Brevet FR2796116A1 — publié le 20010112

Dispositif de commande pour boite de vitesses contrôlée électriquement et procédé associé L'invention relève du domaine des systèmes de commande de boîte de vitesses pour véhicules automobiles. Elle concerne en particulier un levier pour boite de vitesses commandée électriquement. De façon connue, les boîtes de vitesses automobiles de type manuel (ou automatique à commande mécanique) utilisent un levier de vitesse relié par une tringlerie mécanique à la boîte de vitesse proprement dite, et les déplacements du levier de vitesse se traduisent mécaniquement par un changement de rapport de la boîte de vitesses. Le levier de vitesse est soumis à une grille de mouvements possibles, qui se présente par exemple sous forme de double "H", ou autre disposition propre aux constructeurs automobiles. Cette grille est matérialisée sous la forme d'une sculpture creusée au sein d'une plaque métallique, et dans laquelle est contraint de se déplacer le levier de vitesse. Dans les boîtes de vitesses automatiques, la grille de déplacement prend usuellement la forme d'un segment longitudinal, dans lequel sont déterminées des positions d'arrêt naturel du levier (souvent disposé en'T' vertical permettant une bonne prise en main), un ergot poussé par un ressort venant se bloquer dans des trous réalisés au sein de la plaque métallique, de manière à maintenir la boite de vitesse dans une position déterminée correspondant à une vitesse engagée. L'utilisateur doit alors appuyer sur un bouton pour débloquer l'ergot et pouvoir déplacer le levier de vitesse. Il existe également des dispositifs de boîte de vitesse dite électrique, pour lesquelles le changement de vitesse est déterminé par appui sur un bouton, qui peut par exemple être situé au niveau du volant en course automobile. Dans un dispositif récent de levier de vitesse (ALFA M-System", présenté début 1999) associé à une boîte de vitesse électrique, la grille de déplacement comporte d'un côté une grille de type boite mécanique en "H", et de l'autre un segment similaire à une grille en segment long de type boite automatique. L'utilisateur peut alors librement décider si il veut piloter son véhicule en mode automatique ou en mode manuel, dans lequel il voit quelle vitesse est engagée à un instant donné. Cependant, ces dispositifs ont pour inconvénient principal que les boîtiers de commande de vitesses sont fabriqués de façon spécifique à chaque constructeur, ce qui augmente les coûts de fabrication pour les équipementiers, et restreint également la capacité à proposer des dessins particularisés de grilles pour différents modèles de voitures La présente invention répond au problème précédemment exposé, et propose à cet effet, avec le procédé correspondant, un dispositif simple à fabriquer et bon marché permettant la commande de changement de vitesse selon un dessins de grille qui soit modifiable selon les désirs du constructeur pour chaque type de véhicule, voire éventuellement adaptable pour chaque utilisateur. L'invention vise sous un premier aspect un dispositif de commande pour boite de vitesses contrôlée électriquement, comportant un levier de contrôle manipulable par un utilisateur, ce levier étant adapté à se déplacer selon au moins deux dimensions, les déplacements du levier déterminant des changements de vitesse engagée, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'asservir l'ensemble des déplacements possibles du levier à un processeur relié à un dispositif de mémoire et à des actuateurs agissant sur le levier. La description et les dessins qui suivent permettront de mieux comprendre les buts et avantages de l'invention. Il est clair que cette description n'est donnée qu'à titre d'exemple, et n'a pas de caractère limitatif. Dans les dessins : - la figure 1 représente sous forme de schéma bloc un dispositif selon l'invention, - les figures 2A et 2B représentent en vue perspective sous deux angles différents une architecture possible de boîtier de changement de vitesses selon l'invention; - la figure 3 représente en vue de côté un dispositif de commande de position pour boîtier de changement de vitesse; - la figure 4 montre un même dispositif en vue de dessus; - la figure 5 montre encore ce même dispositif en vue de dessous, avec la connexion mécanique au levier de vitesse, - les figures 6A à 6F illustrent des grilles de vitesses réalisables avec le dispositif selon l'invention. Tel qu'on le voit sur la figure 1, un système de contrôle électronique de