Brevet FR2724994A1 — publié le 19960329

Système de contrôle et commande d'embrayage électro-mécanique La présente invention concerne un système de contrôle et commande d'embrayage électro-mécanique adaptable à tout système utilisant l'embrayage à friction entre un moteur et un mécanisme entraîné, notamment pour automobile. La plupart des véhicules automobiles utilisant l'embrayage à friction entre le moteur et la boîte de vitesse, comporte une pédale permettant le désaccouplement temporaire du moteur et de la boîte. Celle-ci est utilisée pour les changements de rapports et lors des manoeuvres à vitesse réduite. Le système décrit ci-après a pour but de libérer le conducteur du véhicule de cette manoeuvre. Une des particularités de ce système est de pouvoir s'adapter au dispositif d'origine tout en conservant ce dernier opérationnel. De même le retour au fonctionnement d'origine est facilement réalisable par le retrait du système sans altération du véhicule. Toutes les valeurs indiquées dans ce descriptif sont données à titre indicatif et peuvent évoluer en fonction des composants utilisés ou du type de véhicule équipé. CONSTITUTION DU SYSTEME Le système est constitué de: - 1 Moto réducteur à retour libre (7), pour le déplacement de la fourchette d'embrayage(1 6). - 1 Module de régulation (8), pour la génération des tensions - 1 Ensemble électronique de contrôle et de commande (9) pour la génération des ordres de consigne et la mesure des différents capteurs comprenant: -I'étage "comparateur" -l'étage "tachymètres" -l'étage "détection d'action sur la pédale d'accélérateur" -l'étage "détection d'action sur la pédale de frein" -l'étage "détection d'action sur le capteur de préhension" - 6 Capteurs contrôlant l'état de différents organes du véhicule et les commandes du conducteur:: - Capteur (1) Contrôle d'action sur la pédale d'accélérateur (21) - Capteur (2) Contrôle d'action sur la pédale de frein (22) - Capteur (3) Contrôle de préhension du levier de vitesse (23) - Capteur (4) Tachymètre - Capteur (5) Mesure de l'accélération (20) - Capteur (6) Mesure de la position de la fourchette d'embrayage (16) Le système s'appuie sur un état de comparaison permanente entre la position réelle de la fourchette d'embrayage (16) et la position imposée par le système sous forme de consigne(valeurs de 0 à 10). Ce système d'asservissement permet de doser la friction de l'embrayage (15) de manière continue en fonction du type de conduite souhaité et des conditions de terrain rencontrées. DESCRIPTION DES DIFFERENTS ELEMENTS DU SYSTEME CAPTEURS Le capteur (1) est un interrupteur activé par toute action sur la pédale d'accélérateur (21). Le capteur (2) est un interrupteur activé par toute action sur la pédale de frein (22). Le capteur (3) est un organe sensitif capable de détecter la préhension du levier de vitesse (23). Le capteur (4) est un tachymètre ayant pour mission d'indiquer le franchissement des seuils de vitesse prédéterminés afin de faire agir le système de manière adaptée à la marche du véhicule. Dans l'application décrite ces seuils ont été déterminés comme suit: Pour une vitesse inférieure à 15 Km/h le capteur (4) est en position 1 Pour une vitesse comprise entre 15 Km/h et 40 Km/h le capteur(4) est en position 2 Pour une vitesse supérieure à ' ' 40 Km/h le capteur (4) est en position 3 Le capteur (5) est un organe de mesure de l'accélération (20).La valeur fournie par le capteur (5) varie de manière continue en suivant exactement les variations de l'accélération (20). Le capteur (6) est un organe de mesure de la position de la fourchette d'embrayage (16). La valeur fournie par le capteur (6) varie de manière continue en suivant exactement les variations de la position de la fourchette d'embrayage (16) REGULATEUR (8) Le régulateur (8) a pour mission de fournir les