux différents vérins à piloter. Pour le vérin de rotation 6. Le vérin de rotation 6 est disposé de façon horizontale, il présente la même fonction de transfert quelle que soit le sens de com mande. Ii peut donc être asservi en position de la m ê me manière quel que soit la ligne de 1' erreur. Pour le vérin de translation 5. Le vérin de translation 5 est disposé verticalement. Dans ce cas-là le 35 poids du vérin rend dissymétrique le système, si bien qu'il faut compenser ::: f:: 1 d5 7::2 : 5À : 3 ::3 - 10 cette dissym étrie par des gains et des seuils différents suivant que 1' on pilote dans un sens ou dans l'autre. Les deux autres cas à traiter tiennent compte de l'effort à vaincre. Pour le déplacement sans effort. Dans le cas o l'actionneur se déplace librement entre les deux niveaux de crabots pour se positionner face à une fourchette, il n' est pratiquement soumis à aucun effort. La stabilité dans ce cas-là est obtenue avec des gains relative m ent faibles. Donc dès que la consigne de translation se trouve dans la plage de position neutre, le microprocesseur va chercher en m é moire les gains correspondant à un effort résistant très faible. Pour le déplacement avec effort: En translation, le vérin est soumis à un effort résistant quand il se déplace du neutre vers les fourchettes. Car dans ce cas-là, il doit escamoter le pion de sécurité, c'est-à-dire enfoncer le ressort qui le maintient en position sortie. En rotation, le vérin doit également lutter contre un effort résistant lorsqu'il doit déplacer les fourchettes des crabots. Dans ce cas-là il doit pouvoir disposer de toute la puissance hydraulique. Chaque position à asservir peut être repérée sur un plan par une abscisse et une ordonnée. Et à chaque zône de ce plan correspondent quatre valeurs sous la forme de deux couples qui sont (KDROT, KPROT) et (KDTRA, KpTRA)De plus dans le cas du pilotage du vérin de translation, il faut identifier le signe de 1' erreur de manière à pouvoir compenser le poids du vérin par des gains différents (KDTRA+, KpTRA+) et (KDTRA-, KPTRA-) et une valeur de compensation sur le seuil (VCOMP) - 1il - KPROT KDR OT KPTRA+ KPTRA5 KDTRA+ KDTRAVCOMP est le coefficient proportionnel en rotation est le coefficent dérivé en rotation est le coefficient proportionnel vers le haut en translation est le coefficient proportionnel vers le bas en trabslation est le coefficient dérivé, ver le haut en translation est le coefficient dérivé, vers le bas en translation est la valeur de compensation pour contrecarrer l'effet du poids du vérin. L'asservissement fournit ainsi un temps Ti qui est le temps de com mande de l'électrovanne EVi. Les co m parateurs d'erreur el et e2- numérique 21 et 22 élaborent un signal numérique Si 1 > 0 on a T1 T2 = KPROT X '1 m ini A El + KDROT x AT + Tmini Si e1 = 0 on a T1 = T2 = T mini 20 Si e1 0 on a T3 = (KPTRA+) x 25 2> VCO MP T4 = Tmini + VC0r A ú2 e2 + (KDTRA) X + _i T + AT 'mini Si ú2 = 0 on a T3 = Tmini + VCOMP et T4 = Tmini Si ú2 T mini étant le temps de réponse de 1' électrovanne. - 12 - 20 25 30 35 REVENDICATIONS 1. Dispositif de gestion électronique d'un actionneur, notam ment pour crabots de boites de vitesses, com mandé par deux vérins à double effet, un vérin de translation 5 et un vérin de rotation 6, caractérisé en ce qu'il comporte en co mbinaison pour chacun des vérins (5, 6): - un système de recopie de position de chacun des vérins (5, 6) donnant un signal num érique représentatif de la position; - un système pilote (20) donnant un signal num érique représentatif de chacune des consignes de translation et de rotation du vérin correspondant - un comparateur numérique (21) et (22) élaborant un signal numérique d'erreur co m m e différence entre les deux signaux précédents; - un régulateur num érique (23) de type proportionnel et dérivé élaborant, à l'aide d'un microprocesseur, de mémoires internes et de programmes, et à partir du signal d'erreur précédent, un signal de consigne de i' électrovanne correspondante. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de recopie comprend un capteur linéaire (24, 29) inductif à noyau plongeur solidaire du palpeur (25), ladite inductance variable étant reliée à un oscillateur (26) traduisant la position du palpeur (25) en une fréquence variable, enfin un dispositif de comptage qui transforme ladite fréquence variable en un signal numérique. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur numérique (23) élabore un signal de consigne de commanide avec des gains choisis en mémoire en fonction des efforts à vaincre, et des seuils tenant compte de la non linéarité du systè me, ledit signal de consigne fourni - 13 par le régulateur numérique (23) à l'électrovanne correspondante (EV1, EV2, EV3, EV4) étant constitué par un courant haché de rapport cyclique variable. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un interface appel-maintien (27) est disposé en amont de l' électrovanne correspondante (EV1, EV2, EV3, EV4) de manière à ce que pour chaque commande le signal co m prend un courant d'appel à intensité très i m portante suivi d'un courant de maintien à intensité faible afin de limiter l'énergie à 10 co m muter. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le microprocesseur (CPU) vient comparer l'information capteur correspondante à une butée mécanique à une information résidant en mémoire et servant 15 de référence température, la dérive mesurée étant mise en mémoire et per m ettant de corriger d' autant toutes les consignes de position à atteindre. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système 20 de recopie co m porte un dé multiplicateur mécanique consistant en un élément conique (28, 30) solidaire de la tige du vérin (5 ou 6); le palpeur (25) venant s'appliquer sur ledit élément conique (28, 30).