boîte de vitesse comprend principalement un ensemble 1 de capteurs (vitesse instantanée du véhicule, régime moteur, pression sur la pédale de frein, pression sur la pédale d'accélérateur, contact etc.) un boîtier 2 de changement de vitesse, et une unité électronique 3 de gestion de vitesses éventuellement reliée à une unité centrale CPU 4 du véhicule et à une mémoire 5. Ce système est naturellement relié à la boite de vitesse 6 proprement dite. Le boîtier 2 de changement de vitesse est ici dénué de grille physique de limitation de mouvements du levier, la limitation de ces mouvements étant ici réalisée par l'action d'actuateurs commandés agissant sur le levier selon au moins deux directions non parallèles. La liaison entre le boîtier 2 de changement de vitesse et l'unité électronique 3 de gestion permet un échange d'informations dans les deux sens. Le boîtier 2 envoie notamment des informations de position du levier et de force appliquée sur ce levier vers l'unité de gestion 3. L'unité de gestion 3 envoie des commandes éventuelles de blocage du levier dans une ou deux directions, selon la configuration instantanée du véhicule et un choix prédéterminé de grille de vitesses, stocké dans la mémoire 5. De même, la liaison entre l'unité électronique 3 de gestion et la boite de vitesses 6 permet un échange d'informations dans les deux sens. L'unité de gestion 3 envoie des commandes de changement de vitesse engagée, tandis que la boite de vitesses envoie en retour des informations de confirmation de vitesse engagée, et d'autres paramètres de fonctionnement instantané de ladite boite de vitesses 6. L'architecture du boitier 2 de changement de vitesses est illustrée sur la figure 2. De façon générale, le boîtier 2 de changement de vitesses est un équipement sensiblement parallélépipédique de environ 10 centimètre de largeur (selon un axe noté transversal Y sur la figure) et longueur (selon un axe longitudinal noté X) pour 16 centimètres de hauteur (selon un axe vertical noté Z), dans l'exemple décrit ici à titre non limitatif. Il comporte un levier 7 manipulable par le conducteur du véhicule, par exemple de type mini-manche, d'environ 10 centimètres de longueur, faisant saillie dudit boîtier 2. Ce levier 7 est articulé en rotation autour d'une articulation 8 de type connue et donc non détaillée icÀ. On comprend que le levier 7 est adapté à se mouvoir dans deux dimensions de telle façon que son extrémité haute peut prendre toute position dans une surface limitée par les limites mécaniques de l'articulation 8. Le levier 7 est assujetti selon ses directions transversales et longitudinales à deux dispositifs 9A, 9B de commande de position commandés par l'unité de gestion 3. Chacun de ces dispositifs 9A, 9B de commande de position comporte un moteur électrique 10A, 10B, avec une transmission associée 11A, 11B, un capteur de position 12A, 12B (relié à l'unité de gestion 3), et une connexion mécanique 13A, 13B au levier 7. Comme on le voit sur les figures 3 à 5, le moteur électrique 10 est disposé sur le boîtier de transmission 11 en une de ses extrémités. Dans le présent exemple, ce boîtier de transmission 11 est de 100 mm de longueur, pour 60 mm de largeur et 15 mm de hauteur. Il permet la transmission entre le moteur électrique 10 et un ergot 14, faisant saillie sous le boîtier de transmission 11, mobile selon un arc de cercle 15 assujetti au moteur électrique 10. Le capteur de position 12 est disposé sur le boîtier de transmission 2, à proximité dudit arc de cercle 15. Il est destiné au retour d'information vers l'unité de gestion 3. La connexion mécanique 13 entre le boîtier de transmission 11 et le levier 7 de vitesse comprend une tringle en forme de croix 16 attachée par une extrémité de son grand axe à l'ergot 14 et articulée à l'autre extrémité à une barre 17. Celle-ci est solidariisée au châssis du boitier 2 de changement de vitesse en son extrémité 19, et garantit un déplacement de la croix 16 dans un segment disposé sensiblement selon une direction parallèle à son grand axe (dans l'exemple illustré, direction longitudinale notée X sur la figure 5), selon le déplacement de l'ergot 14 dans son arc de cercle 15. Sur son petit axe, la croix 16 présente un évidement 18 de quelques centimètres de longueur et d'une largeur juste supérieure au diamètre du levier 7. On comprend que le levier 7 est libre de se déplacer dans cet évidement 18 selon la direction transversale Y, et que le mouvement longitudinal (axe X) est soumis au déplacement de