différentes tensions nécessaires au fonctionnement du moto réducteur (7) en fonction des ordres imposés par le module de contrôle et de commande (9). Par convention on peut dire que lorsque le module de contrôle et de commande (9) impose une tension d'entrée au régulateur égale à (u), celui-ci génère en sortie une tension (U). Les valeurs des tensions d'alimentation du moto réducteur étant susceptibles de varier en fonction des types de moto réducteurs utilisés d'une part et des modèles de véhicules d'autre part, ces tensions seront différenciées par les repères ci-après: quand l'entrée est à (ud) la sortie est à (Ud): tension maximale pour compresser le ressort d'embrayage (25) (diminution de la friction de l'embrayage) quand l'entrée est à (um), la sortie est à (Um): tension moyenne pour maintenir la pression du ressort (25) à la position désirée. quand l'entrée est à (ue), la sortie est à (Ue): tension nulle pour relâcher la pression du ressort (25) (augmentation de la friction de l'embrayage) quand l'entrée est à (ur), la sortie est à (Ur): Tension basse pour relâcher progressivement la pression du ressort (25) (augmentation régulée de la friction de ltembrayage (15)) MOTO REDUCTEUR (7) Le moto réducteur (7) a pour mission de positionner la fourchette d'embrayage (16) à la position de consigne imposée par le module de contrôle et de commande (9). Pour passer de l'état embrayé à l'état débrayé le moto réducteur (7) doit comprimer le ressort d'embrayage (25). A ce moment, la tension appliquée aux bornes du moto réducteur (7) est Ud. Pour passer de l'état débrayé à l'état embrayé, - quand la vitesse est inférieure à 15 km/h, on applique au moto réducteur (7) la tension (Ue), laissant ainsi le ressort d'embrayage (25) revenir naturellement vers l'état embrayé. - quand la vitesse est supérieure à 15 hn/h, on applique au moto réducteur (7) la tension (Ur), qui a pour effet de générer 1 couple limitant la vitesse de retour vers l'état embrayé Pour maintenir une position intermédiaire quelconque, on applique au moto réducteur (7) la tension (Um) qui a pour effet de générer un couple suffisant pour empêcher le moto réducteur (7) de revenir en arrière sous la poussée du ressort d'embrayage (25) et sans comprimer celui-ci davantage. MODULE DE CONTROLE ET DE COMMANDE (9) Le module de contrôle et de commande (9) regroupe les composants électromécaniques et électroniques nécessaires à: -la gestion des informations transmises par les différents capteurs, -l'analyse des mesures, -la génération des différentes consignes de commande, -la génération des différentes tensions de commande du régulateur (8) (ue, ud, um, ur) Le conducteur et (ou) le véhicule impose une consigne. Cette consigne est comparée en permanence à la position de la fourchette d'embrayage (16).Le résultat de cette comparaison peut prendre 3 valeurs: La consigne est inférieure à la position de l'embrayage La consigne est supérieure à la position de l'embrayage La consigne est égale à la position de l'embrayage A partir de cette comparaison, une tension est appliquée au moto réducteur (7) entraînant la fourchette d'embrayage (16) vers la position imposée par la consigne ou la maintenant à la position désirée lorsque la valeur de consigne est atteinte. Les différentes valeurs de consigne sont repérées par les valeurs théoriques suivantes: pour imposer le débrayage total: valeur de consigne = 0 pour imposer 1' embrayage total: valeur de consigne = 10 pour imposer le "léchage" *: valeur de consigne = 2 pour imposer le patinage: valeur de consigne variable de 2 à 10 (* léchage : embrayage (15) à l'état de patinage avec une friction insuffisante pour entraîner le véhicule) Les valeurs de mesure de la position de la fourchette d'embrayage (16) fournies par le capteur (6) respectent la même convention. A l'entrée du