l'ergot 14 dans l'arc de cercle 15. Lorsque les deux dispositifs de commande de position 9A, 9B sont disposés selon des axes perpendiculaires, le position du levier 7 est assujettie aux deux ergots 14A, 14B commandés chacun par un moteur 1 OA, 1 OB. Il est clair que si aucun effort n'est appliqué par un moteur 10 à un instant donné, et si la transmission 11 correspondante est laissée libre, l'ergot 14 correspondant est libre de se déplacer selon son arc de cercle 15, et le levier 7 est donc libre de se déplacer selon un segment rectiligne. Il est par ailleurs évident que la commande envoyée, à un instant donné, par l'unité de gestion 3 aux moteurs peut être déterminée par la position du levier 7 à cet instant. De ce fait, selon les actions commandées aux moteurs 1 OA, 1 OB et aux transmissions 11 A, 11 B, le levier 7 peut donc être asservi à une grille virtuelle formée de segments connexes. Ces segments peuvent également par simple programmation d'un processeur de l'unité de pilotage 3 ne pas être disposés selon une des directions transversale et longitudinale, mais selon une direction oblique quelconque. On note enfin que non seulement la position du levier 7 est asservie à chaque instant à la commande appliquée aux moteurs 10A, 10B, mais également la force exercée sur le levier 7 par ces moteurs 10A, 10B (selon le couple appliqué). On peut donc de cette façon accentuer un mouvement en cours ou au contraire le freiner, selon la configuration instantanée du boîtier de vitesses 2, et la programmation de l'unité de gestion 3. On comprend qu'ainsi l'unité de gestion 3 est en mesure d'exécuter un ensemble de lois de déplacement autorisés et d'efforts appliqués sur le levier 7 par les dispositifs de commande de position 9A, 9B en fonction de la configuration instantanée du véhicule et d'un type prédéterminé de grille de déplacements possibles du levier 7, ces lois de déplacement et d'effort étant préalablement mémorisées dans la mémoire 5, et éventuellement configurés par l'utilisateur ou lors d'une phase d'apprentissage. La figure 6 illustre différentes grilles de levier de vitesse que peut permettre de réaliser le dispositif selon l'invention. En particulier, une grille en double "H" à 5 vitesses est naturellement réalisable (figure 6A). Dans cette configuration, lorsque le levier 7 est en position centrale initiale 20, dès qu'un mouvement du levier est débuté par l'utilisateur, l'unité de gestion 3 interdit les mouvements du levier 7 dans la direction perpendiculaire à cette direction de déplacement, par exemple jusqu'à une position latérale gauche 21 du levier. Dans cette position, l'unité de gestion autorise soit un mouvement arrière vers le point initial 20, soit, si un mouvement vertical est débuté, interdit tout mouvement latéral du levier et n'autorise plus qu'un mouvement vertical du levier, vers la première ou la second vitesse. Selon la vitesse du véhicule, le levier 7 peut exercer une résistance plus ou moins grande au passage de certaines vitesses. Typiquement, on peut citer des exemples de lois de conduites prémémorisées dans la mémoire 5 de l'unité de gestion 3 : - au démarrage (vitesse du véhicule quasi nulle) seules les vitesses 1 et marche arrière sont autorisées, - le passage en marche arrière ou en première n'est possible que si la vitesse du véhicule est quasi nulle et le régime moteur bas, - depuis une vitesse engagée, les vitesses immédiatement supérieures et inférieures sont accessibles avec un effort très limité, alors que les autres vitesses ne sont accessibles qu'avec un effort plus important sur le levier, - le passage vers la vitesse engagée correspondant le mieux à la vitesse du véhicule est facilité par un effort très faible opposé au mouvement du levier, et une force de rappel vers la position du levier correspondante dans le voisinage de cette position, - le rétrogradage à vitesse élevée peut imposer un effort plus important de la part du conducteur, pour confirmer sa volonté d'exécuter cette man#uvre, - de façon générale, le passage vers une vitesse engagée incompatible avec la vitesse du véhicule peut être bloquée, - en cas daccélération brutale détectée sur le capteur de pédale d'accélération, l'unité de gestion peut provoquer un rétrogradage d'une vitesse (effet "kick-dovm") pour augmenter la puissance moteur disponible, - en cas de freinage brutal détecté sur le capteur de pédale de freinage, un freinage moteur peut être d'abord imposé, indépendamment de la position du levier 8 de vitesses, puis au voisinage d'une vitesse nulle, l'unité de gestion peut au contraire ordonner le retour de la boîte de vitesse en position débrayée, pour éviter au véhicule de caler. Dans ce cas, une trajectoire diagonale du levier de vitesse vers son point neutre peut être commandée. De même, une grille longitudinale de type boite de vitesse automatique (figure 6B) peut être réalisée, avec des positions prémémorisées sur un segment rectilignes correspondant aux positions classiques "P" (Parking), "R" (Reverse), 'N' (Neutral), "D" (Drive), 3, 2, 1. Dans ce cas, un des moteurs et la transmission correspondante seront bloqués, et seul un mouvement du levier sur un axe sera autorisé. Lors du déplacement du levier par le conducteur selon cet axe à partir d'une position initiale, l'effort appliqué par le moteur sera d'abord opposé au déplacement du levier 7, puis, passé un point intermédiaire, contribuera à amener le levier 7 dans la prochaine position correspondant à une nouvelle vitesse, donnant à l'utilisateur une impression proche de celle observée avec les boîtes automatiques actuellement existantes. Dans un tel type de grille virtuelle, des lois de déplacement spécifiques incluent -. - impossibilité de passer de position "Drive" en "Reverse" ou "Parking" lorsque le véhicule a une vitesse non nulle, Une variante de grille automatique, adaptée à la commande d'une transmission continuellement variable (CVT) est représentée en figure 6C. Cette grille comporte les trois positions "F', "R" et 'N' ainsi qu'une position "D" encadrée par une zone de déplacement linéaire et continu du levier. Par programmation du dispositif le passage de la position 'N' à la position "D" s'effectue par un saut discret selon une loi d'effort analogue à celle vue précédemment. Dans la position "D", la transmission détermine un rapport régime /vitesse du véhicule optimal. Cependant, à partir de la position "D" un déplacement de part et d'autre de celle-ci est possible, à effort constant, afin de permettre au conducteur de faire varier ce rapport dans une certaine plage. Le retour en position 'N' s'effectue alors à partir de la position minimale de ce rapport, dans des conditions de vitesse proche de zéro, en surpassant une butée élastique simulée par le dispositif. Enfin, les figures 6D à 6F illustrent des grilles de type séquentiel dans lesquelles, de part et d'autre de la position "D", une impulsion dans la direction de la flèche notée "+" provoque un passage vers la vitesse supérieure et une impulsion dans la direction notée "-" provoque un rétrogradage d'une vitesse engagée. La figure 6D représente une grille en H dans laquelle un déplacement latéral en position médiane permet le passage de la position 'N' à la position "D", les impulsions étant données dans la direction longitudinale. La figure 6E représente une grille linéaire dans laquelle la position "D" est alignée avec les positions "F', 11R'f et 'N' et les impulsions sont données selon la direction perpendiculaire à cet alignement- La figure 6F représente une grille totalement linéaire dans laquelle les impulsions sont données de part et d'autre de la positons "D" dans l'axe d'alignement des positions "P", "R', "N", et "D". Dans ce cas, un effort supplémentaire peut être rendu nécessaire pour revenir de la position "D" à la position "N", sauf par exemple sir le rapport minimum est engagé et / ou la vitesse du véhicule est proche de zéro. Dans une telle configuration, il est possible de bloquer le déplacement du levier dans une direction lorsque aucune vitesse n'est plus accessible (vitesse maximale ou minimale engagée). Par ailleurs, une information peut être fournie en retour au conducteur sur la vitesse engagée, par exemple en provoquant, lorsque le conducteur écarte légèrement le levier 7 de sa position instantanée, un nombre de pulsations du levier 7 correspondant au numéro de la vitesse engagée. Cette fonction est facilement réalisée à l'aide des commandes des moteurs 10 de position du levier par l'unité de gestion 3. Dans toutes ces configurations, le coupure du contact par le conducteur provoque le passage en vitesse neutre (boîte classique) ou en position "Parking" pour une boîte de type automatique. On comprend qu'il est possible de changer automatiquement les vitesses par l'unité de gestion selon la vitesse du véhicule et le régime moteur, en fournissant au conducteur un retour d'information par un déplacement automatique du levier 7. Il suffit au conducteur de reprendre le levier 7 en main pour suspendre