comparateur (26) la valeur de consigne est repérée (x), et celle de mesure de la position de fourchette d'embrayage (16) est repérée (y). L'étage du comparateur (26) a pour mission de délivrer une tension de commande (z) en fonction des valeurs relatives (x) et (y). Quand (x) est inférieur à (y), (z) est égal à (ud) Quand (x) est supérieur à (y), (z) est égal à (ue) Quand (x) est égal à (y), (z) est égal à (um) PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Le principe de fonctionnement repose sur la comparaison permanente d'une valeur de consigne et d'une mesure de position du capteur (6). Cette comparaison effectuée par le comparateur (9) peut déboucher sur 3 états. Chacun de ces états peut engendrer 3 séquences distinctes décrites ci-après. Séquence N"1 Le comparateur (26) détecte un déséquilibre de la forme (x) Séquence N"2 Le comparateur (26) détecte un déséquilibre de la forme (x) > (y) et délivre un ordre (z) = (ue) au régulateur (8). Celui-ci délivre alors une tension (Ue) au moto réducteur (7) qui entraîne la fourchette d'embrayage (16) vers une augmentation de la friction tant que le capteur (6) n'a pas atteint la valeur de consigne Dès que cette valeur est atteinte la séquence N"3 est appliquée. Séquence N"3 Le comparateur (26) détecte un équilibre de la forme (x) = (y) et délivre un ordre (z) = (um) au régulateur (8). Celui-ci délivre alors une tension (Um) au moto réducteur (7) qui maintient la fourchette d'embrayage (16) à la valeur de consigne. Chaque valeur de consigne est obtenue par la combinaison de mise en action des différents capteurs. Le tableau (Figure 1) regroupe les différentes combinaisons pouvant être obtenues par le système: Les capteurs (1),(2),(3) sont à 0 lorsqu'ils sont au repos et à 1 lorsqu'ils sont activés. Dans l'utilisation habituelle d'un véhicule, 2 phases distinctes sont à envisager: -Phase l"démarrages", "manoeuvres", "arrêt". Cette phase correspond à l'utilisation du véhicule à une vitesse inférieure à 15 Km/h -Phase 2 "changements de rapports".Cette phase correspond à l'utilisation du véhicule à une vitesse supérieure à 15 Km/h Le contrôle de ces 2 phases est assuré par le capteur (4) FONCTIONNEMENT DANS LA PHASE DE VITESSE 1- Véhicule à l'arrêt et hors tension L'orsque le véhicule est inutilisé, les différents organes sont dans les états suivants: -pédale d'accélérateur (21) relâchée: capteur (1) inactivé capteur (5) à la valeur 2 -pédale de frein (22) relâchée: capteur (2) inactivé -levier de vitesse (23) relâché: capteur (3) inactivé -vitesse nulle: capteur (4) à la valeur 1 -embrayage (15) relâché (embrayé): capteur (6) à la valeur 10 2- Véhicule à l'arrêt et sous tension Dès la mise sous tension du véhicule, le système scrute l'ensemble des capteurs.La consigne (0) est imposée (fig. 1 ligne 1) tandis que le capteur (6) renvoie sa position (10). La séquence N0 1 est exécutée. Le lancement du moteur peut avoir lieu. Remarque: dès la mise sous tension du véhicule le débrayage est imposé. Ceci autorise un lancement du moteur même en laissant un rapport engagé. 3- Sélection d'un rapport Dès que le conducteur se saisit du pommeau de levier de vitesse (23) le - capteur (3) est activé (fig. 1 ligne 2). La valeur de consigne (0) est imposée. Le capteur (6) étant déjà en position (0) la séquence N"3 est exécutée. Le conducteur engage le rapport de son choix et relâche le pommeau (23). A ce moment on retrouve la combinaison (fig. 1 ligne 1) et un état d'embrayage inchangé. 4- Démarrage Le conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur (21), le capteur (1) est activé (fig. 1 ligne 5). La valeur de consigne est alors délivrée par le capteur (5). Cette valeur est directement liée à la mesure de l'accélération (20). Tant que le conducteur effleure la pédale d'accélérateur (21) la valeur de consigne imposée est (2) et la séquence N"2 est exécutée. L'embrayage (15) est en phase de "léchage". Dès que le conducteur augmente l'accélération du véhicule (20), le capteur (5) impose une valeur de consigne supérieure (exemple valeur: 4) et la séquence N"2 est exécutée. L'embrayage (15) est alors en phase de patinage et le véhicule commence à se déplacer. S- Ralentissement Si le conducteur diminue sa pression sur l'accélérateur (21), le capteur (5) impose une valeur de consigne inférieure(exemple valeur: 3), la séquence N"1 est exécutée diminuant la friction de l'embrayage (15) et réduisant l'entraînement du véhicule. Si le conducteur relâche complètement la pédale d'accélérateur (21) (fig. 1 ligne 1), la valeur de consigne est (0) et la séquence N"1 est exécutée 6- Arrêt Si le conducteur appuie sur la pédale de frein (22), le capteur (2) est activé (fig. 1 ligne 3), le capteur (4) étant en position 1 l'action sur le capteur (2) n'a pas d'influence sur la valeur de consigne qui est déjà (0), l'embrayage (15) reste à l'état débrayé FONCTIONNEMENT DANS LA PHASE DE VITESSE > 15KM/H 7- Roulage Une fois la phase de démarrage accomplie, le conducteur maintient la pédale d'accélérateur (21) enfoncée. Dès que le véhicule atteint la vitesse de 15 Km/h. le capteur (4) passe en position 2. Le composant (13) n'est plus alimenté. A ce moment, l'ordre imposé au régulateur (8) n'est plus la valeur (z) en provenance du comparateur (26) mais la valeur (ur).Cette ordre imposé au régulateur (8) lui fait délivrer au moto réducteur (7) une tension permettant à la fourchette d'embrayage (16) de revenir à la position embrayé de manière progressive (ou d'y rester si elle est déjà dans cette position). 8- Changement de rapport Lorsque le conducteur désire changer de rapport, il relâche la pédale d'accélérateur (21) et saisit le levier de vitesse (23) (fig. 1 ligne 10), la valeur de consigne (0) est imposée tandis que le composant (13) est à nouveau alimenté, permettant au comparateur de délivrer ses ordres (z) la séquence N 1 est exécutée conduisant l'embrayage (15) à l'état totalement débrayé. Le conducteur sélectionne un nouveau rapport et relâche le levier de vitesse (23) (fig. 1 ligne 9) le composant (13) n'étant plus alimenté l'ordre (ur) est à nouveau imposé permettant au moto réducteur (7) de revenir progressivement vers l'état embrayé. Si le conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur (21) avant le retour complet à l'état embrayé (fig. 1 ligne 13) la valeur de consigne (10) est imposée, la séquence N"2 est exécutée, obligeant un retour immédiat à l'embrayage total. Ceci permet soit de retrouver immédiatement la puissance du moteur dans le cas d'un rétrogradage pour relancer le véhicule, soit de laisser l'embrayage (15) revenir de manière progressive à l'état embrayé dans le cas d'un rétrogradage pour frein moteur. En ce qui concerne le frein moteur, ce dernier reste efficace jusqu'à la vitesse de 15 Km/h. (fig. 1 ligne 9) et (fig. 1 ligne 17) 9- Ralentissement Dans cette phase de vitesse supérieure à 15 Km/h un relâchement de la pédale d'accélérateur (21) (fig. 1 ligne 17) laisse l'embrayage (15) à l'état embrayé. Seule une action sur le levier de vitesse (23) permet de passer à l'état débrayé. Afin d'augmenter la souplesse d'utilisation, au dessous d'un seuil de vitesse de 40 Km/h, une action sur la pédale de frein (22) entraîne un débrayage total (fig. 1 ligne 11). Au dessus de ce seuil de vitesse, une action sur la pédale de frein (22) laisse l'embrayage (15) à l'état embrayé. Remarque Une action simultanée sur la pédale d'accélérateur (21) et la pédale de frein (22) reste une manoeuvre délicate et exceptionnelle. Néanmoins le comportement du véhicule dans un tel cas est le suivant: -pour une vitesse inférieure à 15 Km/h (fig. 1 ligne 7), la valeur de consigne (2 à 