alors le passage automatique des vitesses pendant un certain temps (programmable). Un tel dispositif combine les avantages d'une boite de vitesse automatique avec une boîÎte de vitesse manuelle. Par ailleurs, elle permet de personnaliser le type de boite au conducteur. Il est cJair par exemple que plusieurs configurations de grille ou de type de boite peuvent être mémorisés pour différents conducteurs d'un même véhicule, selon le type de conduite et les goûts de chacun. Il suffit alors de s'identifier à la mise en route pour provoquer la sélection d'un type donné de configuration de comportement du levier 7. Dans la description on a utilisé des grilles de changement de vitesse formées de segments rectilignes. Plus généralement, tout parcours courbe ou droit peut être autorisé ou ordonné par l'unité de pilotage, selon une programmation adéquate. Il est également clair qu'une surface de déplacement (non limitée à un segment) peut être laissée libre à un instant donnée. De la même manière, dans un mode de fonctionnement spécifique par exemple à la mise en route du véhicule, le déplacement du levier 7 par l'utilisateur peut déterminer une signature (en forme d'arabesque sur la surface des positions possibles du levier 7) reconnue par l'unité de gestion 3 et déterminant l'acceptation du démarrage du véhicule. Dans une variante particulière, une grille physique sur un axe peut être combinée avec un moteur de commande de position sur l'autre axe de déplacement du levier. La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails des formes de réalisation ci-dessus considérées à titre d'exemple, mais s'étend au contraire aux modifications à la portée de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande (2, 3) pour boite (6 de vitesses contrôlée électriquement, comportant un levier (7) de contrôle manipulable par un utilisateur, ce levier (7) étant adapté à se déplacer selon au moins deux dimensions, les déplacements du levier (7) déterminant des changements de vitesse engagée, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'asservir l'ensemble des déplacements possibles du levier (7) à une unité de gestion (3) reliée à un dispositif de mémoire (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (2) de changement de vitesses comportant le levier (7) articulé autour d'un point (8), ce levier (7) étant adapté à se mouvoir dans deux dimensions transversales et longitudinales, et assujetti selon au moins une de ces directions à un dispositif (9A, 9B) de commande de position, commandé par à une unité de gestion (3). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque dispositif (9A, 9B) de commande de position comporte un moteur électrique (10A, 10B), une transmission (11A, 11B), un capteur de position (12A, 12B), et une connexion mécanique (Il 3A. 13B) au levier (7). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque moteur électrique (Il 0) est disposé sur un boîtier de transmission (11) permettant la transmission entre le moteur électrique (10) et un ergot (14), mobile selon un arc de cercle (15) assujetti au moteur électrique (10), et en ce que la connexion mécanique (13) entre le boîÎtier de transmission (11) et le levier (7) de vitesse comprend une tringle (16) attachée à l'extrémité du levier (7), et mobile en déplacement dans une direction selon un segment, selon le déplacement de l'ergot (Il 4) dans l'arc de cercle (Il 5), le mouvement du levier (7) étant libre dans la direction perpendiculaire. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le boîtier comporte deux dispositifs (9A, 9B) de commande de position attachés au levier (7) selon des directions sensiblement perpendiculaires. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que il comporte des moyens de contrôler les efforts appliqués à chaque instant au levier (7) par chaque dispositif de commande de position (9A, 9B). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte également des capteurs (1) de configuration instantanée du véhicule. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de lois prémémorisées de déplacement autorisés et d'efforts appliqués sur le levier (7) par les dispositifs de commande de position (9A, 9B) en fonction de la configuration instantanée du véhicule et d'un type prédéterminé de grille de déplacements possibles du levier (7). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les lois de déplacement comportent un impossibilité de passer une vitesse incompatible avec les paramètres de configuration du véhicule.