10) reste imposée et permet de continuer la manoeuvre engagée (patinage) - pour une vitesse comprise entre 15 et 40 Km/h (fig. 1 ligne 15) l'ordre (ur) est remplacé par la valeur de consigne (0 à 10) et autorise le patinage en fonction de l'accélération (20) - pour une vitesse supérieure à 40 Km/h (fig. 1 ligne 23) la valeur de consigne (10) reste imposée et laisse l'embrayage (15) à l'état embrayé. - dans les 3 conditions ci dessus, une action sur le levier de vitesse (23) entraîne bien entendu un débrayage total. (fig. 1 ligne 8) (fig. 1 ligne 16) (fig. 1 ligne 24). REVENDICATIONS 1) Système de contrôle et de commande d'embrayage adaptable à tout dispositif utilisant un embrayage à fiction entre un moteur et un mécanisme entraîné, notamment pour automobile, comprenant un motoréducteur (7) à retour libre pour le déplacement de la fourchette d'embrayage (16), des capteurs (5) et (6) pour la comparaison de position entre l'accélération (20) du moteur et la position de la fourchette d'embrayage (16), des capteurs (1), (2), (3) et (4) pour contrôler les commandes du conducteur et l'état de marche du véhicule, un module de contrôle et de commande (9) pour analyser et traiter les mesures et commander le motoréducteur (7), caractérisé en ce que la variation de position de la fourchette d'embrayage (16) est obtenue en appliquant au motoréducteur (7): soit une tension maximum de manière à comprimer le ressort de l'embrayage (25) (diminution de la friction), soit une tension moyenne de manière à maintenir la fourchette d'embrayage (16) à une quelconque position intermédiaire, soit une tension nulle de manière à permettre au ressort d'embrayage (25) un retour vers la position embrayée (augmentation de la friction). 2) Système conforme à la revendication n"l caractérisé par un contrôle permanent du motoréducteur (7) par la commande d'accélération (20) ou de décélération du véhicule dans la phase de vitesse inférieure à 15 km/h, détectée par le capteur (4), permettant un patinage de l'embrayage totalement contrôlé par le conducteur, pouvant durer aussi longtemps que les conditions de conduite peuvent l'exiger, basé sur une technique à composants analogiques, et permettant un positionnement de la fourchette d'embrayage en fonction de la position de la commande d'accélération. 3) Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par l'utilisation d'un tachymètre pour la détection du seuil de vitesse (environ 15 km/h) déterminant: soit une influence de l'accélération (20) sur la position de la fourchette de l'embrayage (16), soit une indépendance de l'accélération (20) sur l'embrayage (16) pour la phase de vitesse supérieure à 15 km/h. 4)Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par l'utilisation d'un tachymètre (4) pour la détection du seuil de vitesse (environ 40 km/h) déterminant: soit une influence de l'action sur la pédale de frein (22) pour engendrer un débrayage total dans la phase de vitesse inférieure à 40 km/h, soit une indépendance de l'action sur la pédale de frein permettant de conserver le frein moteur dans la phase de vitesse superieure à 15 km/h. 5) Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par l'utilisation d'un capteur sensitif de préhension (3) disposé sur le levier de vitesse (23) pour la détection de la volonté du conducteur à changer de rapport. 6) Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il utilise le ressort du mécanisme d'origine (25) pour le retour de la fourchette d'embrayage (16) 7) Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il permet un frein moteur jusqu'à la vitesse égale ou supérieure à 1 5Km/h. 8) Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il utilise le moto réducteur (7) pour limiter la vitesse de retour à l'état embrayé dans les changements de rapport lors d'une vitesse supérieure à 15 Km/h.